□ 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 • 본 연구에서는 백내장의 진단 지표인 수정체의 이상 정도를 조기에 체크하고, 백내장 치료 시점을 정확하게 예측하기 위해 초음파의 음향 방사력을 이용해서 수정체의 혼탁 및 경화 정도를 정밀 진단 할 수 있는 핵심 기술을 개발함. 이를 위해 조직의 탄성을 측정할 수 있는 초음파를 이용해서 수정체의 혼탁 및 경화 정도를 측정 할 수 있는 새로운 메커니즘을 개발하고, 본 연구팀이 확보한 분할 초점 초음파 프로브 기술을 수정체 탄성 진단에 적용 시켜 개발된 메커니즘의 성능최적화를 통해 백내장 진단시 실시간으로 수정체 상태 정보를 제공 하는 것을 목표로 함. □ 연구 목표대비 연구결과 • 초음파 탄성 기반 수정체 혼탁 및 경도 측정 메커니즘 개발을 위해 초음파 기반수정체 혼탁 기전 연구를 수행한 결과, 수정체의 혼탁 및 경화에 의한 변화를 일반적인 초음파 B-mode (brightness mode)로 검출하기 어려움을 확인함. 이에 탄성 영상의 일종인 음향방사력 기반 임펄스 (impulse) 초음파 영상 (acoustic radiation force impulse, ARFI) 영상을 구현해서 수정체의 경도 변화를 성공적으로 측정 했으며, 성능 최적화를 위해 분할 초점 초음파 변화자 기반 위상 반전 기술 및 컴파운딩 기술을 사용해서 화질을 크게 개선시킴. • 위상 반전 및 컴파운딩 기술 기반 수정체 혼탁 및 경도 측정용 초음파 프로브 개발을 위해 5 MHz 및 10 MHz의 분할 초점 초음파 프로브를 설계하고, 시작품을 제작함. 제작된 초음파 프로브를 사용해서 수정체의 혼탁 및 경도 측정을 위한 ARFI 영상을 성공적으로 획득했으며, 초음파 B-mode 영상이 제공 할 수 없는 수정체의 biomechanial 한 특성을 제공함을 확인함. 특히, 특수 설계된 fixture를 사용해서 분할 초점 초음파 프로브의 제작 공정을 최적화시킴. • 초음파 탄성 신호 향상을 위한 펄스 압축 신호처리 알고리즘 및 모듈 개발을 위해 분할 초점 초음파 프로브에 적합한 Chirp신호 및 비정합필터를 사용한 알고리즘을 개발함. LabVIEW 프로그램 기반으로 안구의 전체 영상을 구현함으로써, 수정체의 혼탁 및 경도 측정이 가능한 모듈을 구현함. 개발된 메커니즘, 프로브, 신호처리 알고리즘, 모듈 통합 후 연동 시험을 수행하고 유의미한 결과를 획득함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) • 초음파 음향 방사력 기반 탄성영상을 이용한 수정체 혼탁 및 경도 측정 핵심 기술들은 초음파 기반 백내장 진단 시스템 개발의 가능성을 크게 높였기 때문에 추후 추가적인 정량적 수치화 연구, 안정성 연구, 그리고 in-vivo 실험등을 통해서 보다 진단의 신뢰성을 높일 필요가 있음. 이후, 기술 이전을 통한 신제품이 출시되면 기존 안질환 측정 의료기기 시장을 잠식 할 수 있으며, 새로운 시장 개척도 가능 할 것으로 사료됨. 환자의 불편함을 최소화 하고, 진단 시간을 획기적으로 줄이며, 정확도를 향상 시킬 수 있는 본 기술은 병원용 벤치 타입 뿐만 아니라 휴대용 의료기기에 응용되어 제품화가 가능함. • 압전소자 분할 초점 기법을 이용한 고성능 프로브 제작 기술은 안과 외에 일반적인 진단용 고주파수 초음파 프로브 및 고강도 집속 초음파 치료용 프로브 등과 같이 다양한 초음파 응용 분야에 적용될 수 있으므로 관련 산업 성장 및 초음파 프로브 산업의 기술적인 경쟁력 확보가 가능함. • 초음파 탄성을 이용한 수정체 혼탁 및 경도 측정 기술은 환자에게 통증이나 긴장감 같은 불편함을 덜어주고 진단 시간을 크게 줄여주며, 정확도를 높일 수 있기 때문에 효율적인 백내장 진단을 가능하게 해주고, 적절한 치료 시기 선정에 기여가능 하므로 국민 건강 증진에 이바지 할 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 정종섭
