□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ◯ Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 성능 평가 방법론 개선 - 기존 시험 방법론 한계점 분석 및 흡수재 열화거동 분석 선행연구 결과 분석을 통해 사용후핵연료 습식/건식 저장시설 내 흡수재 복합열화기구 모사가 가능한 개선방안 제시 ◯ 성능 평가 방법론 개선안 활용 중성자 흡수재 장기·고온 안전규제 기반자료 생산 - (사용후핵연료 습식저장조 환경) 중이온 가속기를 활용하여 중성자유도핵반응(¹⁰B(n, α)⁷Li)에 의한 흡수재 조사손상을 모사하고, 가속부식실험을 연속적으로 수행하여 복합 열화에 의한 장기 열화 거동 분석 수행 - (사용후핵연료 건식저장시설 환경) 건식 저장용기 내 복합열화 환경 (고온, 방사선, 잔존 수분 등) 하 흡수재 복합열화 모사를 위해 고온 조사실험 및 고온/습윤 부식실험 수행하여 고온 열화기구 규명 ◯ 국내 중성자 흡수재 평가 시험기반 마련 - (국내 가속기 시설 활용 조사손상 모사실험 수행방안 제시) 중성자유도핵반응에서 방출되는 고에너지 알파 입자와 리튬이온에 의한 조사손상 모사를 위해 KOMAC 등 국내 중이온 가속기 시설을 활용한 상온/고온 조사실험 방안 제시 - (중성자 흡수재 가속/고온 부식 모사실험 시설 구축) 조사손상 모사시편을 활용한 흡수재 장기·고온 부식열화 거동 모사를 위해 국내 사용후핵연료 습식 저장조 및 상용 건식 저장용기 내부 환경 모사가 가능한 가속/고온·습윤 부식루프 구축 - (표준물질(ZrB₂) 제작 및 열중성자 흡수능 데이터베이스 구축) 조건별 (두께 및 ¹⁰B 면밀도) 표준물질 시편 제작 및 국내 열중성자 발생장치 활용 중성자 흡수능 데이터베이스 구축을 통한 국내 중성자 흡수재 흡수능 평가 시험기반 마련. ◼ 전체 내용 ○ 연구 필요성 - (사용후핵연료 건식 저장시설 건설 임박) 한국원자력환경공단(KORAD)에서 2023년 발표한 ‘방사성폐기물 관리시행계획’에 따라 사용후핵연료 저장용량 확보를 위해 20년 이내 건식 중간저장시설 확보를 계획하고 있으며 [1], 건식 저장용기 내 미임계 유지를 위해 필수적인 중성자 흡수재는 미국/일본 등에서 널리 사용 중인 Al-B₄C 기반 상용 중성자 흡수재가 도입될 것으로 추측됨. - (중성자 흡수재 국내 규제기반 미비) 국내 습식저장조 내에서 사용 중인 중성자 흡수재 설계수명은 흡수재 제조사 자체 실험결과에 근거하였으며, 안전관리는 원전 사업자 내부 지침에 의거하여 수행하고 있어 [2] 국내 규제기준이 미비한 실정임. 또한, 근시일내 건설 예정인 건식 저장시설 환경을 반영한 중성자 흡수재 고온·장기 안전관리 및 규제 방안의 선제적 설정을 위한 기반자료 마련이 시급한 상황임. - (열화 흡수재 시편 조기열화 현상 관측) 습식 저장환경 하열화 흡수재를 분석한 선행연구는 흡수재 주요 열화 요인으로 중성자유도핵반응 (¹⁰B(n, α)⁷Li)에 의한 흡수재 표면공극률이 증가와 그에 따른 표면 부식이 가속화 현상을 제시하였음 [3]. 또한, 흡수재 조사가속부식 등 복합열화기구에 의한 흡수재 표면 점부식 현상 및 표면 B₄C 입자 유실 등에 의한 흡수능 저하 등 흡수재 조기열화 현상을 보고하였음. - (국내 중성자 흡수재 안전규제 근거자료 부족) 본 연구는 Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 조기열화 현상의 원인을 기존 시험 방법론의 한계로 상정하고, 기존 방법론을 활용하여 설정된 설계수명에 대한 재평가가 필요하다고 판단하였음. 