□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 반응도삽입사고 핵연료거동 모사 실험 장치 개발 및 이를 활용한 고연소도 피복관 규제지원 방안 연구 ○ 반응도삽입사고 핵연료거동 모사 장치 설계 및 구축 ○ 피복관 변형 실험 및 핵연료 해석 코드를 이용한 피복관 특성 변화 분석 ○ 구축된 장치를 활용한 향후 규제지원 활용방안 제시 ◼ 전체 내용 1차년도 ○ 가압 실험 장치 구축 - RIA 모사 실험을 하기 위한 선행연구 조사 및 분석 - RIA 압력 모사 실험에 필요한 가압 장치 설계 및 제작 - 가압 실험 장치 성능 평가 - 플라즈마 펄스를 이용한 고압 생성 및 제어 기술 확보 ○ RIA 모사 실험 피복관 해석 코드 구축 - 수소취화 피복관 변형 실험을 위한 피복관 해석 코드 구축 - 수소취화 실험을 위한 피복관 제작 2차년도 ○ 국소 가압 및 가열 실험 장치 구축 - RIA 모사 실험에 필요한 국소 가압 장치 설계 및 제작 - 고전류 인가를 통한 피복관 가열 기술 확보 - 가열 실험 장치 성능 평가 ○ 수소취화 피복관 실험수행 및 특성 분석 핵연료 코드를 이용한 실험 결과 해석 수소취화 피복관 실험수행 및 결과(강도, 미세조직 등) 분석 3차년도 ○ 압력, 온도, 피복관 연소도 통합 모사 실험 - 가압 및 가열 실험 장치 연동 시스템 구축 및 통합 실험 - RIA 통합 모사 실험 장치의 전기적 특성 해석 ○ 안전규제 지원방안 제안 - 향후 장비 활용방안 제안 - 실험 결과를 기반으로 한 안전규제 지원방안 제안 ◼ 1단계 ❏ 목표 플라즈마 펄스를 이용한 PCMI 모사 실험 장치 구축 및 피복관 해석 코드 구축 및 수소취화 특성 분석 ❏ 내용 1차년도 ○ 가압 실험 장치 구축 - RIA 모사 실험을 하기 위한 선행연구 조사 및 분석 - RIA 압력 모사 실험에 필요한 가압 장치 설계 및 제작 - 가압 실험 장치 성능 평가 - 플라즈마 펄스를 이용한 고압 생성 및 제어 기술 확보 ○ RIA 모사 실험 피복관 해석 코드 구축 - 수소취화 피복관 변형 실험을 위한 피복관 해석 코드 구축 - 수소취화 실험을 위한 피복관 제작 2차년도 ○ 국소 가압 및 가열 실험 장치 구축 - RIA 모사 실험에 필요한 국소 가압 장치 설계 및 제작 - 고전류 인가를 통한 피복관 가열 기술 확보 - 가열 실험 장치 성능 평가 ○ 수소취화 피복관 실험수행 및 특성 분석 - 핵연료 코드를 이용한 실험 결과 해석 - 수소취화 피복관 실험수행 및 결과(강도, 미세조직 등) 분석 ◼ 2단계 ❏ 목표 RIA 통합 모사 실험 및 안전규제 지원방안 제안 ❏ 내용 ○ 압력, 온도, 피복관 연소도 통합 모사 실험 - 가압 및 가열 실험 장치 연동 시스템 구축 및 통합 실험 - RIA 통합 모사 실험 장치의 전기적 특성 해석 ○ 안전규제 지원방안 제안 - 향후 장비 활용방안 제안 - 실험 결과를 기반으로 한 안전규제 지원방안 제안 □ 연구개발성과 정성적 성과: 플라즈마 펄스를 이용하는 RIA 사고 모사 실험 장치를 개발 및 활용하여 피복관 파괴실험을 수행하고, 고연소도 피복관 규제지원을 위한 데이터를 제시함. 정량적 성과: SCI급 논문 3편 및 안전기술보고서 5건 출간 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 플라즈마 펄스를 이용하는 RIA 사고 모사 실험 장치 활용 - 노내실증실험에 들어가는 비용을 절감하고 사고저항성 핵연료의 RIA 성능 평가를 할 수 있음. - 국내 핵연료안전 연구진들과의 공동 연구에 활용할 뿐만 아니라 미국(TREAT), 프랑스(CABRI), 일본(NSRR)과의 국제 공동 RIA 안전연구를 추진할 수 있음. ○ 장입수소량(연소도)에 따른 피복관 파괴조건 문턱치 실험데이터 - 고연소도 핵연료 안전규제 대응 방안 전략 수립하고 현재의 안전규제 기준을 재조명함. - 독자적 설계기준사고 안전규제 평가능력 확보하여 세계 수준의 RIA 평가능력을 구축함. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 정경재
• 주관연구기관 : 서울대학교
• 발행년도 : 20230400
• Keyword : 1. 반응도삽입사고;고전압 펄스;펄스 플라즈마;핵연료 피복관;수소취화; 2. Reactivity Initiated Accident;High voltage pulse;Pulse plasma;Nuclear fuel cladding;Hydrogen embrittlement;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ○ 실효성 있는 주민보호조치를 위한 원자력시설 비상계획 규제체계 개선안 개발 ○ 복합재난 대응 단계별 광역주민보호조치 최적화기준 개발 ○ 기류확산 통계분석을 통한 비상시 주민보호조치 고도화 ◼ 전체 내용 ○ 후쿠시마 원전사고 대응 교훈을 반영한 원자력시설 비상계획 개선을 위한 규제기술 개발 ○ 복합재난 대응강화와 주민보호조치를 위한 동향 및 기술기준 분석 ○ 복합재난 대응단계별 광역주민보호조치 및 방사능방재체계 재정립방안 구축 ○ 비상의 종료와 복구단계를 위한 방재체계 개선방향 제시 ○ 국내 원전에 대한 신속․정확한 선원항 예측시스템 방법론 도출 ○ 장기간의 기류확산 모델 수행 및 군집분석 기술을 개발하여 피복 및 지형 효과를 반영한 기상 자료의 초고해상도 상세화 기류확산 기법으로 계절별/시간별 확산영향평가지도를 산출 ◼ 1단계 ❏ 목표 ○ 원자력시설 비상계획 규제요건 개선안 개발 ○ 원전 복합재난 대응강화를 위한 국가방사능방재체계 재정립 방안 개발 ○ 원전의 중대사고 시나리오에 대한 선원항 계산방법론 개발 ○ 원전부지의 기류확산 모델 수행 및 군집분석 기술 개발 ❏ 내용 ○ 원자력시설 비상계획 규제현안 대응책 개발 ○ 후쿠시마 원전사고 이후 국제기구 및 원자력주요국 ○ 비상계획 규제요건 비교검토 및 개선안 반영 ○ 방사능방재법 및 재난안전기본법 개선안 도출 ○ 광역주민보호조치를 위한 시설운영 개선안 마련 ○ 방사능방재 대응 단계별 주민보호조치 의사결정 기준 마련 ○ NRC의 RASCAL 프로그램 상세내용 및 활용현황 도출 ○ 기류확산 군집분석 방법론 개발 및 모델링 수행 ○ 기류군집분석 및 확산영향평가지도 구축 ○ 지형 특성이 반영된 원전영역의 기상 자료의 상세화 기법 개발 ○ 상세 국지 기상장을 이용한 기류확산 모델링 기법 개발 ○ 원전부지별 확산영향분포도 고도화 ◼ 2단계 ❏ 목표 ○ 원자력시설 비상계획서 심사 및 방재검사 지침 개정안 개발 ○ 방사능재난 全주기의 국가적 대응역량 강화를 위한 비상단계에서 복구단계로의 전환체계 수립 ○ 복합재난 대비 선원항 예측기술을 개발 및 방사능재난관리 의사결정 정보시스템의 성능개선 방안 도출 ○ 원전 인근 확산영향평가지도 구축 및 활용 방안 