• 주관연구기관 : 동국대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 초음파;프로브;탄성;백내장;수정체; 2. Ultrasound;Probe;Elastography;Cataract;Lens;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 양수석
• 주관연구기관 : 한국항공우주연구원
• 발행년도 : 20240100
• Keyword :

□ 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;

◻ 연구개요 환자의 호흡에 의한 체표면의 변화에 따른 움직임에 대한 평가를 위한 작업으로 1차년도에는 실시간 체표면 추적 방사선 치료 장치의 모션 팬톰 개발하고 2차년에도는 개발된 팬텀을 기반으로 TOF 센서 카메라를 사용하여 호흡패턴을 얻어내었고 팬톰을 통한 단층영상(CT) 촬영 데이터를 가지고 체표면 추적 방사선 치료장치의 인공지능 학습 구현을 하는 작업을 수행했다. 3차년도에는 실제 환자의 호흡패턴을 포함하는 4차원 환자 데이터를 기반으로 체표면 추적 인공지능 학습 평가를 수행하였다. ◻ 연구 목표대비 연구결과 1차년도의 목표는 실시간 체표면 추적 방사선 치료 장치의 모션 팬톰 개발하는 작업이였고 이에 대해 CAD도면 작업을 통해 3D 프린팅 작업을 이용하여 모션 팬텀개발을 하였다. 2차년도에는 TOF 센서 카메라를 이용해 1차년도에 구현한 체표면 팬텀을 사용하여 호흡패턴 데이터를 얻고 단층촬영을 통한 아크릴로 제작된 종양부위의 움직임과 체표면 모사에서 얻어진 호흡 패턴과 기존의 상용화되어있는 적외선 마커를 이용하여 호흡패턴의 추이를 비교하였다.모션팬톰의 CT데이터를 가지고 인공지능(딥러닝)학습을 통해 호흡에 기반한 4차원 CT영상을 학습시켰다. 3차년도에는 실제 환자의 4차원 CT자료를 인공지능학습을 시켰다. 호흡패턴에 따른 위상에 변화와 이에 따른 CT영상을 예상을 구현하였다. 몬테카를로를 사용한 CT영상 구현에는 1차년도 이내에 작업이 가능한 범위를 넘어서는 작업으로 3차년도 연구에 적용하기는 어려움이 있었다. 시간에 따른 콘빔단층촬영(CBCT)를 사용한 영상을 각 시간 10개의 프레임으로 구성해 이를 기반으로 CBCT 합성 영상에 대한 구현으로 대체하였다. 1차년도의 경우 체표면 모션 팬텀 구성에 대한 목표 달성을 이루었고 2차년도에는 개발된 체표면 팬텀을 가지고 호흡패턴을 얻고 팬텀의 영상을 통한 인공지능학습을 구현하였다. 다만 너무 규칙적인 면이 있어서 실제 인공지능 학습에 대한 결과값이 예상치와 동일한 부분은 추후에 수정해야 될 부분이 있을 것을 생각된다. 3차년도의 경우 실제 환자의 호흡자료와 CT영상 자료를 통해 인공지능학습이 수행되었고 학습에 대한 결과가 상대적으로 부족한 영상자료의 영향으로 학습에 대한 정확도에 대한 개선이 필요할 것으로 보인다. ◻ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 정확한 환자 치료를 위한 영상 촬영 시 추가적으로 조사되는 방사선의 위험이 없이도 환자 체표면 추적기술을 이용해 환자 맞춤형 치료가 외국에서는 널리 활성화되고 있는 상황이다. 