또한, 전 세계적으로 제한적으로 수행된 건식 저장환경 하흡수재 열화 관련 연구로 인해 정확히 분석되지 않은 흡수재 고온 복합열화 기구를 규명하고자 함. ◯ 연구 동향 - (국내 사용후핵연료 저장처분 핵심기술개발 연구) 과기정통부/산업부/원안위에서 공동 주관하여 수행 중인 연구사업은, 사용후핵연료 저장처분 안전성 확보를 위해 계획되었지만, 최근 연구를 통해 밝혀진 중성자 흡수재 조기 열화 및 흡수능 저하 현상’을 반영한 저장·처분 시설 장기 건전성 저하 가능성이 고려되지 않음. - (건식 저장시설 내 Al-B₄C 흡수재 열화거동 분석 연구) 미국 미시간 대학교에서 상용 Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 2종(BORAL/BORTEC)을 활용한 조사실험 및 고온 부식시험을 수행하여 B₄C 입자 유실 가능성을 제시하였으나 [4], 지나치게 보수적인 실험조건을 채택하여 건식 저장용기 내 흡수재 열화거동을 정확히 평가하였다고 보기 어려움. - (국내 건식저장 용기 및 중성자 흡수재 개발 현황) 한국원자력환경공단 (KORAD)이 주관하여 중간저장 용 금속 건식 저장용기를 개발하여 국내 인허가 획득을 목표로 연구를 수행 중임. 또한, 한국원자력연구원 (KAERI)에서 기존 Al-B₄C 기반 흡수재 한계점 보완을 위해 티타늄 기반 중성자 흡수재를 개발하였으나, 추가 실험 검증이 필요한 상황임. ◼ 1단계 ❏ 목표 ○ Al-B₄C 기반 흡수재 장기·고온 안전성 평가실험 방법론 개선안 제시 및 평가실험 기반 마련 ❏ 내용 ○ Al-B₄C 흡수재 열화시편 활용 장기 안전성 평가실험 설계 - 조사손상 모사 실험조건 설정 및 조사손상 모사 시편 생산 • 실험조건 설정: (조사손상도: 10 dpa) 열화 흡수재 미세구조 내 헬륨 버블 형상 분석을 통해 설계수명 내 최대 10 dpa가 누적될 것으로 판단하고 조사손상도 조건을 설정함. • 헬륨 이온 조사실험 수행: 중성자유도핵반응에서 방출된 고에너지 헬륨 입자 및 리튬이온에 의한 흡수재 조사손상 모사를 위해 중이온 가속기를 활용하여 상온 조건에서 160 keV 헬륨 이온 조사실험 수행. - 조사손상 모사시편 활용 가속 부식실험 조건 설정 및 수행 • 가속부식 실험조건 설정: 국내 가동원전 내 사용후핵연료 저장조 환경 (수화학 조건, 온도 등)을 모사하여 수화학 조건을 (붕소 및 리튬 농도 등) 설정. 또한, 최대 가속배수 활용이 가능한 온도 조건 (90 ℃)을 채택함. • 가속부식루프 설계 및 구축: 실험 장치는 예열기, 냉각수 탱크, 항온수조, 열교환기 및 펌프와 다수의 열전대로 구성하였으며, 주기적으로 실험수를 채취하여 화학 분석이 가능하도록 설계함. • 가속부식실험 수행: 습식저장조 내 중성자 흡수재 장착 환경을 모사하기 위해 실제 내부 구조물과 같은 재질인 스테인리스강으로 제작된 시편 홀더를 설계하고 내부에 시편을 장착하여 부식실험을 수행함. ○ Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 고온 복합열화 모사실험 설계 - 중성자 흡수재 고온 조사손상 모사실험 조건 설정 및 수행 • 실험조건 설정: (조사손상도: 0.01, 0.1, 1 dpa/ 온도: 상온, 150, 270, 400 ℃) 사용후핵연료 건식 저장시설 내 온도 및 중성자 선속 측정 결과를 기반으로 온도변화와 설계수명 내 조사손상도 누적량을 계산한 선행연구를 참고하여 온도 및 조사손상도 조건을 설정함. • 고온 중이온 조사실험 수행: 국내 중이온 가속기 시설 내 고온 이온 챔버를 활용하여 직접 제작한 전용 시편홀더에 시편을 장착하고 총 12가지 실험조건에서 고온 헬륨 이온 조사실험을 수행함. - 고온/습윤 가스부식실험 조건 설정 