제시 ❏ 내용 ○ 국제수준의 규제요건 반영한 심사지침 개발 ○ 복합재난 대응능력 강화를 위한 방재검사 지침 개정안 개발 ○ 비상계획 수립기준과 심/검사 지침 비교분석 ○ 복합재난 시나리오에 따른 단계별 비상대응계획 점검 ○ 비상대응에서 복구대응으로의 전환 대책 개발 ○ 비상종료와 재난복구를 위한 방사능방재체계 개선안 도출 ○ 중대사고 상황 파악 딥러닝 모델 개발 ○ 중대사고 상황 기반 선원항 예측모델 개발 ○ 고리/월성 원전 인근의 초고해상도 상세확산분포도 DB 구축 ○ 원전 인근 초고해상도 기류확산 자료의 활용 방안 기반 구축 ○ 한빛/한울 원전 인근의 초고해상도 상세확산분포도 DB 구축 ○ 원전 인근 확산영향평가지도 구축 및 활용 방안 제시 □ 연구개발성과 ○ 주민소개시간추정의 효과성 제고를 위한 연구제도 개선(안) ○ 방사선비상발령 개선 및 보완 ○ 방사능방재 검사지침 개선(안) ○ 방사능방재 대응 위한 의사결정 기준 개선안 개발 ○ 원자력 비상종료 요건에 기초한 전환단계의 분야별 대책 수립 ○ 중대사고 상황정보 및 AtomCARE 특성 기반 주요변수 도출 ○ 중대사고 대표 시나리오 선정 및 선원항 예측 딥러닝 학습용 DB 구축 ○ 원전 광역복합 재난 시, 주민보호조치 수행을 위한 원전부지별 확산영향평가지도 구축으로 원자력 비상대응에 필요한 전략 강화 ○ 관련 분야(방사능방재, 재난관리 등) 전문가 및 정부·지자체·유관 기관 등 이해관계자 대상 연구결과 발표회와 워크숍 개최를 통한 기술교류 및 의견 수렴 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 주민소개시간추정 관련 기준 마련 활용 ○ 원자력시설 분류 체계 개선 ○ 방사선 비상계획 및 방재분야 심.검사 지침 개선 ○ 방사능방재 법령 체계 개선 ○ 국가 방사능방재 역량강화를 위한 정책안 제공, 제도개선, 규제기술 개발에 활용 ○ 방사능재난 全주기의 국가전략 도출로 지역사회의 신속한 사회경제적 회복 ○ 방사능재난시 관계기관의 책임과 역할분담을 통한 조직적/인적/물적 자원 활용의 극대화 ○ 원전부지별 기류확산 군집분석을 통해 원전 방사성물질 누출 사고 시 광역비상대응체계 수립 및 주민보호조치 수행전략을 마련하기 위한 객관적인 기초 정보로 활용 ○ 주민보호조치 수행전략 수립시 원전 부지별 통계적 특성이 반영된 기상 시나리오별 대피장소 확인 및 비상용품 준비 등의 사고초기단계 대응 능력 강화 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 신형기
• 주관연구기관 : 한국원자력안전기술원
• 발행년도 : 20230100
• Keyword : 1. 원자력시설 비상계획;규제요건;복구대책;확산분포도;확산영향평가지도; 2. Licensee Emergency Plan;Regulation Requirement;Recovery Preparedness;diffusion distribution diagram;diffusion impact assessment map;

□ 연구개요 다양한 암종에서 과발현되어 있는 NQO1은 높은 산화적 스트레스 조건에서도 방사선과 항암제의 독성작용으로부터 암세포를 보호하여 항암요법 저항성을 유도함. NQO1 과발현시 수반되는 내재면역 활성 저해 또한 암세포의 방사선/항암제 저항성을 높이는 원인이라 사료됨. 따라서 본 연구는 1) NQO1의 STING 조절을 통한 면역 활성 기전 규명을 위해 NQO1-STING 매개인자를 발굴하여 2) 발굴인자 조절을 통해 면역 활성과 방사선 저항성 감소를 검증하고 3) 발굴인자 조절시 방사선 감수성 증대를 검증하여 방사선-면역치료효과 최대화를 목표함. □ 연구 목표대비 연구결과 종양세포에서 NQO1의 STING 활성화 조절 기전 규명 - NQO1의 발현량에 따라 STING signaling을 거치는 면역 활성 반응이 조절되는지 확인한 실험에서 인체 폐암세포주의 NQO1 발현을 siRNA를 이용하여 저해시킨후, 내재면역 활성을 유도하는 p(I:C)를 처리하고 이후 STING 및 하위 유전자의 발현을 확인하였을 때, NQO1 의 발현이 낮아진 상태일 때 인산화 된 IRF3가 증가한 것이 확인되었으며 이는 NQO1이 STING signaling에 영향을 주고 있음을 확인함. 발굴인자 조절시 STING 면역활성화 확인 - NQO1과 binding 하는 단백질 IκB-ζ가 STING과의 매개인자임을 확인하고자 종양 세포에 MG132를 처리하여 IκB-ζ를 저해한 조건에서 type I IFN 및 NFκB 활성을 확인하였음. 추가적으로 NQO1 발현 저해시 YAP/TAZ의 핵내 전위를 막아 STING signaling을 활성화 할 수 있는 Ser127 부위 YAP 인산화를 확인하여, 해당 인자 또한 NQO1-STING을 통한 면역활성매개 인자로서 가능성을 시사함. NQO1-STING 조절 면역활성을 통한 방사선 치료효과 확인 - 종양세포의 면역활성 유도물질 type I IFN 분비를 통해 면역세포의 활성이 높아지는지 확인하고자 NQO1 KD 종양세포에 STING 유도를 위한 방사선 처리시 공동배양한 DC에서 면역활성 물질의 발현이 높아짐을 확인함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성) NQO1 조절 STING 활성 매개 신규 인자 제시 - 산화스트레스가 많은 암의 특성으로 인해 다양한 암종에서 NQO1이 과발현되어 있으며 방사선/항암제 치료 효과가 미미하며 암의 예후도 좋지 못함. 따라서 해당 암종의 치료효과를 높이기 위해 면역활성화를 유도하고자함. 현재까지 STING에 의한 면역활성을 일으키는 인자는 확실히 알려지지 않았으며 ROS에 의한 dsDNA 생성이 원인일 것으로 예상하고 있음. 그러나 ROS 증가에도 STING 활성이 감소하는 연구 결과로 미루어보아 NQO1-STING 사이의 조절인자가 있을것으로 사료되며 본 연구에서 해당 인자를 2종 발굴하여 이를 면역활성을 조절하는 항암면역치료제 연구에 중요한 기초자료로 이용할 수 있을 것임. NQO1-STING 면역활성으로 방사선 저항성을 줄여 저선량 방사선치료 가능성 제시 - 기존에 치료 효과가 있는 방사선량은 3✕8Gy 수준으로 고선량이며, 고선량의 방사선은 치료목적임에도 정상세포에 영향을 주어 치료 부작용을 유발함. 본 연구의 결과로 면역활성을 조절하는 인자를 발굴하여 면역활성을 조절함으로써 치료 효율을 높인다면 기존에 방사선 치료에 활용되는 선량보다 낮은 선량을 이용하여 같은 치료효율을 낼 수 있을 것이므로 종양 치료의 중요한 기반연구 자료가 될 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김효정
• 주관연구기관 : 한국원자력의학원
