□ 연구개요 수계 전해질 기반의 금속공기전지는 기존 상용화된 리튬이온전지와 달리 안정적이고 높은 에너지밀도를 갖고 있어 주목을 받고 있음. 특히 아연공기전지는 아연 금속의 높은 안정성 및 가격 경쟁력을 바탕으로 많은 기업이 아연공기전지기반의 전기자동차 개발에 박차를 가하고 있음. 하지만 아연공기전지의 주요 문제점인 충⸱방전 시 일어나는 산소 환원 및 발생 반응의 느린 속도로 인하여 상용화에 많은 어려움을 겪고 있음. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 두 가지 반응을 활성화할 수 있는 전기화학촉매는 필수요소임. 본 연구를 통하여 차세대 전기화학촉매 개발과 더불어 수계 전해질 기반의 금속공기전지 개발 및 시스템 최적화를 진행하였음. 더 나아가 방사광 X-선 기반 분석 기술을 이용하여 차세대 전기화학촉매의 반응 메커니즘을 규명하였음. 특히 금속 산화물 기반의 전기화학촉매는 전이금속과 산소 등으로 이루어진 결정구조로 X-선 회절 분석법을 통해 구조 분석이 가능함. 또한 차세대 전기화학촉매의 이해도를 높이기 위해서는 결정구조뿐만 아니라 물리 화학적 구조분석이 동시에 이루어져야함. 특히 방사광 X-선 기반 분석 기술 중 물질의 전자구조와 원자들의 거리에 따른 정보 등을 파악할 수 있는 X-선 흡수 분광법을 통하여 연구를 진행하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구를 통하여 최종 목표였던 피로클로르 산화물 (pyrochlore, A₂B₂O₇) 기반의 차세대 금속공기전지용 전기화학촉매를 개발하였음. 특히 비스무트 (Bi) 및 이트륨(Y) 등의 다양한 A-site 금속들과 4d 오비탈 기반의 루테늄 (Ru) 및 5d 오비탈 기반의 이리듐 (Ir) 등의 B-site 전이금속들을 이용하여 우수한 산소 환원 및 발생 반응 (ORR/OER)을 나타내는 차세대 전기화학촉매를 개발하였음. 더 나아가 선정된 피로클로르 산화물 기반의 전기화학촉매 후보 물질에 대하여 방사광 X-선 기반 분석기술을 이용하여 구조적 이해도 향상을 통한 디자인 전략을 수립하였음. 이를 위하여 경 X-선 기반의 흡수 분광법을 이용하여 금속 산화물 기반의 차세대 전기화학촉매 내에 존재하는 다양한 금속 및 전이금속의 전자 및 국부 구조를 분석하였음. 특히 피로클로르 산화물내의 A-A, A-B, B-B, A-O 및 B-O 등의 다양한 결합에 대한 길이와 각각의 원자에 대한 배위수 분석을 통하여 국부 구조 파악이 가능하였음. 또한 in situ X-선 흡수 분광 분석용 삼전극 전지 개발을 통하여 산소 환원 및 발생 반응 시 발생하는 전기화학촉매의 물리 화학적 변화를 분석함으로써 반응 및 열화 메커니즘을 규명하였음. 더 나아가 본 연구를 통해 개발한 피로클로르 산화물 기반의 공기 양극을 이용하여 아연공기전지의 충⸱방전 성능을 향상시켰으며 친환경적인 차세대 전지 기술로 제시하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구를 통하여 개발된 전기화학촉매는 금속공기전지 뿐만 아니라 동일한 산소 환원 및 발생 반응을 활용하는 수소연료전지의 성능 향상에도 기여할 것으로 기대함. 더 나아가 차세대 전지 및 에너지 소재 연구와 방사광 X-선 기반 분석 기술의 융합을 통해 시너지 효과를 기대함. 특히 금속공기전지는 친환경적인 차세대에너지원으로써 리튬이온전지, 태양전지 및 수소연료전지와 함께 전기자동차와 다양한 전자기기 등에 활용되어 녹색 기술 구현이 가능함. 또한 최적화된 방사광 X-선 기반 분석 기술의 활용 범위를 전지 산업 및 타 연구 분야로 확대함으로써 융합 연구를 선도하고 산업화에 이바지할 것으로 기대함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박주혁
• 주관연구기관 : 계명대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 전기화학촉매;피로클로르 산화물;아연공기전지;X-선 흡수 분광법;방사광; 2. Electrocatalyst;Pyrochlore oxide;Zinc-air batteries;X-ray absorption spectroscopy;Synchrotron radiation;

□ 연구개요 류마티스 관절염은 난치성 자가면역질환으로 현재까지 류마티스 관절염을 완치시키는 약물은 없고 현재 사용중인 제제들은 항염증에 의한 면역반응의 정상화에 초점을 맞춘 약물들로 면역반응 조절만으로는 근본적인 치료 효과를 얻지 못하고 있으므로 근본적인 치료를 위한 새로운 표적 및 소재 발굴을 통해 효과적인 예방 및 치료법의 개발이 필요한 상태임. 