및 부식루프 설계 • 실험조건 설정: 온도는 조사손상 모사실험 온도와 동일하게 설정하고, 습도 조건은 사용후핵연료 집합체 건조 조건과 대표적인 저장 용기 내부 체적을 기준으로 계산하여 보수적인 값을 채택함. • 고온/습윤 가스부식루프 설계: 장치는 고온 조건에서 일정한 온도와 습도를 유지할 수 있도록 헬륨 질량조절기(MFC), 물 정량펌프, 기화기, 예열기, 반응 용기 등으로 구성하였으며, 내부 온도 및 습도를 실시간으로 측정하기 위해 다수의 열전대와 습도계를 장착함. ◼ 2단계 ❏ 목표 ○ 사용후핵연료 습식/건식 저장시설 내 Al-B₄C 기반 흡수재 열화 거동 분석 및 기구 규명을 통한 안전규제 기반자료 생산 ❏ 내용 ○ 열화 흡수재 시편 활용 습식저장조 내 장기 열화 거동 분석자료 생산 - 열화시편 활용 추가 조사손상 모사 및 가속 부식실험 수행 후 특성 변화 분석결과: • 중이온 조사 후 열화 흡수재 시편 산화층의 다공성 구조에 의해 헬륨 버블이 형성되지 않고 다량의 공극이 관측되었음. 또한, 가속부식실험 수행 후 전반적으로 다공성 형태의 Al 산화막이 관측되었으며, 일부의 흡수재 시편 표면에서 붕소 고착물로 추정되는 물질이 확인됨. 알루미늄 합금 기반재료 내 Al, Mg 산화 및 용출로 인해 국부적으로 수십~수백 μm 정도의 점부식이 다수 확인됨. - (분석결과 시사점) 부식 기간 증가에 따라 감소한 흡수재 무게 및 pit 깊이로 보아 흡수재 표면에서의 B₄C의 탈락 가능성이 확인되었음. 또한, 표면에서 다수 관측된 점부식으로 인한 국부적 중성자 흡수능 저하 현상에 대한 고려가 필요할 것으로 판단됨. ○ Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 고온 열화 기구 규명 - 고온 조사손상 모사 및 고온/습윤 가스부식 실험 수행 후 특성 변화 분석결과: • (고온 중이온 조사 후) 매우 낮은 조사손상도 조건 (0.01 dpa)부터 헬륨 버블이 형성되었으며, 조사 온도가 증가함에 따라 헬륨 버블 평균 크기가 증가하고 수밀도가 감소하는 경향성이 관측되었음. 또한, 고온 조건 및 미세구조 내 경계면 (탄화붕소 입자-기반재료 경계면 및 결정립계)에서 헬륨 버블이 더욱 응집하고 성장한 것을 확인하였음. • (조사손상 모사시편 활용 고온/습윤 가스 부식실험 수행 후) 고온 부식 후 헬륨 버블의 평균 크기가 증가하였으며, 특히 경계면에서 더욱 응집하여 성장한 것이 관측되었음. 또한, 고온/습윤 환경 하 흡수재 입계부식 거동이 확인되어 조사손상 누적으로 인한 탄화붕소 입자 주변 다공성 구조에 의해 부식층 성장이 가속화될 가능성을 확인하였음. - (분석결과 시사점) 사용후핵연료 건식저장 초기부터 흡수재 기반재료 내 헬륨 버블 누적 및 성장이 시작될 수 있으며, 조사손상이 흡수재 부식을 가속화하고, 흡수재 부식에서 생성된 수소 기체가 헬륨 버블을 성장시키는 등 복합열화에 의한 흡수재 조기열화 가능성이 고려되어야 함. ○ Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 시험 방법론 개선안 검증 - (고온 조사손상 모사시험 필요성 확인) 상온 조사실험 수행 후 열처리를 수행한 선행연구 결과와 비교분석을 통해 뚜렷한 조사손상 거동 차이가 확인되어 고온 조사실험(in-situ high T. irradition) 필요성이 확인되었음. - (시험 방법론 개선안 활용 복합열화기구 모사 가능성 확인) 고온/습윤 부식시험 수행 후 성장한 버블 내에서 알루미늄 부식 반응에서 생성된 수소 기체가 발견되는 등 기존 방법론에서 발견되지 않았던 복합열화 거동이 관측되어 개선안 활용 복합열화기구 모사 타당성이 검증되었음. ❏ 