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. STING 신호전달;종양환경;면역활성;방사선치료; 2. NQO1;STING signaling;Tumor environment;Immune activation;Radiotherapy;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 최진호
• 주관연구기관 : 레메디
• 발행년도 : 20230800
• Keyword : 1. 근접치료;암치료;엑스선튜브;방사선장치;엑스선장치; 2. Brachytherapy;Cancer therapy;X-ray tube;radiation device;X-ray device;

Ⅳ. 연구개발결과 (1) 종양 악성화과정과 관련 면역세포 및 다양한 stromal cells (blood vessel 구성세포, 대식세포 및 fibroblast)에 의해 활성화되는 종양내 signal transduction 경로 확립 - 종양관련 다양한 stromal cells/면역세포에 의해 활성화되는 암세포내 signaling pathway 규명 (2) 종양 악성화과정을 발생시키는 ‘저산소관련 조절 인자‘와 ‘면역세포 및 stromal cells’간의 연관성 규명 - Stromal cells 혹은 대식세포에 의해 활성화되는 암세포의 HIF단백질 조절 기전 규명 (3) 방사선 조사에 의한 대식세포 유래 CXCL10이 대장항문암의 방사선 치료에 미치는 영향 연구 - 방사선 조사에 의해 증가되는 CXCL10의 생성 기전 규명 및 제어 (4) 대식세포주의 생화학/분자생물학적인 변화가 방사선 조사에 의한 IL-1beta, nitric oxide 생성에 미치는 영향 연구 (출처 : 요약문 3p)

• 연구책임자 : 박문택
• 주관연구기관 : 동남권원자력의학원
• 발행년도 : 20230100
• Keyword : 1. 기질세포;탐식세포;악성화;전리방사선;신호전달경로;저산소; 2. Stromal cells;Macrophage;Malignancy;Ionizing Radiation;Signal transduction;Hypoxia;

1. 연구개발 목표 및 내용 1) 최종목표 및 내용 식도암 진료지침 확립을 위한 다기관 무작위 배정 임상연구 및 유전체 구축 연구 최종 목표 불완전한 표재성 식도암의 치료방침 개선을 위한 내시경적 절제 후 가장 효율적인 추가 치료법 결정. 내시경적 절제 후 얻은 조직을 활용하여 표재성 식도암 유전체 데이터베이스 구축을 하고 방사선항암치료와 관련된 치료 예측 인자(유전자) 발굴을 진행. 더불어 표재성 식도암의 병기결정의 가장 효율적인 임상경로를 수립하고 PET/CT를 이용한 진행성 식도암 치료 전, 후의 예후예측으로 효과적인 치료 결정 알고리듬 제시. 전체 내용 1. 림프절 전이가 없는 표재성 식도암에서 내시경적 절제를 시행 후 최종 병리 결과 완치 기준에도달하지 못한 환자를 연구 대상자로 하여 무작위 배정한 뒤 추가 수술 또는 방사선항암 치료 시행. 3년 생존율을 일차목표로 하여 방사선항암치료가 수술에 비해 비열등함을 검증. 2. 1세부 연구 참가자의 내시경적 절제술로 제거된 식도암 조직 100례를 얻어 whole exome sequencing 시행, 표재성 식도암 유전체 데이터베이스 구축. 방사선항암치료 후 재발된 환자의 식도암 유전자 분석 결과를 재발되지 않은 군의 유전자 결과와 비교하여 재발과 관련된 유전자 확인. 3. 표재성 식도암에서 PET/CT의 역할과 필요성 평가. T1/T2 식도암 병기결정에서 PET/CT의 필요성 확인 및 예후에 미치는 영향 평가. 진행성 식도암의 수술 전 방사선항암치료 또는 확정치료 중간 평가에서의 PET/CT 역할 확인. (연구개발과제1) 표재성 식도암 내시경적 절제 후 추가 수술과 방사선항암치료의 무작위대조연구 최종 목표 최근 내시경 기술의 발전과 screening 내시경 영향으로 표재성 식도암의 발견 빈도가 늘고 있으나 시술 전 평가를 통해 종양의 침범 깊이를 예측하기가 어려워 불필요하게 수술을 받기도 하고 내시경적 절제 후 추가 치료가 필요한 경우가 자주 발생함. 하지만 아직 표재성 식도암에서의 치료방침이 정립되어 있지 않아 본 연구는 내시경적 절제 후 완치에 도달하지 못한 표재성 식도암에서의 치료 가이드라인 근거 창출을 위해 추가 수술과 방사선항암치료를 비교 분석하고자 함. 전체 내용 1. 림프절 전이가 없는 표재성 식도암에서 내시경적 절제를 시행 후 최종 병리 결과 T1b(점막하 침범) 또는 lympho-vascular 침범이 있는 경우를 연구 대상으로 함. 2. 흉부 식도 또는 위식도접합부 편평상피암을 선정 기준으로 하고 재발성 식도암이거나 기저질환이나 임신 등의 이유로 방사선항암치료나 수술을 받을 수 없는 경우를 제외 기준으로 하여 최종 연구 참여자를 무작위 배정한 뒤 수술(Ivor-Lewis 수술 또는 McKeown 수술) 또는 방사선항암치료(5-FU 4000mg/m2/day on days 1-4 and 22-25 and CDDP 60mg/m2/day on day 1 and 22, radiation dose 50Gy/25Fr, 5 days/week) 시행. 3. 각 군 당 목표 대상자 수는 94명이며 3년 생존율을 일차목표로 하여 Kaplan-Meier curve를 구하고 log-rank test로 비교. 이차목표로 1년/2년 생존율, 1년/2년/3년 무재발생존율, 1년/2년/3년 삶의 질(SF-36, EQ-5D), 시술관련 합병증평가를 시행하고 log-rank test, unpaired t-test 또는 Mann-Whitney U test, Pearson’s χ2 test 또는 Fisher’s exact test를 이용하여 두 군간 비교. (연구개발과제2) 표재성 식도암 유전체 데이터베이스 구축 최종 목표 서구 식도암과 조직학적으로 분명히 다른 국내 식도암에 대한, 독립적인 유전체 데이터베이스의 구축이 절실한 상황임. 본 연구를 통하여 1) 표재성 식도암 유전체 데이터베이스를 구축하고, 2) 본 연구와 병행하여 구축 중인 국소 진행성 식도암의 유전체 데이터베이스와 비교하여, 표재성 식도암의 유전학적 특징을 밝히며, 3) 제1세부과제에서 확인된 환자 재발 결과와 연계 분석하여, 방사선항암치료와 관련된 치료 예측 인자 (유전자) 발굴이 목표임 전체 내용 1. 표재성 식도암 유전체 데이터베이스 구축 (1) 식도 내시경 초음파를 통해 표재성 식도암 진단된 환자가 대상임. (2) 내시경적 절제술 시행 전 내시경적 조직검사를 통하여 충분한 신선 조직(fresh tissue)를 얻음. (3) 성공적으로 얻어진 100례의 표재성 식도암 조직에 대하여 whole exome sequencing/whole transcriptome sequencing을 진행하여 유전체 데이터베이스 구축 2, 국소 진행성 식도암 유전체 데이터베이스와 비교 분석 (1) 병기가 다른 식도암의 유전체 데이터를 비교하여서, 병기에 따른 유전자의 변이도 함께 진행하는 지 확인하고자 함. 3. 