본 연구의 목적은 파골세포(osteoclast) 분화억제를 류마티스 관절염 치료를 위한 신규 표적으로 활용하여 raw milk 유래 기능성 균주인 Propionibacterium freudenreichii 표면 단백질 중의 60 kDa chaperonin(Cpn60)이 RANKL (receptor activator of nuclear factor-κB ligand)의 receptor인 파골세포 표면의 RANK의 발현을 억제하는 새로운 moonlighting function을 확인하였으므로 Cpn60에 의해 파골 전구세포가 RANKL/RANK 신호전달 경로를 통해 파골세포로 분화되는 것을 억제하는 기전을 규명하고 류마티스 관절염을 개선하는 효과를 증명하여 류마티스 관절염 개선을 위한 기능성 소재 개발에 적용할 수 있는 결과 도출이 목표임. □ 연구 목표대비 연구결과 1) Chaperonin 60의 파골세포 분화억제에 대한 in vitro 연구 가. P. freudenreichii의 Cpn60 유전자 정보에 의한 recombinant Cpn60 제조 및 특성 확인 나. Cpn60의 파골세포 분화 관련 유전자들의 발현량 감소로 파골세포 분화억제 효과를 확인 다. Cpn60 처리에 의해 파골세포의 분화 마커인 tartrate-resistant acid phosphatase (TRAP) 효소의 활성이 감소함 2) Chaperonin 60의 파골세포 분화 억제 기전 연구 가. Cpn60이 RANKL와 결합하여 RANK/RANKL complex 형성을 저해함을 확인 나. 단백질 도킹 분석을 통해 Cpn60이 RANKL와 결합하는 amino acid residues 확인함 다. 유전자 오믹스 분석을 통해 Cpn60이 파골세포 분화 관련 신호전달 인자 및 관련 전사인자들의 발현을 유의하게 감소시킴을 확인 라. 유전자 및 단백질 발현 분석을 통해 lipocalin 2가 Cpn60에 의한 파골세포 분화와 관련된 인자임을 확인 마. Cpn60이 RANK/RANKL complex 형성을 저해하여 하위의 신호인자 및 전사인자들의 발현을 억제함으로써 궁극적으로 파골세포 분화를 억제하는 기전을 규명함 3) Chaperonin 60에 의한 관절염 예방 효과 in vivo 효과 검증 가. Collagen-induced arthritis mouse (CIA) model에서 Cpn60 투여에 의해 관절염 질환 지수 감소 및 관절의 변형, 염증 완화 효과 확인 나. Cpn60 투여에 의해 콜라겐 항원 특이적 IgG, IgG1, IgG2 항체 농도 감소 확인 다. Cpn60 투여에 의해 항염증 효과 확인: 염증성 IL-6, TNF-α 발현 감소 및 항염증성 IL-10 발현 증가 확인 라. Cpn60 투여에 의해 CIA 관절에서의 파골세포 분화억제 효과 확인 4) 연구목표대비 연구 결과: 100% 달성 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1) 연구개발과제의 활용방안 가. Cpn60의 새로운 moonlighting function 확인으로 달빛 단백질의 질병 개선 연구에 활용 나. 류마티스 관절염뿐만 아니라 파골세포와 관련된 골다공증 및 염증성 질환 예방 및 치료등 기능성 확장 연구에 활용 다. 식품용 프로피온산균을 이용한 류마티스 관절염 개선 제품 개발 시 유효성분 및 유효성분에 의한 개선 효과 기전 제시 근거 자료로 활용 라. 류마티스 관절염 개선에 대한 지식재산권 확보에 활용 마. 난치성 자가면역질환인 류마티스 관절염 환자의 치료비 증가에 대한 대책으로 활용 2) 연구개발과제의 기대효과 가. 부작용이 많은 anti-cytokine 의약품의 대체 효과 기대 나. 식·의약 소재로 개발하는데 필수적인 과학적 기전 확보로 인해 기능성 식품소재의 개발뿐만 아니라 기능성 미생물 유래 의약품 산업의 연구 확대로 파급 효과가 기대됨 다. 과학적 기전 규명으로 안전성이 확보된 기능성 균주 유래 단백질의 질병 개선 효과의 극대화 및 소재에 대한 신뢰도 상승이 기대됨 라. 지식재산권 확보로 산업화가 기대됨 3) 연구개발 결과의 중요성 본 연구 결과는 현재 고령화로 인해 증가 추세인 류마티스 관절염을 개선하기 위한 예방 및 치료제 개발에 적용할 수 있는 결과이며 chaperonin 단백질의 새로운 기능성을 발견한 결과로 파골세포 분화억제 및 염증성 질환의 개선에 적용할 수 있는 기전을 규명하였으므로 기능성을 확장하여 연구할 수 있는 파급효과가 큰 연구 결과로 생각됨 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 임영희
• 주관연구기관 : 고려대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 류마티스관절염;샤페로닌;달빛단백질;프로피온산균;단백질 도킹; 2. rheumatoid arthritis;chaperonin;moonlighting protein;propionic bacteria;protein docking;

□ 연구개요 신장 질환의 발병, 진단 및 치료과정에 있어서 관련 주요 유전자의 발현 및 이를 조절하는 신호전달체계 규명 및 표적 유전자 및 단백질 발굴을 통한 다양한 형태의 새로운 진단 및 치료기술을 개발하고자 함. 고아 핵수용체는 전사 인자로 탄수화물 및 지질 대사, 염증 반응 및 신장 섬유화증을 조절한다고 알려져 있으며, 다양한 생물학적 효과의 결과로 고아 핵수용체는 질병의 치료를 위한 주요 약제 표적이 됨. 신장질환 병인기전 규명 및 고아핵수용체 역할 규명을 통한 생체 표지자 발굴 및 신장질환 제어기술개발을 목표로 함 □ 연구 목표대비 연구결과 1. 신장질환 기반연구 및 병인유전자 조절기전 연구 - 동물 모델 구축 및 마이크로 어레이 분석을 통한 유전자 변화 확인 - 신장 섬유화를 일으키는 분자세포학적 기전 규명 연구실적: Cell Death Dis 14(2):78(1)-78(11), 2023 등 2. 