기존 시장에 큰 점유률을 가지고 있는 글로벌 기업에 대해 팬톰 개발은 체표면 추적기술의 요소 기술로서 상용화가 가능해서 시장 진입이 용이하게 할 수 있고 국내의 높은 IT기술을 기반으로 추후 보다 진보된 체표면 추적 시스템을 독자적으로 구축할 수 있는 발판이 될 수 있다고 본다. 특히 인공지능 및 TOF 센서 기술 을 활용하여 기존의 글로벌 기업에서 아직 점유하지 못한 기술에 대한 상대적인 우위를 가질 수 있을 것으로 생각되어진다. 방사선치료와 관련한 의료산업 분야의 수입대체 효과와 기술 고부가가치화, 의료기술 국제 경쟁력 강화 등을 기대할 수 있고, 병원 및 의료산업 분야의 활성화에 따른 인력양성과 고용의 증가도 기대할 수 있을 것으로 여겨진다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박소아
• 주관연구기관 : 한림대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 체표면 추적;팬텀;인공지능;호흡패턴;비행시간; 2. Surface guided;Phantom;Artificial Intelligence;Respiration Pattern;Time of Flight;

□ 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;

□ 연구개요 항암면역치료(Immune Checkpoint Blockade)가 신규 항암치료의 주요한 방법으로 대두되고 있으나 많은 암에서의 낮은 반응성은 극복해야할 문제점임. 본 연구는 종양악성화에 중요한 Centrosome clustering현상의 억제를 통해 염증성 세포질 미세소핵(cytosolic DNA/micronuclei)유도-cGAS-STING 면역활성화 기전을 다양한 종양동물모델을 활용하여 이해하고, 이를 기반으로 면역치료 불응성 환자의 새로운 항암면역치료 전략을 제시하고자 함 □ 연구 목표대비 연구결과 1)1차년도:Centrosome clustering억제를 통한 종양 면역활성화 기전연구 -CC단백질KO세포를 활용한 암세포/정상세포 cGAS-STING 면역활성화 조절규명 -CC항암저해제를 활용한 cGAS-STING 면역활성화 조절기전 규명: 논문 1건 2)2차년도:Centrosome clustering억제 면역활성화를 통한 면역치료 불응성 암 제어연구 -동종이식유방암 면역치료 불응성암 모델을 활용한 CC조절 치료효과 검증완료 -CC단백질조절 종양미세환경의 cGAS-STING조절 면역세포/인자의 동적변화분석 : 관련 논문 1건 3)3차년도:Centrosome clustering억제 방사선병용 면역치료를 통한 불응성 암 치료 극대화 연구 -CC표적 방사선면역치료에 의한 Abscopal동물모델/면역불용성모델 치료효과 검증 -면역세포/인자분석을 통한 방사선면역치료 효과 분석 및 검증완료 : 관련 논문 1건 4)4차년도:Centrosome clustering억제 항암제활용 방사선-면역치료 전임상 최적화 연구 -CC억제항암제 PI3K활용 최적의 방사선-면역치료 병용치료 프로토콜 연구 완료 -Abscopal동물모델/면역불용성동물모델을 통한 CC억제 전 임상연구 완료 : 관련 논문 1건 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) -기대효과 및 활용계획: -면역불응성 암의 신규한 치료전략 제시 : 면역불응성 암의 새로운 치료 표적으로 제시할 수 있을 것으로 기대되며 특히 방사선과 병용치료 함으로써 암 특이적 면역활성 -‘종양 특이적 세포분열 현상’과 ‘선천성 면역작용’과의 상관성 규명 : “염색체불안정성이 높은 전이 암세포가 어떻게 면역을 잘 회피 할 수 있는지?”