방사선항암치료의 치료 결과 예측 인자(유전자) 발굴 (1) 제1세부과제에서 방사선항암치료 후 재발된 환자의 식도암 유전자 분석 결과를 재발되지 않은 군의 유전자 결과와 비교하여 재발과 관련된 유전자 확인. (연구개발과제3) 식도암의 조기 발견과 병기결정 그리고 예후 예측 최종 목표 식도암의 조기 발견과 병기결정 그리고 예후예측을 위해 1) 영상을 이용한 조기 식도암 발견법을 개발 평가하고, 2) 병기결정이 환자 예후에 미치는 영향을 알아보며, 3) PET/CT를 이용한 tumor와 림프절 혹은 전신 전이를 포함한 종양 volume 평가가 환자 치료 후 예후에 미치는 영향이 단순한 PET에서의 원발종양의 maximum standardized uptake value(SUVmax)을 측정하는 것과 얼마나 다른지를 알아본다. 전체 내용 1. 식도암의 T stage와 PET/CT와의 상관관계, 특히 표재성 식도암에서 PET/CT의 역할과 필요성을 알아본다. 2. T1/T2 식도암의 N staging에서 PET/CT의 정확성을 보고 PET/CT N- 식도암 중 최종 병리 N stage에 따른 예후 차이를 알아본다. 3. 수술이 불가능한 진행성 식도암에서 volume-based metabolic volume(metabolic tumor volume[MTV], total lesion glycolysis[TLG]) 측정과 primary tumor의 maximum Standardized Uptake Value(SUVmax)만 측정하는 경우 예후예측의 차이를 알아본다. 4. 수술 전 방사선항암치료 효과판정 혹은 진행된 식도암에서 확정치료(definitive therapy) 중간 평가에서의 PET/CT의 역할을 알아본다. 2) 단계별 목표 및 내용 <1단계> 식도암 진료지침 확립을 위한 다기관 무작위 배정 임상연구 및 유전체 구축 연구 최종 목표 1. 다기관 다학제 무작위대조실험연구(RCT) 인프라 구축 및 90명 이상 연구대상자 등록 다기관 다학제 RCT의 안정적 수행 2. 표재성 (T1)/진행성 (T2-4) 식도암 조직의 확보. 엑솜체, 전사체 분석을 통한 표재성 식도암의 유전체 분석. 3. 식도암 관련 다양한 영상, 임상, 병리 정보를 포함하는 식도암 영상 net 개발과 입력 다양한 영상을 고려한 식도암 및 병기결정 임상 경로개발 전체 내용 1. 림프절 전이가 없는 표재성 식도암에서 내시경적 절제를 시행 후 최종 병리 결과 완치 기준에도달하지 못한 환자를 연구 대상자로 하여 무작위 배정한 뒤 추가 수술 또는 방사선항암 치료 시행. 3년 생존율을 일차목표로 하여 방사선항암치료가 수술에 비해 비열등함을 검증하는 다기관 다학제 무작위대조실험연구(RCT)를 개시. 연구 개시를 위한 다기관 다학제 컨소시엄 구축 및 다기관 IRB승인, eCRF 개발. 연구 참여자 등록 및 무작위배정에 따른 치료 시행. 2. 1세부 연구 참가자의 내시경적 절제술로 제거된 식도암 조직 100례를 얻어 whole exome sequencing 시행, 표재성 식도암 유전체 데이터베이스 구축. 방사선항암치료 후 재발된 환자의 식도암 유전자 분석 결과를 재발되지 않은 군의 유전자 결과와 비교하여 재발과 관련된 유전자 확인. 3. 표재성 식도암에서 PET/CT의 역할과 필요성 평가. T1/T2 식도암 병기결정에서 PET/CT의 필요성 확인 및 예후에 미치는 영향 평가. 진행성 식도암의 수술 전 방사선항암치료 또는 확정치료 중간 평가에서의 PET/CT 역할 확인. (연구개발과제1) 표재성 식도암 내시경적 절제 후 추가 수술과 방사선항암치료의 무작위대조연구 최종 목표 다기관 다학제 무작위배정 대조실험연구(RCT) 인프라 구축 및 연구 개시 - 다기관 IRB 승인 및 프로토콜 관리 - eCRF 개발 (eVelos system) - 다기관 다학제 무작위배정 대조실험연구(RCT) 의 대상자 선별 및 등록 flow 수립 - 무작위 배정 결과에 따라 시행항 수술 또는 방사선항암치료의 기관별 표준화 - 연구 참여자의 의학적 관리와 정기적 추적관찰을 통한 연구대상자 안전성 관리와 질 관리 전체 내용 - 다기관 다학제 컨소시엄 구축 - 프로토콜 개발 및 eCRF 개발 - 프로토콜 다기관 협의, clinical practice 의 다기관 표준화 - 무작위배정 대조실험연구(RCT)의 연구 대상자 선별 및 등록 - 무작위배정 결과에 따른 치료 수행과 의학적 관리 - 연구대상자 추적관찰 및 Safefy 관리 - 연구의 질 향상을 위한 노력(목표 등록환자수 상향조정, ESD 활성화와 등록 활성화를 위한 노력, 참여기관 확대) (연구개발과제2) 표재성 식도암 유전체 데이터베이스 구축 최종 목표 표재성 (T1)/진행성 (T2-4) 식도암 조직의 확보. 엑솜체, 전사체 분석을 통한 표재성 식도암의 유전체 분석. 표재성 식도암과 국소 진행성 식도암의 유전체 데이터베이스와 비교 분석하여, 표재성 식도암의 유전학적 특징의 차이 규명 전체 내용 표재성 (T1)/진행성 (T2-4) 식도암 조직의 확보와 유전체 분석의 적합성을 평가함. 이와 동시에 여러 분석 방법의 엑솜체, 전사체 분석을 시도하여, 어떤 분석 방법이 본 연구에서 활용할 지 타당성을 측정함. 엑솜체, 전사체 분석 결과를 이용하여 다방면으로 두 군간의 차이를 확인 (연구개발과제3) 식도암의 조기 발견과 병기결정 그리고 예후 예측 최종 목표 식도암 관련 다양한 영상, 임상, 병리 정보를 포함하는 식도암 영상 net 개발과 입력 진행 및 병기결정 임상 경로개발 및 영상 net 개발과 입력 진행 및 FDG PET/CT의 volume-based metabolic parameters 측정의 중요성 평가, 식도암 FDG PET/CT 영상 기반 데이터베이스 구축 시작 전체 내용 ○ 식도암 관련 다양한 영상, 임상, 병리 정보를 포함하는 식도암 영상 net 개발과 입력 진행 ○ 다양한 영상을 고려한 식도암 및 병기결정 임상 경로개발 ○ 식도암 FDG PET/CT 영상 기반 데이터베이스 구축 시작 ○ 식도암 PET/CT의 volume-based metabolic parameters 측정의 중요성 평가 <2단계> 식도암 진료지침 확립을 위한 다기관 무작위 배정 임상연구 및 유전체 구축 연구 최종 목표 1. 무작위대조연구 대상자 등록 완료 및 다기관 다학제 RCT의 안정적 수행. 2. 표재성 식도암 조직 유전자 분석 완료 및 식도암 유전체 데이터 베이스 구축. 3. 식도암 영상 net 입력 진행 및 술 후, 술 전 PET/CT 영상소견과 예후 예측 평가. 전체 내용 1. 연구 대상자 지속적 선별 및 등록을 하고 무작위 배정 결과에 따라 치료를 수행. 