고아핵수용체의 항섬유화 효과 및 신호전달체계 규명 - 고아핵수용체 조절기전을 표적으로 하는 신장 섬유화 제어기전 규명 - 신장특이적 유전자변형 동물 모델에서 고아 핵수용체 역할 규명 연구실적: Redox Biology 54(1):102382(1)-102382(14), 2022; Cell Death & Disease 12(4):320(1)-320(15), 2021 등 3. 고아핵수용체의 신장질환에서 치료 유용성 확립 - 고아핵수용체를 타겟으로 하는 생체 표지자 발굴 및 신장질환 제어기술 개발 - 고아핵수용체 조절 단백 유도체의 발굴과 유효성 검증 연구실적: Exp Mol Med 55(2):304-312, 2023; J Nanobiotechnology 19(1):109(1)-109(17) 2021; 특허등록 신장섬유화증 예방, 개선 또는 치료용 조성물 (등록번호, 10-2323752) 등 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ○ 고아핵수용체를 표적으로 하는 치료제는 현재까지 연구된 바가 없으므로, 본 연구결과를 바탕으로 신약개발을 위한 원천기술을 확보할 수 있을 것으로 기대되며, 궁극적으로 국가경제에 기여할 수 있을 것으로 예상됨 ○ 본 연구과제의 성과가 단지 기초 연구에 그치지 않고 사업화를 통해 수익 창출이 가능할 것으로 예측됨. 또한, 본 연구에 사용된 모델을 이용하거나 추가 개발하여 다른 유전자와 약재 관련된 연구 및 다른 질환 연구에 응용할 수 있어 다른 후속 연구로 다양하게 발전시킬 수 있을 것으로 예상됨 ○ 신장질환은 만성적인 신장세포의 손상과 이에 따른 여러 염증 관련 물질들의 상호 작용에 의한 결과임. 따라서 만성신장질환 병인의 공통경로인 신장섬유화에 대한 세포손상 억제물질 발굴은 고아핵수용체와 관련된 새로운 병태생리기전을 제시할 수 있으며 더 나아가 이들 세포 손상 억제 물질을 대사 및 신장 질환 치료기술개발의 원천기술을 제공할 것으로 기대됨 ○ 신장질환에서 고아 핵수용체의 역할 규명을 통해 난치성 만성질환인 신장 섬유화의 발생 기전을 보다 명확히 하고, 바이오마커의 발굴, 표적물질을 밝히는 연구는 신장질환 치료기술개발에 기여할 것임 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김수완
• 주관연구기관 : 전남대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 고아핵수용체;신장섬유화;산화스트레스;신장 염증;신장질환 제어기술; 2. Nuclear receptor;Kidney fibrosis;Oxidative stress;inflammation;therapeutic target;

□ 연구 목표 및 내용 ○ 최종 목표 본 연구의 최종목표는 인체 내에 두 번째로 많이 존재하는 (1) 무기질 형태인 휘트로카이트(Whitlockite) 나노 입자 및 생체 적합 고분자 등을 합성/이용하여, 중간엽 줄기세포(Mesenchymal stem cells)의 (2) 골 분화 (Osteogenesis) 를 촉진하고, 혈관내피세포(Endothelial cells)의 3차원 네트워크 형성을 통해 파골세포 (Osteoclasts) 및 조혈모줄기세포 (Hematopoietic stem cells)를 리쿠르팅 (Recruiting)을 유도하여 골 환경과 가장 유사한 플랫폼인 골 오가노이드 (Bone Organoid)를 만드는 데에 있음. ○ 전체 내용 효과적인 골 조직공학 및 더 빠른 골 재생재료로써 이용 가능하며 조혈모세포의 Education 및 골 생물학 또는 발생학 (Bone developmental biology)의 메커니즘을 밝히는 데에 큰 역할을 할 것으로 예상함. 본 연구의 목표를 위하여 생체재료와 인간 골 유래 중간엽 줄기세포, 혈관 내피세포, 조혈모세포가 고유하게 골 생식을 조절하는 핵심요인 (Critical factors) 골 유도 인자를 설명하기 위해 다음과 같은 단계적인 목표를 세우고 있음. ○ 1단계 ● 연구 목표 무기질이 포함된 생체재료를 이용한 혈관내피세포 및 중간엽 줄기세포의 생체고분차의 크라이오겔을 통한 3차원 배양을 통해 혈관 네트워크를 포함하는 오가노이드를 설치류의 피하에서 골 재생 구현 기술 개발 및 중요한 크기의 뼈 결함을 치료할 수 있는 인간 유래 혈관내피세포 및 중간엽 줄기세포, 무기질 생체재료의 최적화 된 비율 검증 및 복합체의 효율 확인. 골 환경안에서 여러 세포와 생체물질 간의 체내 골 유도를 일으키는 특정한 유전자 확립연구. ● 연구 내용 1차 연도 연구내용: 혈관 네트워크를 포함하는 골 오가노이드 기술 개발 확립 -동물모델을 통해 1) 골 유래 중간엽 줄기세포가 혈관내피에서 파생된 파라크린 (Paracrine) 인자에 의해 규제되고, 2) 인간 유래 골 혈관내피세포에 의해 정렬된 혈관 네트워크는 자연적으로 체내 골 생식을 유발하는 연구를 진행하였음. 