에 대한 의문점을 cGAS-STING조절과 연관시켜서 설명할 수 있는 단서 제공 -면역항암제 CC억제를 통한 방사선치료의 전신치료효과(Abscopal effect) 증대 기대 : 방사선의 표적인 CC억제를 통하여 방사선의 abscopal effect(전신치료효과)를 암 특이적으로 증진 기대 -유전적불안정 상황에서 CC조절 및 cGAS-STING네트워크에 대한 새로운 개념 제공 -CC조절을 통한 신규 방사선 항암면역치료 전략제시 -신규 방사선면역치료제의 표적제공 및 치료방법 제시 -방사선병용치료의 신규 타켓 제공 가능 -현재 면역불응증 암에 대한 방사선 항암면역치료제 표적으로 활용 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김재성
• 주관연구기관 : 한국원자력의학원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 세포질 미세소핵;면역치료 불응성;방사선-면역치료; 2. Centrosome clustering;Micronuclei;cGAS-STING;Immune resistant tumor;Radiation immunotherapy;

□ 연구 목표 및 내용 ○ 최종 목표 두 개 이상의 배아에서 나온 할구의 응집으로 얻은 키메라 배아는 기본 및 응용 생명공학에서 여러 응용 분야를 가지고 있으며 포유류의 초기 발달과 분화를 연구하는 데 유용한 도구 역할을 함. 자연발생 또는 형질전환 체세포주를 활용한 돼지 배아줄기세포 확립하여 그 세포주를 공여핵으로 활용한 핵이식 배아를 작성하며, 할구 응집법 또는 배반포 보완법을 이용해 키메라 배아를 생산함. 키메라 배아의 발달 및 이식 후 산자생산능력을 평가함. 이후 확립된 형질전환 키메라 유래 배아 및 산자의 정상성 및 키메라 특성을 평가함. ○ 전체 내용 이 연구는 흑색종 돼지의 자연발생 또는 형질전환 세포주를 구축하고, 이를 활용하여 키메라 배반포를 작성하는 기초연구를 수행한다. 체세포 핵이식을 통한 키메라 배반포 생산에는 자연발생 흑색종 돼지나 형질전환 돼지로부터 세포주를 얻어 조직학적 및 분자생물학적 특성을 분석하고, 세포주 동결보존 시스템을 개발하는 과정이 포함된다. 또한, 체외성숙 난모세포의 품질개선 연구를 통해 고품질 난모세포 생산시스템을 구축하고, 단위발생 난자를 이용한 난할구 응집법을 개발한다. 이어서, 체세포 핵이식을 통해 핵이식 배아 및 키메라 배반포를 생산하며, 특성분석을 수행한다. 이 과정에서 형태학적 관찰뿐만 아니라 Telomerase Activity, Methylation Pattern, 종양발현 여부 등을 확인하는 검사가 이루어진다. 또한, 비외과적 배아 이식법을 개발하고 키메라 질환모델 동물을 생산하는 과정에서 돼지 수정란 이식 적기를 조사하고 자궁 심부주입기를 활용한 후기배 이식기법을 개발한다. 키메라 도입 돼지 모델의 생산과 특성분석에서는 형태학적 관찰과 Telomerase Activity, Methylation Pattern, 종양발현 여부 등을 검사하여 키메라의 특성을 분석한다. 마지막으로, 흑색종 모델돼지의 유효성과 생식선전달을 통한 후대검증 생산 단계에서는 후대(F1, F2)에서 흑색종 발현 여부를 확인하는 실험이 진행된다. ○ 1단계 ◎ 연구 목표 ● 흑색종 (자연발생, 형질전환) 세포주 구축 ● 키메라 배반포 작성을 위한 기초연구 ● 체세포 핵이식을 통한 키메라 배반포 생산 ◎ 연구 내용 ● 자연발생 흑색종 돼지 또는 흑색종 형질전환 돼지로부터 세포주 구축 - 구축된 세포주의 조직학적, 분자생물학적 특성분석 - 세포주 동결보존 시스템 개발 ● 체외성숙 난모세포의 품질개선 연구 - 체외성숙 난모세포의 품질개선 연구를 통한 고품질의 난모세포 생산시스템 구축 ● 단위발생 난자를 이용한 난할구 응집법 개발 - 