프로토콜에 따라 추적관찰을 하고, 필요한 의학적 관리를 수행. 2. 식도암 조직 확보 및 유전자 분석 진행. 표재성/진행성 식도암 유전체 데이터베이스 구축. 3. 식도암 영상 portal 형성과 입력 진행. 술후, 술 전 PET/CT 영상소견과 병리검사, 치료효과와의 상관관계 분석. (연구개발과제1) 표재성 식도암 내시경적 절제 후 추가 수술과 방사선항암치료의 무작위대조연구 최종 목표 다기관 무작위대조연구(RCT)의 대상자 등록 완료 및 임상시험의 안정적 수행 - 다기관 표준화 - 다기관 다학제 진료체계 유지 및 관리를 통한 프로토콜 관리 - 다기관 임상시험에 대한 모니터링 체계 구축 및 SAE, 프로토콜 위반 등의 질 관리 - eCRF 개발 및 자료 이관 (MyTrial) 전체 내용 다기관 다학제 무작위배정 대조실험연구(RCT) 수행 - 다기관 다학제 무작위배정 대조실험연구(RCT) 의 대상자 선별 및 등록 (95% 등록 완료) - 무작위 배정 결과에 따른 치료 수행과 의학적 관리 - 연구대상자 추적관찰 및 Safefy 관리 - 연구대상자의 문제 해결을 위한 다기관 다학제 협의체 운영 - 국립암센터의 eVelos 계약종료에 따라 eCRF 를 MyTrial 로 다시 개발 및 자료 이관 - 연구의 질 향상위한 노력(ESD 활성화와 등록 활성화를 위한 노력, 참여기관 확대) (연구개발과제2) 표재성 식도암 유전체 데이터베이스 구축 최종 목표 표재성 (T1) 식도암 조직의 확보 완료. 표재성 (T1) 식도암 유전체 분석의 완료. 표재성 (T1)/진행성 (T2-4) 식도암의 유전체 특징의 비교 분석을 통한, 표재성 식도암 유전체 특징 규명. 전사체 클러스터링을 통한 식도암에서의 예후 인자 분석 전체 내용 총 75례의 표재성 식도암과 총 28례의 진행성 식도암의 확보와 유전체 분석을 완료함. 엑솜체 분석 결과, 진행성 식도암에서 특징적인 일부 변이 패턴들이 관찰됨 (Notch pathway 및 PI3K pathway의 SNV/indel이 더욱 빈번함. CNV 상 1q gain/ 3p, 9p, 9q, 11p loss 는 드물었음.) 전사체 분석 결과, 진행성 식도암에서 cell-cycle activation 정도는 감소하고, EMT 및 종양괴사 반응 등이 증가하였음. 하지만 immune cell infiltration 및 면역 회피 기전은 T-stage에 관계 없이 주로 독립적으로 나타났음. T-stage 별 특징에 기반하여 새로운 전사체 클러스터 분류법을 제안하고 survival 분석 등으로 임상적 의미를 검증 하였음 (연구개발과제3) 식도암의 조기 발견과 병기결정 그리고 예후예측 최종 목표 식도암 영상 net 입력 진행 및 PET/CT volume-based metabolic parameters 측정의 중요성 평가 및 식도암 영상 net 입력 진행 및 유지보수 및 수술 후, 수술 전 PET/CT 영상소견과 병리검사, 치료효과와의 상관관계 분석, 식도암 FDG PET/CT 영상 기반 데이터베이스 구축 완료 전체 내용 ○ 식도암 영상 net 데이타 입력 완료 및 유지 보수 ○ 식도암 FDG PET/CT 영상 기반 데이터베이스 구축 완료 FDG PET/CT를 이용한 다양한 원발암의 대사(Metabolic) 및 부피(Volume)와 연관된 예후인자 연구 ○ FDG-PET/CT를 이용한 수술전 항암방사선요법을 시행한 후 수술을 진행한 환자에서의 예후인자 연구 ○ 식도암 병기 AJCC 8판에 근거한 FDG PET/CT의 예후 예측능 재평가 3) 연구개발 성과 및 기대효과 식도암 진료지침 확립을 위한 다기관 무작위 배정 임상연구 및 유전체 구축 연구 연구개발성과 활용계획 및 기대효과 1. 표재성 식도암에서 새로운 치료가이드라인을 정립할 수 있는 근거 창출 2. 유전체적 분석을 통한 표재성 식도암 치료의 precision medicine 방법 모색 3. 식도암 FDG PET/CT 영상 기반 Big data 구축 및 병기결정/예후예측에 대한 필요성과 유용성 평가 1. 표재성 식도암에서의 새로운 치료 가이드라인을 정립 2. 표재성 식도암의 유전체 데이터베이스 구축 및 방사선항암치료에 대한 유전적 예측인자 구명. 3. 식도암 병기결정에서의 최적의 임상경로(clinical pathway) 개발 및 진행성 식도암에서 PET/CT를 활용한 환자 치료방침 제공과 예후예측 법 제시. (연구개발과제1) 표재성 식도암 내시경 적 절제 후 추가 수술과 방사선항암치료의 무작위대조연구 연구개발성과 활용계획 및 기대효과 1. 림프절 전이가 없는 표재성 식도암에서 내시경적 절제술을 시행한 뒤 점막하 침범 또는 lympho-vascular 침범이 있어서 추가 치료가 필요할 때, 방사선항암치료가 생존율 측면에서 수술에 비해 비열등 함을 확인하여 새로운 치료 가이드라인을 정립할 수 있음. 2. 수술이 필요한 표재성 식도암 환자에서 방사선항암치료를 시행하고 수술과 비교 분석하여 그 치료 성적을 확인함으로써 대표적 비수술적 치료법인 방사선항암치료의 예후를 결정할 수 있음. 3. 방사선항암치료를 받은 표재성 식도암 환자의 불량한 치료 성적과 연관되는 요인을 찾아내어 수술적 치료의 필수 적응증으로 활용할 수 있겠음. 4. 한국형 다기관 다학제 연구의 모델 제시1. 표재성 식도암에서의 치료 가이드라인을 정립할 수 있는 근거창출. 2. 수술이 어렵거나 수술을 원하지 않는 표재성 식도암 환자에게 비수술적 치료를 제공할 수 있는 근거마련 및 예후예측 가능. 3. 방사선항암치료 후 재발한 경우 요인분석을 통해 표재성 식도암에서 수술적 치료의 적응증에 대한 근거마련. (연구개발과제2) 표재성 식도암 유전체 데이터베이스 구축 연구개발성과 활용계획 및 기대효과 1. 세계 최초로 표재성 편평상피식도암의 유전체 데이터베이스 구축을 통해, 관련 연구기반 확보 2. 표재성 식도암에 대한 genomic evolution 확인을 통해 병기에 따른 precision medicine에 대한 근거 마련 3. 기존에 알려진 여러 암종에서의 표적치료제가 식도암 치료에 적용될 수 있는지 가능성 확인 4. 방사선항암치료 후 재발하는 군의 유전체 패턴 분석으로 추가 수술 전략을 시행할 수 있는 효과적인 치료법 개발의 토대 마련1. 세계 최초로 표재성 편평상피식도암의 유전체 데이터베이스 구축 2. 진행성 식도암에 비해, 표재성 식도암의 특이 유전체 데이터베이스 확인 및 암의 병기별 진행에 따른 유전체의 변화 확인 3. 식도암에 대한 표적치료제의 연구 및 개발에 연계될 가능성 확인 4. 동시방사선 항암치료에 민감한 유전체 유형 선별 (연구개발과제3) 식도암의 조기 발견과 병기결정 그리고 예후 예측 연구개발성과 활용계획 및 기대효과 1. 식도암 FDG PET/CT 영상 기반 데이터베이스를 구축하여 영상과 암 유전자, 치료와 치료 효과, 예후예측에 대한 Big data수집 2. 식도암 병기결정 및 예후 예측에 있어서 PET/CT의 필요성 제시 및 유용성 평가, 이에 따른 식도암 환자에서 치료 및 감시(Surveillance)에서의 임상경로(Clinical pathway) 제시1. 식도암 병기결정에서의 임상경로(clinical pathway) 개발. 2. 식도암 병기결정에서 PET/CT의 필요성 확인 및 예후에 미치는 영향 평가. 3. 진행성 식도암에서 PET/CT 활용 예후예측으로 술 후 혹은 술 전 강화치료(consolidation treatment) 혹은 전환치료(switch)의 조기 결정 알고리듬 제시. 4. 영상, 암 유전자, 치료와 치료효과, 예후에 대한 portal 형성/Global big data 선점화 (출처 : 요약문 3p)