이처럼 무기질 생체재료와 세포뿐만 아니라 인간 유래 혈관내피세포와 줄기세포를 포함하는 생체공학 혈관 이식술을 진행하여, 1) 골 유래 중간엽 줄기세포의 생체재료는 통한 혈관내피세포 의존, 2) 두 세포의 비율과 세포 밀도가 혈관 및 골 생성에 미치는 영향, 3) 설치류의 장기간 오가노이드의 이식을 통한 골 생성능력을 확인. -이 결과를 얻기 위해, 1) 형광 발현 이미지 처리 및 특정 유전자의 단백질 레벨 확인, 2) Luciferase 기반 생물 발광 및 3) Micro-CT를 활용하여 최대 12주 동안 정방향으로 혈관, 골유발 활동 및 골 재생 화를 모니터링. 2차 연도 연구내용: 최적화된 오가노이드를 통한 중요한 크기의 뼈 재생 -체내 중요 크기의 골 유도 잠재력을 담당하는 세포와 생체물질 사이의 특정 요인을 규명. -최적화된 오가노이드의 개발은 단순히 재료 개발에만 좌우되는 것이 아니라 세포와 재료 사이의 Interaction을 이해하고 실험을 진행하여, 1) 골격 결함 동물모델을 통한 제한적인 골 재생 유도, 2) 세포의 특정 유전자 제어 및 과발현을 통한 최적화된 골 재생, 3) 설치류의 이식을 통한 골 재생의 지속성 및 분화 가능성, 4) Host 세포와의 crosstalk 등을 확인함. -이 결과를 얻기 위해, 1) 설치류의 두개골 및 Femur 결손 모델 활용, 2) siRNA 및 shRNA를 이용한 특정 유전자의 Knockout 및 3) RNAseq, Protein array 등을 활용하여 혈관재생, 골 유발 활동 및 골 재생 화의 기작을 검증. 3차 연도 연구내용: 오가노이드의 조혈모줄기세포 리쿠르팅에 관한 연구 -최적화된 오가노이드를 통한 Host 유래의 조혈모줄기세포의 리쿠르팅 메커니즘을 규명하고자 함. 개발된 오가노이드를 통하여 조혈모줄기세포의 이동 및 행동을 관찰, 1) 조혈모줄기세포의 수용체 inhibition을 통한 세포 간의 crosstalk 금지, 2) 조혈모줄기세포에게 영향을 끼치는 단백질 존재 유/무를 통한 오가노이드의 변화 관찰, 3) 타 세포 유전자 조작을 통한 조혈모줄기세포의 리쿠르팅을 극대화하는 실험 등을 진행. -이 결과를 얻기 위해, 1) shRNA 및 CRISPR/Cas9을 통한 유전자 제거 및 삽입, 2) Recombinant 단백질 프로 파일, 3) RNAseq, Protein array 등을 활용하여 조혈모줄기세포의 미세환경체제를 검증. ○ 2단계 ● 연구 목표 세포와 생체재료의 최적한 조건확립 연구를 바탕으로, 생체 내에서 골 오가노이드로 인한 조혈모세포의 리쿠르팅 및 조혈모세포로서의 분화 체제 메커니즘 확립. 골 오가노이드의 활용을 위한, 뼈암 전이 모델에 활용 및 조혈모세포의 배양 환경을 조성하여 치료제로서의 플랫폼 제작 기술 개발. 개발된 골 오가노이드 플랫폼을 통한, 골의 발생기전 및 생체 내에서의 복합적 미세 골 환경 제어 연구. ● 연구 내용 4-5차 연도 연구내용: 골 오가노이드의 활용을 위한 플랫폼 제작 기술 개발 -생체 내 조혈모줄기세포의 리쿠르팅 및 배양모델을 확인하기 위해 형질전환 마우스 및 Radiation을 통해 조혈모줄기세포를 제어하여 제작된 오가노이드의 역할을 확인할 수 있음. -질환 모델의 메커니즘 및 배양 플랫폼을 검증하기 위해, 세포의 이동 및 병리학을 통해 상태를 확인할 예정임, 또한 단순히 세포 단위에서의 영향력을 확인하는 것이 아니라, 조혈모관련 질환 치료에도 효율을 나타내는지 확인할 예정임. -이 연구를 바탕으로 제작된 오가노이드가 1) 생체 내에서 골 생성에 어떠한 단계를 거쳐 주변 환경을 구성하는지 또한 2) 조혈모줄기세포를 어떻게 리쿠르팅 및 Education 하는지, 마지막으로 3) 이 세포들이 미세 골 환경을 어떻게 제어하는지에 대한 연구를 진행할 예정임. □ 연구성과 본 연구팀은, 혈관내피세포와 중간엽 줄기세포를 포함하는 골 오가노이드를 개발하였으며, 이 오가노이드는 골 재생을 촉진하는 효과가 있음을 확인했음. 혈관내피세포가 분비하는 KITLG가 Host 유래의 조혈모세포를 리쿠르팅하는 데 중요한 역할을 한다는 것을 입증했음. 혈관내피세포가 조혈모세포의 골화 분화를 촉진하는 데 중요한 역할을 한다는 것 또한 입증하였음. 조혈모세포의 niche와 관련된 유전자를 분석하여, 골 환경을 유지하는 혈관 환경을 조성하기 위한 유전자를 밝혀냈음. 1단계 (1-3년차)에서는 총 5편의 SCI급 논문을 게제하였으며, 32번의 국제학술대회 및 학술대회 발표를 통해 학회 및 여러단체에서 총 10번의 우수연구상 및 포스터상을 수상하였음. 2단계에서는 총 6편의 논문을 추가로 게제할 예정에 있으며, 국제학술대회 및 국내학술대회에서 연구 내용 발표 계획을 가지고 있음. □ 연구성과의 활용 계획 및 기대효과 본 연구를 통해 개발된 생체모방형 합성 무기 나노 입자를 함유한 오가노이드는 선천적 장애, 사고, 암 혹은 노화로 인한 골 손상 혹은 결손 환자들에게 경제적 부담이 없는 고성능의 골 재생치료 플랫폼으로 활용될 수 있음. 현재 골 오가노이드 분야에서 국내외에서 선도적인 기술과 기업이 없음. 따라서 생체모방 나노 입자 기반의 골 오가노이드를 통한 플랫폼 개발은 기술 우위 확보를 통한 세계시장 주도 가능-의학, 생명과학, 화학공학, 기업으로 이루어진 산학 병이 밀접히 연관될 수 있는 융합 과학으로 효율적인 협동 연구를 통해 국내 첨단 바이오 및 의료기기, 소재 부분에서 기술 경쟁력을 강화할 수 있음. 본 연구에서 개발된 골 오가노이드 플랫폼는 골 관련 치료 연구를 발전하는 데에 이바지할 수 있으며, 치료제 개발 분야에서도 유용하게 쓰일 것이라 예상됨. 미세 골 유사 환경을 통해, 골 재생의 메커니즘을 정확히 파악하여 더 효율적인 재생의학 프로토콜을 제시할 수 있을 것. 본 연구에서 초래된 결과들은 다양한 질병 모델에 새로운 치료법을 제시할 것이며, 기술의 미래원천기술 확보가 가능할 것으로 예상함. 선진국 고령 시대에 들어오면서 골 관련 질환이 증가하는 사회에서 직접 골세포의 행동 및 골환경을 구현해 낼 수 있는 기술은 앞으로 골 관련 질환의 메커니즘을 밝혀낼 수 있는 매우 혁신적인 신기술이라 여겨짐.이는 골수의 조혈모줄기세포 관련 질환 (백혈병, 림프종, 고형암, 빈혈, 면역 부전, 선천성 대사 장애) 등으로 고통을 겪는 수많은 환자의 삶의 질을 획기적으로 증대시킬 것으로 기대함.또한, 본 기술을 골세포 외 다른 세포를 적용한다면 다양한 질병의 치료에도 응용할 수 있음. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김환