목표 ○ 국내 중성자 흡수재 성능 평가 실험기반 마련 ❏ 내용 ○ 표준물질 제작 및 중성자 흡수능 데이터베이스 구축 - (붕소 (¹⁰B) 면밀도별 표준물질 시편 제작 및 가공) 표준물질(ZrB₂) chunk 제작의뢰 및 구매 후 방전가공(EDM: Electrical Discharge Machining) 공정을 활용하여 시편 절단 및 붕소 면밀도별 시편 생산 - (조건별 표준물질 열중성자 흡수능 데이터베이스 구축) KRISS 열중성자 발생장치를 활용하여 열중성자 투과시험을 수행하였으며, 흡수재 시편 두께에 따른 열중성자 흡수능 변화를 고려하여 표준물질 시편에 알루미늄판을 덧대어 두께별 열중성자 흡수능 측정 결과를 도출하였음. □ 연구개발성과 ○ 정성적 성과 - 사용후핵연료 저장시설 내 Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 성능 평가 시험 방법론 개선방안 제시 및 검증 - 국내 입자 가속기 활용 중성자 흡수재 조사손상 모사실험 방안 제시 및 검증 - 사용후핵연료 습식저장조 내 중성자 흡수재 장기 열화 거동 데이터베이스 구축 - 사용후핵연료 건식저장 용기 내 중성자 흡수재 고온 열화 기구 규명 - 국내 Al-B₄C 기반 중성자 흡수재 평가 실험기반 마련 ○ 정량적 성과 - 사용후핵연료 습식 저장조 환경 반영 가속 부식루프 구축 - 사용후핵연료 건식 저장시설 환경 반영 고온 부식루프 구축 - 붕소 함유량별 표준물질 시편 제작 및 열중성자 흡수능 데이터베이스 구축 - 안전기술보고서 (N-STAR): 8편 - SCI 논문: 3편 - 국내·외 학회 논문 발표: 7건 - 원자력 공학박사 배출: 2명 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ◯ 국내 사용후핵연료 중간저장시설 특성을 고려한 중성자 흡수재 장기 안전성 평가 기준 제시 - 사용후핵연료 습식저장조 내 흡수재 장기 안전관리 및 규제 근거자료로 활용 - 사용후핵연료 건식저장시설 내 흡수재 안전관리 및 규제 근거자료로 활용 ◯ 가동 원전 경년열화관리계획 평가 세부사항 항목에 새롭게 추가된 중성자 흡수재 감시를 위한 평가 시 참고 및 기준자료로 활용 - ¹⁰B 면밀도 및 흡수재 두께별 열중성자 흡수능 데이터베이스 활용 중성자 흡수능정기 평가 수행 ◯ 국내 사용후핵연료 저장시설 확대로 인한 추가 중성자 흡수재 도입 및 중성자 흡수재 국산화 연구수행 시, 흡수재 평가 시험 실험기반으로 활용 ◯ 본 연구실에서 개발된 ‘사용후핵연료 저장조 장기 안전관리용 전산모사 코드’비교·검증자료로 활용 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 안상준
• 주관연구기관 : 울산과학기술원
• 발행년도 : 20250100
• Keyword : 1. 사용후핵연료 저장시설;중성자 흡수재;중성자 흡수능;조사가속부식;장기 안전성; 2. Storage of spent nuclear fuel;Neutron absorber;Neutron absorbing performance;Irradiation-accelerated corrosion;Long-term safety;