• 연구책임자 : 김홍관
• 주관연구기관 : 성균관대학교
• 발행년도 : 20230400
• Keyword :

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 TiO2 광촉매를 이용한 일사 저항형 Thermochromic 파우더의 도료화 기술 개발 ◼ 전체 내용 최근 여름철 외기온도가 상승되면서, 건물외피의 표면온도가 지속적으로 상승되고 있다. 가열된 건물외피의 표면은 실내로 더 많은 열을 전달하여 냉방기의 용량 및 가동시간을 증가시켜 냉방에너지 소비를 더욱 촉진시킨다. 특히, 지붕표면은 타 구조보다 더 긴 시강동안 높은 고도의 강한 일사에 노출되기 때문에, 표면온도가 매우 높다. 이러한 지붕의 표면온도를 감소시키기 위해 최근 태양일사의 반사에 탁월한 흰색 도료 형태의 Cool Roof 시스템이 보급되고 있다. 그러나 현재와 같은 Cool Roof 시스템은 연중 여름철이 우세한 지역에 적합한 방식이다. 반면, 국내와 같이 겨울철이 긴 기후지역에서는 Cool Roof가 지붕의 표면온도를 더욱 냉각시킴으로서 난방에너지 소비를 촉진시키는 동시에 연간 건물에너지 및 온실가스 배출 또한 증가시킨다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구는 Thermochromic 재료를 이용한 'Cool & Warm Roof' 시스템을 제안한다. Thermochromic 재료는 온도에 따라 색이 검정계열에서 무색(투명)으로 변화하기 때문에, 흰색계열의 도료와 순차적으로 시공된다면 지붕표면의 일사를 조절함으로서 여름철과 겨울철에 지붕표면 온도를 유기적으로 변화시킬 수 있다. 그럼에도 불구하고, Thermochromic 재료는 태양 자외선에 노출되면 변색 기능이 파괴되기 때문에, 이를 지붕 표면에 적용하기 위해서는 자외선 취약에 대한 문제를 해결해야 한다. 그 해결책으로서 본 연구는 TiO2 광촉매를 통해 Thermochoromic 재료의 자외선 문제를 해결할 계획이며, 동시에 이를 지붕에 적용하기 위한 도료화 방안을 제시할 것이다. 따라서, 본 연구는 'Cool & Warm Roof를 구현하기 위해 TiO2 광촉매 기반의 일사 저항형 Thermochromic 분말의 도료화 기술 개발‘에 최종 목적이 있다. Thermochromic 기술은 촉매제 내에 유기산화물과 착색제를 첨가한 후, 이를 캡슐화한 나노기술의 하나이다. 촉매제의 융해점을 기준으로 고온 혹은 저온에서 색상이 서로 다르게 나타나는 특징을 가진다. Thermocromic 재료는 일반적으로 (1) Liquid Crystal과 (2) Leuco Dye로 구분된다. 이중, Leuco Dye 타입은 일반적으로 유색에서 무색(투명)으로 변화시키며 마이크로파우더(미세분말) 현태로 존재한다. 또한 고온에 내구성 가지며 다른 입자들과 혼합되어도 본연의 성능을 유지시킬 수 있는 장점을 가진다. 이로 인해, 물, 페이트, 오일 등과 혼합되어 도장의 원료나 미용, 자동차 등 많은 산업에 광범위하게 이용될 수 있다. 만약, 지붕의 표면에 반사율이 높은 흰색계열의 도료를 도포한 후, 검정계열에서 무색(투명)으로 변화하는 Thermochromic 기반의 도료를 그 위에 도포한다면, 특정온도에서 지붕의 표면이 검정계에서 흰색계열로 변화될 수 있다. 이러한 지붕 표면의 색 변화는 태양일사를 계절에 따라 조절할 수 있기 때문에, 지붕의 표면온도를 계절 변화에 따라 감소 혹은 증가시킬 수 있다. 그러나 현재 모든 Thermochromic 재료들은 태양의 강한 자외선에 노출되면 내부의 조직이 파괴되어 변색 기능을 상실하게 된다. 특히, Thermochromic Leuco Dye 타입은 고온에 저항성이 있기 때문에 뜨거운 열과 같은 고온에서도 변색기능을 유지할 수 있지만, 실외의 강한 자외선에 노출되면 다른 재료와 마찬가지로 변색기능이 파괴되고 일사 반사 능력이 현저하게 떨어지는 심각한 단점을 가진다. 이러한 문제를 해결하기 위해 본 연구에서는 이산화 티타니움 (TiO2)를 이용하였다. TiO2는 일사의 자외선 및 짧은 파장의 가시광선 영역을 반사하는 특징을 가진다. 특히, TiO2는 입자의 크기에 따라 표면으로 투영되는 일사를 산란시키는 능력에서 차이를 보인다. 따라서 기존 Thermochromic Leuco Dye 타입의 일사에 대한 취약성을 보완함과 동시에 최적의 일사 반사율을 가질 수 있는 TiO2 의 종류 및 입자크기를 결정짓는 것에 중점을 두었다. 또한 일사 저항성을 가진 TiO2 및 Thermochromic의 최적 혼합물이 도출된 후, 이를 도료화하는 방법 또한 도출하였다. 이들 혼합물과 지붕에 도포하는 일반 도료와의 혼합과정에서 발생될 수 있는 화학적 위험성을 관철하고, 도료화가 완성되었을 때 지붕 표면과의 부착성, 마모(벗겨짐), 변색 기능의 유지 등에 대한 분석 또한 수행하였다. ◼ 1단계 ❏ 목표 국내 기후조건을 고려한 Cool & Warm Roof 최적 디자인 도출 ❏ 내용 연간 기후변화에 따른 지붕의 일사 조절을 위한 표면 색상변화 시스템의 디자인 도출, 최적 Thermochromic 안료 및 TiO2 분말의 입자크기 결정 및 지붕과의 융합 방안 도출 ◼ 2단계 ❏ 목표 혼합 Thermochromic 안료 제작 및 사전 성능 테스트 ❏ 내용 Thermochromic 안료 및 TiO2 분말의 최적 혼합을 위한 혼합 방식 결정 및 혼합 테스트, 혼합 안료 및 액체 도료 용매와의 혼합 결과 분석, 혼한 Thermochromic 도료의 지붕 표면 적용을 위한 사전 테스트 수행 ◼ 3단계 ❏ 목표 기존 지붕 대비, Thermochromic 도료 적용에 따른 지붕 표면 온도 저감 효과 분석 ❏ 내용 국내 건축물에서 주로 활용되고 있는 녹색 및 회색 표면 대비, Thermochromic 기반 Cool & Warm Roof 시스템의 표면온도, 실내 천정온도 및 실내 공기온도의 쾌적성 검증 □ 연구개발성과 Thermochromic 도료의 연구와 관련하여 국내외 연구개발의 격차는 약 15년 이상이라고 사료된다. 