• 주관연구기관 : 한국교통대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 골 오가노이드;골조직공학;조혈모줄기세포 공학;골 발생학;골 생체재료; 2. bone organoid;bone tissue engineering;hematopoietic stem cells engineering;bone developmental biology;bone biomaterials;

□ 연구개요 ● 단일 프레임에서 탄성산란, 비탄성산란, 분리반응 등을 포함하는 직접반응, 그리고 핵융합 반응 등을 동시에 계산할 수 있는 결합채널 방법을 완성하고자 한다. ● 결합채널 및 광학모델 방법을 이용하여 양성자 과잉 핵종의 분리반응 효과를 살펴보고자 한다. ● 쿨롱 쌍극자 및 사극자 들뜸퍼텐셜에 포함된 강도분포 (strength distribution)내의 광자수 (photon number) 계산을 위해, 새로운 계산 프로그램을 개발하고자한다. □ 연구 목표대비 연구결과 ● 양성자 과잉 핵종인 17F+208Pb, 10C+208Pb, 17Ne+208Pb 시스템들의 분리반응 특성에 대해 광학모델 및 결합채널 접근법을 적용하여 살펴봄. ● 쿨롱 쌍극자 및 사극자 들뜸퍼텐셜 내의 강도분포와 관련된 광자수 계산 프로그램 개발함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ● 본 연구의 결과들은 중이온가속기를 활용에도 중요하고 그 결과들은 다양한 핵반응 실험, 핵의 구조 연구, 핵천체 물리 실험 등에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. ● 저에너지 핵물리에서의 핵반응 양상을 살펴봄으로써, 양성자 과잉핵 및 중성자 과잉핵들의 특징을 살펴볼 수 있다. ● RAON을 통해 양성자 과잉 핵종에 대한 직접적인 공명반응 실험결과를 얻을 수 있다면 안정선에 먼 proton drip line 근처의 양성자 과잉 핵종 생성과정도 이해 할 수 있을 것으로 기대된다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 소운영
• 주관연구기관 : 강원대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 중핵반응;중성자 과잉 핵종;양성자 과잉 핵종;결합채널 방법;광학모델 방법; 2. Heavy nuclei reaction;Neutron rich nuclei;Proton rich nuclei;Coupled channel method;Optical model method;

□ 연구개요 진공 내 플라즈마 전자빔 가속장치를 활용하여 상대론적인 전자빔 소용돌이 발생 기반 체렌코프 방사 조건에서 각운동량(OAM) 특성을 가지는 꼬인 광자 편광 현상을 실험을 통하여 확인하고, 플라즈마상태의 진공소자내부에서 판드로모티브 힘(Ponderomotive force)으로 인하여 발생한 항적장에서 포획된 전자-양전자 쌍의 준안정의 원자상태인 포지트로늄(Positronium; Ps)의 전자기 공명 조건을 유도할 수 있는 테라헤르츠(THz) 전자기파 발생 기술을 연구하여 분자 영상 원천기술 확보를 통한 의료 영상시스템에 적용 □ 연구 목표대비 연구결과 ● 1차년도 (2021년6월~2022년2월) 진공소자기반의 플라즈마 전자빔 가속장치를 통한 광자발생 연구 - CCD 카메라를 이용하여 상대론적인 전자빔 소용돌이 발생 확인 - Heterodyne 방법을 이용하여 주파수 및 출력 측정 - 동축빔 회전 렌즈의 Cold test, 진공소자의 Hot test, 편광된 광자 패턴 분석 ● 2차년도 (2022년3월~2023년2월) 플라즈마 항적장 가속기 기반 고출력 테라헤르츠파 발생원 구축 - Double Heterodyne 방법을 이용하여 공진주파수 및 출력 측정 - 액시콘(Axicon) 렌즈를 통한 편광된 베셀빔의 표적화 실험연구 - 포지트로늄의 초미세 에너지 준위 갈라짐을 위한 테라헤르츠파 전자기 공명 조건 최적화 실험 연구 ● 3차년도 (2023년3월~2024년2월) 영상화 구현을 위한 위한 포지트로늄 검출 시스템의 성능 시험 - 포지트로늄의 수명 시간은 양전자 소멸 수명 분광법을 이용을 통한 영상화 실험 기법 확립 - 테라헤르츠파-광변환된 포지트로늄 기술 확보를 통한 분자정밀 영상화시스템 구축 - 양전자단층촬영과 융합하여 THz-PET 영상화 시스템 가능성 연구 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 과제를 수행하여 테라헤르츠파-광변환된 포지트로늄 발생 기술 확보를 통한 분자정밀 영상화 시스템 구축과 포지트로늄의 수명 시간 측정 양전자 소멸 수명 분광법을 이용을 통한 영상화 실험 기법 확립을 이루어 낸다. 