▣ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 침샘 오가노이드 기반 구강건조증 성체줄기세포치료제의 첨단재생의료 임상 연구 계획서 승인 및 식약처 임상시험계획서 제출 ◼ 전체 내용 침샘 오가노이드를 활용하여 구강건조증 치료 효능 분석 및 임상시험용 의약품 유효성 평가 ◼ 1단계 ❏ 목표 본 연구에서는 침샘 줄기세포를 다량 함유하고 있는 침샘 오가노이드 임상 시험용 의약품을 GMP 시설에서 시험생산하고 안정성 및 유효성 확인을 위 한 비임상 연구를 진행하여, 최종적으로 임상시험 단계로 진입시켜 침샘 오 가노이드 기반 구강건조증 세포치료제를 개발하고자 함 ❏ 내용 (1) 1차년도 □ 방사선 유도 침샘 오가노이드 기반 세포치료제 개발 및 비임상 유효성 평가법 확립 • 침샘 오가노이드 배양 조건 최적화 및 유효성 평가 • 침샘 오가노이드 배양 조건 확립 • 침샘 오가노이드의 줄기세포 특성 분석 • 방사선 유도 구강건조증 마우스 모델 구축 • 침샘 오가노이드의 이식법 확립 • 침샘 오가노이드의 in vitro/in vivo 효능 분석 (2) 2차년도 □ 침샘 오가노이드 임상시험용 의약품 생산을 위한 품질관리 지표 확립 및 비임상 유효성 평가 진행 • 침샘 오가노이드 임상용 의약품 배양공정 및 품질관리 지표 확립 • 침샘 오가노이드 구성세포 규명 • 침샘 오가노이드 품질관리 시험법 및 지표 확립 • GMP 수준의 생산공정 개발 및 확립 • 침샘 오가노이드 임상용 의약품 유효성 평가 진행 • 임상용 의약품 유효성 평가를 위한 방사선 유도 구강건조증 마우스 모델 구축 • 역가지표 확립 • 임상용 의약품의 in vitro/in vivo 효력 분석 (3) 3차년도 □ 임상시험용 의약품 비임상시험 및 첨단재생의료 임상연구계획서 제출 • 침샘 오가노이드 임상용 의약품 최적화 및 평가 • 품질관리법 확립 및 적용 • GMP 생산공정 확립 및 생산: 3 Lot 생산 • 침샘 오가노이드 임상용 의약품 비임상 시험 (종양원성/독성/분포시험) 진행 • 침샘 오가노이드 임상용 의약품의 중대동물 유효성 평가를 위한 모델 확 립 • 중대동물 질병모델에서의 효력평가 기준 확립 • 중대동물 이식 세포 배양 및 특성분석 • 첨단재생의료 임상연구 • 임상시험 계획서 작성 및 첨단재생의료 임상연구계획서 제출 ◼ 2단계 ❏ 목표 임상시험용 의약품 IND filing 및 신청 ❏ 내용 □ 침샘 오가노이드 중대동물 유효성 평가 • 중대동물을 활용한 침샘 오가노이드 이식 프로토콜 확립 • 침샘 오가노이드 중대동물 유효성 평가 □ 임상시험계획서 작성 • 임상시험계획 구축 및 검토 • IND filing 및 신청 ▣ 연구개발성과 (1) 침샘 오가노이드 배양 조건 확립 및 특성 분석 완료 □ 침샘 오가노이드 배양 조건 확립 • 성장배지 최적화 완료 • 마트리젤을 대체하는 세포외기질 농도 조건 최적화 완료 □ 침샘 오가노이드의 줄기세포 특성 분석 • 침샘 오가노이드 분화능 확인을 위한 배양조건, 시험법 확립 및 기능 검증(amylase분비능) 완료 □ 침샘 오가노이드의 in vitro/in vivo 효능 분석 • 침샘 오가노이드의 침분비 효과로 인한 신생혈관 촉진 효능 확인 • 침샘 오가노이드 이식 후 생착 및 분화 확인 (2) 침샘 오가노이드 기반 성체줄기세포치료제 비임상 연구 □ 방사선 유도 구강건조증 마우스 모델 구축 • 방사선 유도 구강건조증 마우스 모델 구축완료 • 방사선량 최적화 완료 □ 침샘 오가노이드의 이식법 확립 • 침샘 오가노이드의 이식법 (단일세포 형태, 클럼프 형태) 구축 완료 □ 유효성평가를 위한 구강건조증 마우스 모델 구축 • 면역부전 동물에서 방사선침샘염 유도 후 침샘 오가노이드 이식 진행 • 사람 유래 침샘 오가노이드의 생착 및 이식이후 체내에서 오가노이드 크기 증가 및 루멘 형성 확인 • 면역부전 동물에서 침샘 오가노이드 피하 투여로 예비 종양원성시험 1차 진행하여 종양 원성이 없음을 확인 □ 임상용 의약품의 in vitrol in vivo 효력 분석 • 임상용 의약품의 in vitro/in vivo 효력 분석을 위해 침샘 오가노이드 배양상등액에서 분비하는 사이토카인 분석을 통해 높게 발현되는 