또한 미국과 일본 및 일부 유럽국가에서는 이미 이러한 스마트 도료가 빠르게 보급되면서 그 성능 또한 연구를 통해 지속적으로 발전되고 있다. 반면, 국내에서는 몇몇 연구문헌에서 Thermochromic 안료에 대한 소개와 간단한 성능 정도가 보고되고 있고, 이를 활용한 응용사례나 혁신 연구에 대한 보고는 아직 충분하지 않은 것으로 분석된다. 이미 국외에서는 Thermchromic 안료가 건축뿐만 아니라 금속, 목재, 플라스틱 등 다양한 산업에서 활용되고 있으며, 에너지 절감의 관점에서도 일부 건축물 적용에서 상당한 효과를 발휘하는 것으로 나타나고 있다. 특히, 금속 피막의 내구성 강화를 위한 연구가 상당히 진행되었으며, 곧 자외선에 완전히 저항할 수 있는 기술이 완성될 것으로 보인다. 따라서 비용 대비, 에너지 절감 효율이 매우 탁월한 재료이며 미래 스마트 에너지 절감 재료로서 폭넓게 활용이 가능함으로, 본 연구가 국내 Thermochromic 안료 및 도료 기술발전의 기폭제 역할이 될 것으로 매우 기대하고 있다. □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 건축물 관련 에너지 절감을 위한 요소기술은 이미 선진국 수준으로 다달았으며, 현재는 이러한 요소기술 적용에 따른 적용과 효과에 대해 국가 인증을 통해 검증하는 단계에 있다. 그럼에도, 건축물에서 좀 더 효율적이고 경제적인 에너지 절감을 위해서는 가벽고 적용이 쉬운 스마트 재료들의 개발과 적용이 필요한 시점이다. 이미 해외에서는 도료라는 주제로 스마트 기술을 적목하여 간단한 적용으로 효과적인 건물에너지 절감을 도모하고 있으며, 어느 정도 완성기에 접어들고 있다. 반면, 국내는 해외 기술과 약 10년 이상 차이가 있을 만큼, 스마트 재료 및 이러한 도료 기술에 소극적이며, 연구 문헌의 비교를 통해서도 그 차이를 확인할 수 있다. 본 연구 과정 중에서 코로나19라는 예상치 못한 사태가 발생되어 연구 진행에 많응 어려움이 있었지만, 어렵게 실험을 통해 스마트 도료 기술을 통해 효과적으로 건물에너지 절감을 도모할 수 있다는 것이 확인 되었다. 따라서 본 연구를 통해 향후, 본 기술의 성숙기로의 진입을 기대하며, 다양한 산업에서 본 도료를 통한 응용연구 및 기술개발이 추진되기를 기대한다. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 백상훈
• 주관연구기관 : 한경대학교
• 발행년도 : 20230600
• Keyword : 1. 온도변색도료;이산화티타니움;스마트지붕시스템;일사조절;건물에너지절감; 2. Thermochromic Paint;Titanium dioxide;Smart Roof System;Solar Radiation Control;Building Energy Reduction;

□ 연구의 목적 및 내용 본 과제에서는 PD-1/PD-L1를 포함하여 다양한 면역관문 표적 항체를 이용하여, 치료전후 종양의 TIME(tumor immune microenvironment)의 변화를 비침습적으로 또한 반복적으로 영상화하는 플랫폼 및 생화학적 바이오마커의 한계를 극복하는 영상바이오마커를 개발. □ 연구개발성과 < 정성적 성과 > ◼ TIME 변화 영상화 ◼ 세포독성항암제에 의한 TIME 변화 측정 - MEER/CD200 종양마우스모델, Alexa Fluor 680-anti mouse PD-L1, PD-1 imaging - I-125 anti-mouse PD-L1, PD-1 SPECT imaging ◼ 항체-킬레이터 합성 및 방사성동위원소 표지 - Zr-89 radiolabelling method. ◼ Atexolizumab- alex fluor 680/ I-125 영상법 개발 ◼ Nivolumab -Alex fluor 680/ I-125 영상법 개발 ◼ ssTR2탑재 카티세포 작성 ◼ ssTR2 ligand 영상법 개발 (Ga-68 DOTATOC PET 영상법) ◼ Ga-68 generator installation, Ga-68 DOTATOC synthesis automatic module Manufacture. □ 연구개발성과의 활용계획(기대효과) 1. 면역치료제와 최적의 병용요법의 효과를 치료시작 혹은 치료종료 전에 예측함으로써 암환자의 생존율을 향상시키는데 기여할 것으로 예측함. 2. CD-19를 표적으로 하는 카티치료제의 임상허가 등에 활용할 수 있음. 3. 종양면역환경을 영상화하는 형광영상법은 연구환경에 활용가능하고 핵의학영상법은 임상영상법 플랫폼으로 활용가능함. 4. 플랫폼 기술로 활용함으로써 개발되는 면역치료제의 성공가능성을 높이는데 기여할 것으로 예측함. 동반진단기술로 개발되어 산업화기술로 활용되고, 고용창출과 부가가치를 창출하는데 기여할 것으로 예측함. (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김석기
• 주관연구기관 : 국립암센터
• 발행년도 : 20230200
• Keyword : 1. 비침습적 영상화;종양면역미세환경; 2. PD-1;PD-L1;non-invasive imaging;tumor immune microenvironment;VEGF;

□ 연구개요 ○ 본 연구의 목표는 이중수소결합 도너(dual-hydrogen bond donor)와 음이온의 결합에 의해 발생하는 탈양자화(deprotonation) 현상을 전기적인 신호로 변환하여 특정 음이온을 실시간으로 검출할 수 있는 IoT 센서 플랫폼을 개발하는 것임. ○ 본 연구에서는 다양한 구조의 이중수소결합 도너 기반의 음이온 리셉터 분자를 설계 및 합성하여 음이온과 결합력을 체계적으로 평가함으로써 우수한 결합력을 갖는 리셉터 설계의 기준안을 제시함. 음이온과 리셉터의 화학적인 상호작용을 효과적으로 전기신호로 변환하기 위하여 탄소나노튜브에 기능화 하는 방법에 대한 연구를 수행함. ○ 궁극적으로, 개발한 IoT 센서 플랫폼을 활용하여 극소량의 용액에 포함되어 있는 음이온을 실시간으로 감지할 수 있는 프로토타입 센서를 구현하는 것이 본 연구의 최종 목표임. □ 연구 목표대비 연구결과 ○ 1차년도 ■ Squaramide, thiourea 및 croconamide 기반의 이중수소결합 도너에 양이온 기능기 (pyridinium)와 전자 당김기(electron withdrawing group)를 결합시켜 탈양자화가 효과적으로 발생하는 음이온 리셉터를 합성함. 합성한 리셉터는 ¹H 핵자기 공명 분광법(nuclear magnetic resonance, ¹H NMR)을 통해 구조 분석이 이루어짐. 