포지트로늄 상태의 분광학적 정보를 영상화 하는 PET-THz 융합 연구는, 양전자 방출 단층촬영에서 발생하는 감마선에 따른 방사선 노출 영향에 대한 것과 테라헤르츠 이미징 기법에서의 수분 흡수율이 높고 투과성이 상대적으로 떨어질 수 있는 기존의 문제점을 포지트로늄 상태의 생체 분자의 영상화를 통하여 보다 정밀하고 비침습의 개량형 연구를 수행할 수 있다. 생체 분자영상 연계연구 원천기술 확보를 하여, 비임상 실험을 수행하여 질병을 조기에 진단하고 동시에 치료를 수행하는 테라그노시스(Theragnosis) 연구에 활용할 수 있도록 향후 연계연구에 적용할 계획이다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 민선홍
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 체렌코프방사;궤도각운동량;스핀각운동량;테라헤르츠파;생체분자영상; 2. Cherenkov Radiation;Orbital Angular Momentum;Spin Angular Momentum;Terahertz Wave;Biomolecule Imaging;

□ 연구개요 본 연구의 목표는 다중 우주위성을 이용한 과거 40년간 (1982-2021) 동아시아 에너지/복사/이산화탄소 지면 플럭스의 연간변동 및 경향성 정량화이다. 이산화탄소-에너지-복사는 생지물리 및 생지화학 과정에서 밀접하게 연관되어 있으며, 육상 생태계의 생산성에도 영향을 준다. 현존하는 위성 기반 산출물들이 상호 간 연관성을 고려하지 않고 개별적으로 모듈을 개발한 것과 달리, 연구책임자가 개발한 BESS(Breathing Earth System Simulator)는 대기 복사, 광합성, 증발산, 에너지 수지 평형 등이 연관 지어 만들어진 모델이다. 생태계 호흡량 모듈 개발 등을 통해 향상된 BESS (BESSv2.0)를 기반으로 동아시아에서의 이산화탄소/에너지/복사 지면 플럭스를 관측하며, 1982-2021년 기간의 연간변동 및 경향성을 정량화한다. □ 연구 목표대비 연구결과 다음은 본 과제의 연차별 연구목표의 세부사항이다. ○ 1차년도 (2019년): 100% - 모형 입력자료 다운로드 - 입력자료 전처리 - 현장 관측 자료 구축 ○ 2차년도 (2020년): 100% - 시공간적으로 연속적인 입력자료 구축 - BESSv2.0 모델 내 이산화탄소 플럭스 알고리즘 개발 및 향상 - BESSv2.0 모델 내 에너지 및 복사 플럭스 알고리즘 향상 - 현장 관측 자료 구축 ○ 3차년도 (2021년): 100% - BESSv2.0 내 이산화탄소 플럭스 평가 - BESSv2.0 내 에너지 및 복사 플럭스 평가 - 현장 관측 자료 구축 ○ 4차년도 (2022년): 100% - 지면 플럭스 연간 변동 지도 제작 - 지면 플럭스 경향성 지도 제작 - 현장 관측 자료 구축 ○ 5차년도 (2023년): 100% - 지면 플럭스 연간 변동 분석 - 지면 플럭스 경향성 분석 - 현장 관측 자료 구축 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구에서 개발한 지면 이산화탄소/에너지/복사 플럭스 산출물과 알고리즘 코드는 기후변화, 원격탐사 등 관련 분야의 연구에 활용성이 높으며, 다양한 국제공동연구진과의 협력을 통해 후속 연구를 진행중이다. 본 연구개발 성과를 통해 1) 지면 플럭스 경향성과 연간변동 및 시공간 패턴에 대한 이해를 높임으로써 신기후체제에 선도적으로 대응, 2) 장기간의 지면 플럭스 분석 결과를 통해 기후모형을 평가하고 불확실성을 줄이는데 활용, 3) 우주위성을 활용한 지면 플럭스 모니터링을 통해 향후 부가가치가 큰 작황, 수자원 모니터링 등 우주위성 활용산업 성장에 기여할 수 있을 것이라 기대한다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 류영렬
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 우주위성;지면 플럭스;기후변화;연간 변동;경향성; 2. Satellite;Land flux;Climate change;Interannual variability;Trend;

□ 연구개요 자율주행차의 복잡성 증가로 인해 결함 발생 가능성이 높아지고 있으며, 통신 네트워크가 개방된 아키텍쳐로 전환됨에 따라, 악의적인 공격에 노출될 가능성 또한 증가하고 있음. 자율주행차의 고가용성이란 차량의 자체 결함이나 외부 공격이 발생하더라도 시스템의 성능을 지속적으로 유지시킴으로써 사고로부터 인명의 손실을 막기 위한 자율주행차의 필수 요건임. 이에, 본 연구에서는, 시스템의 중복 탑재를 통해 고가용성을 확보할 수 있는 중복성 시스템온칩 (SoC) 아키텍쳐 및 CAN-HSR 기반 고가용성 차량용 네트워크 아키텍쳐를 설계하고 구현하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 ● 정량적 연구결과: 본 과제 사사로 총 4편의 SCI 저널 논문을 출판하여 매년 평균 1.33편의 SCI 논문을 출판하였음. 