단백질 13가지 특성을 확보함 • 13가지 분비단백질의 특징에 따라 신생혈관촉진, 항섬유화 효능을 확보함 • GMP grade에서 확립된 침샘 오가노이드의 분화능을 흡수기능 및 amylase activity 측정 법을 통하여 추가 검증함 • 마트리젤 대체한 콜라겐 기반 침샘 오가노이드 배양법 및 대량생산에 관한 SOP 구축 완료 □ 종양원성시험 진행 • 종양원성시험: 내부기관에서 예비시험으로 침샘 오가노이드를 피하 및 침샘조직 내 직접 투여 후 총 26주간 관찰함 • 침샘 오가노이드를 피하투여 한 2차 예비시험에서 26주 부검 후, 육안관찰상 양성대조 군 암세포주 투여군 이외에 침샘 오가노이드 투여에 따른 다른 장기로 전이는 관찰되지 않음 • 침샘 오가노이드를 투여 부위인 침샘조직으로 직접투여한 3차 예비시험에서 양성대조군 암세포주 투여군 이외에 침샘 오가노이드 투여에 따른 다른 장기로 전이는 관찰되지 않음 • 종양원성 시험 결과를 보고서로 작성 완료함 □ 분포시험 진행 • 분포시험 진행: 내부기관에서 예비시험으로 침샘 오가노이드 침샘조직 내 직접 투여 후 12시간, 1일, 1주, 4주, 13주 부검하여 폐, 침샘, 생식기(난소), 침샘림프절과 전혈을 동결보관함. • 그 중, 이식 1주, 4주, 13주 차각 조직 및 혈액에서 추출한 DNA에서 사람의 Alu 유전자를 이용한 qPCR법으로 체내 분포 정도를 분석함 • 분포시험 결과를 보고서로 작성 완료함 □ 단회투여 독성시험 진행 • 단회투여 독성시험: 침샘 오가노이드 침샘조직 내 직접투여 후 12시간, 1일, 1주, 4주, 13주 부검하여 폐, 침샘, 생식기(난소), 침샘 림프절과 전혈 등을 채취함, 혈액학적 검사 및 항응고검사 등 임상병리검사를 진행하였고, 조직 병리검사를 수행함. 분석 결과 최종 보고서를 작성 완료함 (3) 치료제 공정 확립 □ 품질관리 시험법 및 지표 확립 • 침샘 오가노이드 생산기술 구축을 위한 세포 특성 확립(basal stem/progenitor cell type) • KRT15, KRT5, S100A2를 발현하는 줄기세포임을 확인함 □ GMP 수준의 생산공정 개발 및 확립 • 무균공정을 위해 계대0, 계대1 공정에서 무균시험법 구축 완료 • GMP수준에서 침샘 오가노이드 계대0~ 계대5까지 오가노이드 형성 확인 및 일정 오가노이드 증식율, 오가노이드 크기 데이터 확보함 • 확인마커 4종 선정 및 순도마커 2종 구축 완료 □ GMP 내 생산 의약품 품질관리 항목 시험 • GMP 수준 시설에서 생산한 의약품의 품질관리 항목 시험법 구축 완료 • 무균/엔도톡신/마이코플라즈마/확인/순도/역가 품질시험 진행 완료 □ GMP 내 생산 의약품 안정성 결과 확보 • GMP 수준 시설에서 생산한 의약품 최대 24시간 안정성 결과 확보 □ GMP 생산공정 이전 및 확립 • 이를 위한 제조공정 SOP, 원료관리 SOP, 품질관리 SOP 제정완료 • 확인/순도마커 근거시험 완료 (침샘조직 활용) • 총 세포수 및 세포 생존을 공정관리항목 구축 및 검증 완료 • 오가노이드 형태 확인 시험법 구축 및 검증 완료 • 최종 임상용의약품 (계대3) 무균시험법 구축 및 3개 로트 검증 완료 • 엔도톡신 시험법 구축 및 2개 로트 검증 완료 • 마이코플라즈마 시험법 구축 및 3개 로트 검증 완료 • 확인순도역가 지표항원 시험법 구축 및 4개 로트 검증 완료 □ GMP 시설 내 생산(3lot) • GMP 수준 청정배양시설에서 27개 lot 생산 • 생산로트의 분화능(duct/acinar) 검증 완료 (4) 첨단재생의료 임상연구계획 □ 첨단재생의료실시기관 지정 준비 • 공동연구기관인 건국대학병원과 함께 첨단재생의료 실시기관 지정에 필요한 