식물성혈구응집소(PHA-L; phytohemagglutinin-L) - 특수제작디쉬 등을 이용한 응집법 개발 - 배아 분할 시기에 따른 응집효율 검토 - 배반포 내 형질전환 줄기세포주 주입술 검토 ● 체세포 핵이식을 통해 핵이식 배아를 및 키메라 배반포를 생산 단위발생에서 구축된 할구 응집 및 배반포 내 세포이식술을 활용하여 체세포 핵이식 키메라 배아 작성 ● 키메라 배아의 특성분석 - 형태학적 관찰, Telomerase Activity 확인, Methylation Pattern 확인, 종양발현 등의 검사 ○ 2단계 ◎ 연구 목표 ● 비외과적 배아 이식법 개발 ● 키메라 질환모델 동물 생산 ◎ 연구 내용 ● 비외과적 배아 이식술 검토 - 돼지 수정란 이식 적기 조사 (배란확인 등) - 돼지 자궁 심부주입기를 통한 후기배 이식기법 개발 ● 키메라 도입 돼지 모델의 생산 및 특성분석 - 형태학적 관찰, Telomerase Activity 확인, Methylation Pattern 확인, 종양발현여부 검사 ● 흑색종 모델돼지의 유효성 및 생식선전달을 통한 후대검증 생산 - 후대(F1, F2)에서 흑색종 발현 여부 검사 □ 연구성과 연구의 정량적 연구성과로는 두 개 이상의 배아에서 얻은 할구의 응집을 통해 생성된 키메라 배아의 발달 및 이식 후 산자생산 효율을 수치로 평가가 있음. 이는 키메라 배아의 형태학적 특성과 산자 생산 능력을 정량적으로 측정한다. 또한 체외발달과 생식 성과를 확인할 수 있음. 본 연구과제를 통해 SCI급 논문 10편, 200개이상의 키메라 배아생산 및 이식하여 1두 이상의 키메라 돼지 개체를 만드는 것을 목표로 하고 있다. 정성적 연구성과로는 돼지 배아줄기세포를 확립하고, 이를 공여핵으로 활용하여 핵이식 배아를 작성하는 과정을 포함하며 할구 응집법이나 배반포 보완법을 이용하여 키메라 배아를 생산하며, 이러한 키메라 배아의 정상성 및 특성을 평가하는 것이다. 이러한 연구는 기본 및 응용 생명공학 분야에서의 다양한 응용 가능성을 제시하며, 특히 포유류 초기 발달과 분화에 대한 연구에서 유용한 도구로 활용될 수 있음을 시사한다. □ 연구성과의 활용 계획 및 기대효과 ● 생명공학 기술의 기초지식 제공 - 돼지 핵이식 수정란의 생물학적 특성에 대한 정보를 축적함으로써 핵이식기술을 이용한 응용분야에 기초 자료를 제공함. - 돼지 핵이식 수정란의 체외발육 및 체내생존성을 향상시킴으로써 핵이식기술에 의한 복제돼지 생산효율을 향상시킬 수 있음. - 타 축종의 배아줄기세포주 확립에 적용하여 효과를 검토함으로써 관련분야의 기술적 발전에 활용할 수 있다. - 배아줄기세포주 확립은 유전자를 조작한 형질전환 돼지나 바이오장기생산용 돼지 등 특수목적 동물의 생산효율을 증가시킬 수 있음. - 형질전환 키메라 동물의 생산효율 증진에 활용 - 유전자 발현을 조절을 통한 생체내 기능을 추적하는 대사체유전학 연구에 활용됨. - 형질전환 키메라 돼지 생산으로 의약학 및 생명공학 기반기술 개발 활성화에 기여함. - 형질전환 키메라 돼지의 생산 및 특정품종의 개량에 응용이 가능함, ● 의료산업 및 줄기세포치료법 개발의 기반확보 - 난자의 새로운 체외성숙시스템 개발은 동물뿐만 아니라 사람의 불임치료에도 이용 되어질 수 있음. - 현미수정란, 체외조작 수정란 등 관련기술에의 적용에 의한 기술적, 산업적 기반확보가 가능함. - 줄기세포는 현대 의학으로 치료가 어려운 난치병 치료에 사용 가능할 뿐만 아니라 신약 개발, 질병의 원인 규명 등 광범위하게 이용될 수 있음. - 돼지 배아줄기세포 연구는 인간의 배아줄기세포 연구의 모델이 될 수 있음. - 형질전환 기법을 통한 재생의학 분야의 치료용 세포 생산에 활용할 수 있음. - 관련 기술을 바탕으로 특허출원 검토 및 구체화. - 유관 기관 및 업체에 기술 이전 및 기술 이전료 징수가 가능함. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이주형