또한, 총 7편의 특허를 출원 하여, 매년 평균 2.3편의 특허를 출원하였고, 이외 2편의 국제학회 논문과 2편의 국내학회 논문을 발표함. 본 과제의 정량적 목표를 초과 달성함. ● TMR 구조에 근거한 RISC-V 기반 하드웨어 중복성 아키텍쳐의 새로운 구조를 제안함. 특히, industrial CAN에 대해 partial redundancy 방법을 적용한 새로운 구조에 대해 연구를 수행함. 그 결과로서, 프로세서 처리 속도는 네트워크의 지연시간 보다 훨씬 빠르며, 차량의 2ms 이내 지연시간을 만족시킴. ● 차세대 In-Vehicle Network 전환 기간동환 HSR의 이중화 메커니즘을 CAN에 적용하는 Seamless CAN이라는 새로운 내결함성 알고리즘을 연구하였으며, 기존의 CAN 기반의 네트워크에 비해 10배 낮은 BER performance를 획득함. ● 하드웨어 중복성에 활용 가능한 딥러닝 알고리즘의 고속 하드웨어 구조를 제안함. 결과물로 합성가능한 Verilog-HDL 소스 코드를 얻음. ● 새로운 Fault-Tolerant 알고리즘에 대한 분석적 연구와 이것에 기반한 네트워크 시뮬레이션 모델을 통해 기존 연구에 비해 향상된 결과를 얻을 수 있었으며 이를 증명하기 위한 OMNET++ 소스 코드를 얻음. ● 현재 상용화되고 있는 이중화 기술 현황 분석을 통해, 실제 환경과 유사한 파라미터를 이용하여 시뮬레이션을 실시하고 결과를 얻을 수 있었음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ● 본 과제를 통해 개발된 중복성 시스템은 고장 발생으로 인해 인명이나 재산에 피해를 초래하는 안전-필수(safety-critical) 시스템에 사용 가능함. ● 특히, 차량용 반도체 뿐 아니라, 우주/항공 분야의 내방사선(Radiation-Resistant) 프로세서, 원자력발전의 디지털 원자로 (Reactor) 보호시스템, 군사 응용, 무인 차량 및 산업/의료 장비 등 방사선 및 고장 등 고가용성 유지가 필수적인 분야에 제안하는 내결함성 프로세서가 활용될 수 있음. ● 자율주행차의 인지, 처리, 판단을 위한 신호처리 알고리즘, 구현 IP, 칩셋, 구동 SW 환경을 위시한 시스템온칩 플랫폼이 국산 자율주행차의 제어 플랫폼으로 활용 가능하며, 향후 Level-5를 위한 궁극의 중복성 기술에 활용 가능할 것으로 기대함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박상윤
• 주관연구기관 : 명지대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 자율주행차;고가용성;중복성;시스템온칩;차량내부 네트워크; 2. Autonomous Vehicle;High-Availability;Redundancy;System-on-Chip;In-Vehicle Network;

□ 연구개요 담도암은 현재까지 생존을 높일 수 있을만한 뚜렷한 치료 방법은 없는 상태로, 본 연구에서는 CTTN의 발현이 종양 미세환경에 미치는 영향과 이에 따른 예후 인자로서의 역할을 보고자하였음. in vivo 와 in vitro 실험을 통해 CTTN과 종양미세환경의 crosstalk를 보고자 하며 방사선치료 반응을 높일 수 있을 타겟 물질로의 가능성을 알아보고자 하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 본 연구는 3년 동안 대략적으로 3단계의 과정 (in vitro - in vivo - patients 분석)을 통해 수행되었으며, 연구 결과에 대해 최종적으로 논문 작성을 완료하였고, submission 후 심사 진행 중임 1) CTTN이 종양미세환경, 특히 Cancer-associated fibroblast (CAF)에 미치는 영향을 분석 ● CTTN knockdown 세포주를 확립 하여, CTTN 발현에 따른 담도암 세포주의 성질을 확인 : shCTTN 의 경우 종양의 invasion 과 migration 이 감소함 ● 환자 유래 CAF 를 확보하여, CTTN 과 CAF 의 상호작용 확인: CTTN 이 CAF의 proliferation 및 invasino을 증가시킴을 확인 2) CTTN-CAF 관련 signaling pathway 조사 및 orthopic model 에서의 종양미세환경 분석 ● CTTN 발현 여부에 따라 유전자 발현을 RNA microarray 로 확인 후 RT-PCR, cytokine array 등을 통해 단백질 단계에서 validation. ● CTTN-CAF 에 관여하는 signaling pathway를 확인: EGFR-MAPK pathway 관련 단백의 차이를 확인함 ● Orthotopic mouse model 확립하여 CTTN 발현에 따라 종양 주변의 fibrosis 가 증가함을 확인함 ● Xenograft model 확립, CTTN의 발현 여부에 따른 방사선치료 반응 확인 3) 실제 환자 조직으로 CTTN 발현에 따른 종양 미세환경의 변화 및 예후 분석 ● 담도암 환자의 TMA로 CTTN 발현 확인 ● 실제 환자에서의 종양미세환경의 변화를 병리학적으로 분석하고 재발 및 생존율과 연관이 있음을 확인함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ● CTTN의 새로운 역할 