음이온과 결합 특성은 자외선 가시광선 분광기(UV-vis spectroscopy)를 활용하여 음이온과 리셉터의 정량적인 결합력을 평가함. ○ 2차년도 ■ 스프레이 코팅 공정을 통하여 폴리-4비닐피리딘(poly(4-vinylpyridine), P4VP)-탄소나노튜브 복합체를 형성함. 음이온 리셉터는 P4VP-탄소나노튜브 복합체에 공유결합을 통해 기능화가 이루어짐. 리셉터가 기능화된 P4VP-탄소나노튜브 복합체를 활용하여 센서를 제작하고 음이온이 포함된 용액이 주입되었을 때, 센서의 저항이 증가함을 통해 리셉터와 음이온의 화학적 상호작용이 전기 신호로 성공적으로 변환되는 것을 증명함. ■ 합성한 리셉터 중 Squaramide가 기능화된 P4VP-탄소나노튜브 복합체가 아세테이트 음이온에 대하여 가장 우수한 감도를 나타냄. 추가적으로, 탄소나노튜브 섬유를 활용하여 음이온 리셉터를 비공유결합 방식과 공유결합 방식을 통해 기능화하여 기능화 방식에 따른 음이온 감지 특성을 비교 평가함. ○ 3차년도 ■ IoT 기반의 센서 모듈을 개발하여 센서에서 발생하는 전기 신호를 무선 통신을 통해 스마트폰으로 전송하여 실시간으로 음이온 감지에 성공함. □ 연구발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ○ 아세테이트 음이온은 박테리아 세포의 성장을 제어하는 지표성분으로 알려져 있으며, 인슐린과 같은 합성 단백질 생산에서 중요한 지표로 활용됨. 박테리아 세포의 성장 환경에서 아세테이트 음이온의 농도와 세포성장에 대한 상관관계를 체계적으로 평가하여 합성 인슐린 생산효율 최적화에 기여할 것으로 기대. ○ 추가적으로, 양이온 성분과 중성 용질을 감지할 수 있는 센서를 개발하여 본 연구에서 개발한 IoT 기반 센서 모듈을 융합하여 센서 플랫폼의 활용분야의 확장을 기대. ○ 또한, 다종 센서 어레이 시스템을 개발하여 용액 속에 포함되어 있는 이온 및 바이오 마커에 대한 감지 정확성을 높이고, IoT 기술과 패턴인식 기술을 접목하여 현장진단형 센서 플랫폼으로 활용할 수 있음. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 최선진
• 주관연구기관 : 한양대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 음이온 센서;이중수소결합 도너;탈양자화;탄소나노튜브;사물인터넷; 2. anion sensor;Dual-hydrogen bond donor;deprotonation;carbon nanotube;IoT;

연구개요 [정밀 암 진단 및 수술용 초음파 - 핵의학 휴대용 융합 영상기기 개발] - 기존 핵의학 영상장비의 한계점을 극복 할 수 있는 초음파- 핵의학 융합 영상기기 개발 - 초음파의 흡음재를 콜리메이터로 이용하여 핵의학 영상장비를 초음파 영상장비에 내재화 - 초음파 및 핵의학 신호 구분을 위한 회로부 연구 및 제작 - 싱글채널 초음파-핵의학 융합기기와 다채널 초음파-핵의학 융합 영상기기 개발 및 성능 지표 달성 성공 - 팬텀 실험을 통해 초음파-핵의학 융합 영상 획득 성공 연구 목표대비 연구결과 [단일채널 초음파 감마 융합 진단 프로브] - 콜리메이터 감마선 차폐율 99% 이상 (99.12% 달성) - 감마신호 계수율 50kcps 이상 (Co-57 신호 계수율 100kcp 달성) - 회로 잡음 5mV 이내 (회로 잡음 4mV 이내 달성) - 초음파 프로브 크기 약 10mm, 5-10MHz (약 12mm, 10MHz 제작 완료) - 감마센서 크기 2x2x15mm³ (2x2x15m³으로 제작 완료) - 핵의학 에너지 분해능 15%;140keV (에너지 분해능 15.68%;140keV) - 초음파 도달 깊이 5cm, 초음파 –6dB 대역폭 > 50% (도달깊이 5cm 및, 대역폭 52.2% 달성) [영상화 가능한 초음파 감마 융합 프로브] - 감마카메라 센서 크기 25x25mm² 이내 (24.3 x 24.3 mm² 감마 카메라 센서 제작 완료) - 핵의학 에너지 분해능 30%;140keV (에너지분해능 27.7%;140keV 달성) - 검출기 분해능 2mm 이내 (검출기 분해능 0.448mm 달성) - 초음파 탐촉자 어레이 크기 약 32 x 32 mm² (탐촉자 어레이 8mm x 32.28mm 제작 완료) - 주파수 5-10 MHz (중심 주파수 5MHz로 제작 완료) - -6dB 대역폭 > 50% (-6dB 대역폭 평균 58.16% 달성) - 분해능 < 1 mm (초음파 탐촉자 어레이 분해능 0.5mm~1.0mm 달성) - 초음파 도달 깊이 : 5 cm (타겟 7.5cm의 초음파 영상 획득) - 핵의학영상 refresh rate : 30s (refresh rate 30s 달성) - 초음파 axial/lateral 분해능: 1.0/1.0 mm (초음파 axial/lateral 분해능 0.5~1.0mm/0.5~1.0mm 달성) - 핵의학 공간분해능: 2 mm (Co57 기준 핵의학 공간 분해능 0.447mm, Cs137 기준 공간분해능 0.458mm 달성) 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) [새로운 진단/치료 방법론 개발] - 본 연구를 통해 개발한 초음파 핵의학 융합 영상기기는 기존에는 불가능했던 융합 영상을 획득할 수 있어 정확한 진단이 가능하며 기존의 융합 영상기기인 SPECT/CT, PET/CT보다 적은 방사선 노출량으로 환자의 안전 확보 가능 - 기존에 없던 새로운 개념의 융합 영상기기를 통해 새로운 진단 및 치료 방법론의 개발까지 확장할 수 있어, 의료계 및 의료기기 산업에 새로운 방향을 제시 [선진국 첨단 진단기기 분야 기술 격차 해소] - 첨단 영상기기 분야는 오랜 기간 연구개발을 통해 높은 기술력을 확보한 외국 기업들의 기술 장벽을 뛰어넘기가 어려웠음. 초음파-핵의학 휴대용 융합 영상기기는 신개념 기기로 이러한 기술 장벽을 일시에 해소 및 국내 대형 첨단 의료기기 산업시장에 새로운 방향 제시 [융합 영상기기 분야 기술력 확보] - 개발된 융합 의료기기는 기존 의료기기에서는 존재하지 않았던 새로운 의료기기로, 본 과제를 통해 이에 대한 연구수준을 한층 발전시킬 수 있고 이에 따라 세계적으로 앞선 수준의 기술 수준을 확보할 수 있을 것으로 예상 - 연구를 통해 개발된 융합 영상기기는 진단 분야뿐만 아니라, 고강도집속형 초음파수술기(HIFU)등과의 융합을 통해 비침습 병변 치료 및 종양 제거 기술의 정확도 향상 및 안정성을 확보 (출처 : 연구결과 요약문 2p);

• 연구책임자 : 염정열
• 주관연구기관 : 고려대학교
• 발행년도 : 20230300
• Keyword : 1. 의료영상;융합영상기기;핵의학;초음파;전처리회로; 2. Medical imaging;Multi-modal imaging scanner;Nuclear medicine;Ultrasound;Front-end electronics;