• 주관연구기관 : 세명대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 흑색종;키메라;형질전환동물;체세포핵이식;난할구 응집; 2. malignant melanoma;chimera;transgenic animal;somatic cell nuclear transfer;blastomere aggregation;

□ 연구개요 최근 폐암을 비롯한 여러 암 발생과 진행에 있어 immune checkpoint가 중요하며 immune checkpoint inhibitor가 암 치료에 매우 효과적임이 밝혀지고 있음. 한편 성차가 있는 대장암에서는 immune checkpoint inhibitor의 효과에도 성차가 있을 것으로 추정됨. 이러한 배경에서 본 연구의 최종목표는 '대장암 발생과 진행에 있어서 estrogen/Nrf2/immune checkpoints의 상호관계를 규명하여 성차에 근거한 기전을 밝히고 이에 기반한 immune checkpoints inhibitor 효과를 극대화하는 방법 수립'하고자 함에 있음. □ 연구 목표대비 연구결과 1차년도: 염증성 대장암 유발 모델을 이용하여 androgen 및 estrogen이 대장암 발병 및 발생 위치에 미치는 영향 비교: 내인성 및 외인성 testosterone이 대장염 및 대장암 발생을 증가시키고, 특히 2mm를 초과하는 큰 사이즈의 tumor 발생 및 submucosal invasive tumor 발생 등 aggressive tumor 발생과 관련 있음을 증명함. 또한 대변 장내미생물 분석을 통해 testosterone 이 장내미생물총의 불균형을 초래하여 대장암 발생에 기여한다는 새로운 사실을 확인함. 2차년도: 대장암 성별 차이의 발생 기작으로 estrogen 또는 Nuclear factor erythroid 2 p45-related factor2 (Nrf2)의 immune checkpoints 발현에 미치는 영향: Male 대장암군에서 발생한 좌측대장 종양이 estrogen 처리에 의해 유의성 있게 감소했으며, 대장암군에서 증가한 PD-L1 발현 또는 감소한 ERβ 발현 역시 estrogen에 의해 감소 또는 증가했음. 이러한 PD-L1 발현 및 대장암 발생에 대한 estrogen의 항종양 효과는 야생형(WT)군 보다 Nrf2 결핍(KO)군에서 더 강하게 나타남. 특히 대장 tumor 및 non-tumor 조직에서 epithelial cell 보다는 암미세환경에 중요한 stromal cell과 mononuclear immune cell에서 PD-L1이 발현됨을 확인. 더 나아가 성별, 대장암, 에스트로겐, 나이 및 Nrf2 유전자에 의해 조절되고 동시에 이들에 영향을 주는 장내미생물을 규명함. 3차년도: 대장암 진행 및 전이에 있어 estrogen/Nrf2/immune checkpoints의 dual role에 대해 연구함: Estrogen은 DSS에 의한 대장염 발생 시기에 동시 복강주사해야 항종양 효과를 나타남을 확인하였고, 에스트로겐이 Nrf2 메틸화 수준을 저해함으로써 대장암 발생에 영향을 미칠 수 있음을 규명함. 이를 확실하게 밝하기 위해 MC38 대장암 세포주를 등에 주입한 male 대장암군과 비교하여 항-PD-L1 항체 및 estrogen 병용 투여시 MC38 female 수준으로 종양 성장이 저해되었고, 이는 Estrogen이 종양내 PD-L1 발현 및 종양 면역세포의 분포를 조절함으로써 대장암 저해에 관여함을 규명함. 