규명: 본 연구에서는 이를 담도암 (추후 다른 암종으로의 확대 가능성) 세포주에서 확인하였을 뿐만 아니라, CTTN의 발현이 종양 미세환경의 CAF 와 상호작용을 하고 이를 통해 종양미세환경의 fibrosis 등을 촉진하여 방사선 및 항암치료 등의 저항성과 연관이 있음을 밝혀 내었음. ● Bench to bedside: In vitro 와 in vivo analysis 등의 실험실 벤치에서 뿐만 아니라 기 확보하였던 실제 환자의 tissue microarray 조직을 활용하여, 실제 담도암 환자의 조직에서 CTTN 이 종양 미세환경의 변화를 일으킴을 확인할 수 있었고 이는 환자의 예후와 연관이 있음을 밝혀내었음. ● 안정적인 방사선 조사 실험/ 동물 실험 모델의 확립: 세포 실험 뿐만 아니라 담도암 세포주를 간에 이식한 orthotopic model을 확립하였으며, 세포 및 동물 레벨에서의 방사선 조사 실험의 경험을 갖추었음. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 조연아
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 방사선저항성;종양미세환경;담도암;암관련섬유아세포; 2. CTTN;radioresistance;tumor microenvironment;biliary cancer;Cancer-associated fibroblast;

□ 연구개요 본 제안은 병원 내부 시설에서 스티로폼 절단과 중금속 합금(납, 비스무스, 카드뮴 등)을 녹여 제작하는 기존 방사선치료용 차폐 블록(shielding block) 제작 방법의 문제점을 개선하기 위해, 재사용 금속 3D 프린팅 물질을 이용한 친환경 방사선 빔 차폐 블록 제작 시스템을 개발하고, 이를 기반으로 임상 적용 절차를 정립하는 연구를 수행하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 재사용 금속 3D 프린팅 물질을 이용한 친환경 방사선 빔 차폐 블록 제작 시스템을 개발하고, 이를 기반으로 임상 적용 가능성을 평가하는 연구 수행. 아래와 같은 세부 연구 내용을 목표로 함. 1. 재사용 가능한 방사선 빔 차폐 블록 제작용 금속 FDM(fused deposition modeling) 3D 프린팅 물질 개발 연구 -전자선 빔 몬테칼로(Monte Carlo, MCNP 코드 이용) 전산 모사를 통해 재사용 가능한 새로운 방사선 차폐용 금속 FDM 3D 프린팅 물질 발굴: 적합한 금속 파우더 2 종류와 고분자 바인더(결합제, 가소제, 윤활제로 구성) 조성비 도출. -시험용 시편 제작 및 방사선 선량 측정/평가를 통한 최종 후보 물질 선정. -분쇄, debinding, sintering을 통한 차폐 블록 재사용 방법 고안 및 바운딩 재료 변경을 통한 재사용 횟수 증대 연구 수행. 2. 3D 프린팅을 위한 전자선 빔 차폐 블록 자동 설계 프로그램 개발 연구 -방사선치료계획 정보 해석을 통해 치료기(Varian사 선형가속기 기준)에 장착 가능한 차폐 블록 설계 및 3D프린터로 출력 가능한 파일(STL) 변환 프로그램 연구. 3. 3D 프린팅을 이용한 친환경 전자선 빔 차폐 블록 제작 시스템의 임상 적용 연구 -유방 암 및 두경부 체표 종양 환자의 전자선 빔 치료용 차폐 블록 제작 및 임상 적용 가능성 평가, 임상 적용 절차서 개발 연구. 위 게획한 목표를 모두 달성함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ○ 과학/기술적 효과: 본 연구는 관련 분야 최초의 연구로 방사선치료뿐만 아니라 영상의학, 핵의학을 포함한 의료기기용 차폐체, 차폐 시설 제작 등에 적용 가능한 원천 기술로 자리 잡을 수 있을 것으로 생각됨. ○ 경제/산업적 효과: 기존 대비 약 1/8의 면적과 1/10의 저비용으로 친환경 제조 공정 구축이 가능하여 방사선 관련 의료 장비 산업 분야 파급효과가 매우 큰 새로운 산업 모델로 자리 잡을 수 있을 것으로 생각됨. ○ 사회적 효과: 친환경 제조 공정으로 작업 공간 내 중금속 오염 위험 감소, 작업자 안전 향상, 폐기물 재활용 등 친환경 제작 공정 구축에 크게 기여할 것으로 생각됨: 병원내 공작실 대체. ○ 임상적 효과: 전자선 빔 치료뿐만 아니라 양성자 및 X-선, 근접방사선치료 등에서 방사선 빔 조형 및 특수 방사선 치료용 차폐체 제작 정확도를 향상하고 제작 환경 개선에 크게 기여할 것으로 생각됨. 특히 환자 맞춤형 차폐체 제작에 적극 활용될 것으로 생각됨. ○ 연구를 통해 관련 제반 지식을 정립했으며 기술적 한계를 극복하여 새로운 제작 기술 개발에 성공함. 본 연구 결과를 근거로 기업과 공동으로 산업화 과제 도출 및 새로운 의료 기기 제조 모델 구축 연구로 확장하고자 함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 주상규
• 주관연구기관 : 삼성서울병원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 삼차원 프린팅;방사선 차폐 블록;재사용 금속 3D프린팅 물질;방사선치료; 2. 3D printing;radiation shielding block;reusable metal 3D printing material;radiation therapy;