또한 성별, 에스트로겐, 항-PD-L1 조절에 관여하는 장내미생물을 규명함. 4차년도: 인체 대장암 및 대장선종, 정상 조직에서 immune checkpoints 및 Nrf2 발현에 대해 알아보고 이의 성별 차이를 연구함: PD-L1 발현은 정상대조군보다 대장선종과 대장암군에서, 고식적 선종에 비해 톱니바퀴선종 조직에서 높게 발현하였음. 다변량 분석 결과, PD-L1 발현은 결합된 양성 점수(CPS) cutoff 가 1인 proximal CRC를 가진 남성과 반비례 관계, proximal CRC를 가진 여성은 dMMR/MSI-high 및 높은 EGFR 발현과 유의한 연관성을 보임을 확인함. 특히 COX-2, Nrf2, PD-1 mRNA 발현은 정상대조군보다 대장선종, 대장암군의 병변조직에서 유의하게 증가함을 확인. 건강대조군, 선종, 대장암 환자의 대변샘플 NGS 실험에서 락테이트와 뷰티레이트 생산 균주가 대장질환 예방에 기여할 수 있음을 규명함. 5차년도: 대장암 코호트에서 남녀별 Nrf2 및 immune checkpoints 발현이 대장암 병기 및 전이에 미치는 영향을 평가하고 immune checkpoints inhibitor 사용 유무에 따른 효과 연구: 대장암 진행에 따라 대장 병변조직 내 NRF2와 PD-L1의 발현증가를 확인하였고 이는 건강대조군 대장보다 높았음. 또한 NRF2 및 KEAP1의 메틸레이션 수준이 건강대조군보다 대장암 조직에서 낮음을 확인함. 또한 Ninjurin1 KO mouse AOM/DSS 대장암 모델에서 Ninjurin1과 남성호르몬 testosterone 이 대장염 및 대장암 발생을 증가시키고, 특히 2mm를 초과하는 큰 사이즈의 tumor 발생 및 submucosal invasive tumor 발생 등 aggressive tumor 발생과 관련 있음을 증명함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 첫째, 과학적 연구 설계로 대장암 성별 차이의 중요성을 증명함. 대장암 연구에서 널리 사용되는 AOM/DSS 동물모델에 대한 성별 차이를 밝힘으로 향후 대장암 연구에서 성별 차이를 바탕으로 연구해야함을 매우 확실하고 과학적으로 밝힘. 둘째, 대장에서의 에스트로겐/Nrf2/면역관문 작용 기전에 대한 다양한 접근으로 성차의학의 이해를 도모. Nrf2의 역할을 에스트로겐 및 면역관문 억제제 anti-PD-L1과 관련해 재조명함으로써 대장암 치료에 있어 보다 안전하고 효율적인 맞춤요법 수립에 기여. 셋째, 대장암 예방 및 치료에 있어 프로바이오틱스의 효과적인 이용 가능성을 높임. 장내 미생물과 숙주의 상호작용을 성호르몬 및 대장암 치료제의 관점에서 접근하였고 probiotics를 통한 효과적인 대장암 예방 및 치료 전략수립의 근거를 제공. 넷째, 성차의학의 중요성에 대한 사회적 공감대의 형성에 기여. 성차의학의 발달은 성별 차이에 대한 지식을 보강하여 특정 성별에 검증되지 못한 부작용 가능성에 대한 관심을 유발함으로써 대장암은 물론 타 질환에서의 성차의학적 접근의 필요성에 대한 과학자들의 인식 형성에 기여함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김나영
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 대장염 및 대장암;AOM/DSS 마우스 모델;성별 차이;면역관문 PD-L1;코호트; 2. Colitis and colon cancer;AOM/DSS mouse model;Sex difference;Immune checkpoint PD-L1;Cohort;