자료 준비 완료 □ 임상시험 계획서 작성 • 침샘 임상시험계획서(protocol) 개요에 따라 계획서 개발 완료 □ 첨단재생의료실시기관 지정 신청 및 승인 • 공동연구기관인 건국대학병원에서 2022년 2월 14일 첨단재생의료 실시기관으로 지정 □ 첨단재생의료 임상연구계획서 제출 및 승인 • 비임상시험 결과와 더불어 필요한 서류를 개발하고 2024년 12월 30일 첨단재생의료임상계획을 신청함 ▣ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 (1) 연구개발 결과의 활용방안 □ 인간 침샘 오가노이드 기반 성체줄기세포 치료제 확보 • 본 과제에서 사용되는 침샘 오가노이드 기반 성체줄기세포는 손상된 조직을 직접 재생시키는 효과가 있어 새로운 세포치료제로서 활용 가능함, 따라서 본 과제의 개발결과를 활용하여 최종적으로 인간 침샘 오가노이드 기반 성체줄기세포 치료제의 상품화 및 상용화 가능 • 침샘 오가노이드 기반 성체줄기세포 치료제의 줄기세포 인자 규명을 통한 최적화된 줄기세포치료제 개발 가능성 확인 □ 질환모델로서 인간 침샘 오가노이드 기반 성체줄기세포 활용 • 침샘 오가노이드는 해당 질환에 대한 모델로서 사용할 수 있기 때문에 특정 약물이나 화학물의 독성 여부나 치료제 효과 등을 평가하고자 할 때 모델로써 적용될 수 있어 신약개발 플랫폼으로도 활용이 가능함 (2) 연구개발 결과의 기대효과 □ 임상시험의 빠른 진입 및 상품화가 가능한 세포치료제 개발 • 성체줄기세포 유래 오가노이드 제작 기술에 근거한 다양한 침샘 관련 연구개발 및 재생 의학 연구에 기여하고, 환자맞춤형 치료법 개발이 가능하여 환자의 삶의 질 개선에 기여 할 수 있음 • 자가 조직 유래의 세포이므로 면역거부 위험성이 없음 • 성체줄기세포 유래이므로 종양원성이 없음. • Needle biopsy 또는 방사선치료 전 종양 제거 시 시료가 채취되어 오가노이드 배양 후 비절개 주사법으로 적용되기 때문에 시술 안전성이 확보되어 있음 • 이와 같은 이유로 추후 임상시험허가 및 상품화가 원활할 것이며, 본 제안과제를 통해 방사선치료에 의한 구강건조증을 치료할 수 있는 신 개념 오가노이드 성체줄기세포치료제 개발을 위해 전 임상 데이터를 확보하여 과제 3차년도에 임상시험계획승인을 받아 빠른 시간내 임상시험에 진입하는 것을 목표로 함 • 최종적으로, 신속한 임상시험 및 상업화를 통해 국내외 재생치료 시장 선점 가능 □ 다양한 질환으로의 적응증 확대 • 본 연구기관에서 개발 중인 침샘 오가노이드 기반 성체줄기세포는 방사선 치료에 의한 원인 외에도 쇼그렌증후군에 따른 구강건조증으로도 적응 가능할 것으로 사료됨. • 또한 개발된 침샘 오가노이드 치료제와 동일한 외분비 기관인 눈물샘 오가노이드 기반 세포치료제도 본 과제에서 수행된 기술을 바탕으로 빠른 시간 내 개발이 가능할 것으로 사료됨 • 방사선 치료, 쇼그렌 증후군 등에 의한 침샘/눈물샘 등 외분비샘 관련 조직의 질환은 근원적인 치료법이 없어 확실한 미충족 의료수요임. • 본 연구가 성공적으로 수행된다면 다양한 난치성 질환 치료를 목표로 한 '손상된 조직에 생착되어 직접적으로 조직재생에 역할'을 하는 세포치료제 개발을 위한 원천기술이 될 것임 □ 침샘 오가노이드 은행 개방 및 활용 • 침샘 줄기세포 은행을 타 기관에 공개하여 임상적, 학술적 필요시 제공할 수 있도록하여 국가재생의학 발전에 기여함 □ 다양한 치료제와의 병용치료 및 secretome을 활용한 연구범위 확대 • 침샘 오가노이드를 이용한 치료제는 손상된 침샘조직에 직접 주입되어 조직을 구성하는 세포로 분화하여 직접적인 재생에 관여하는 것 외에도, paracrine effect의 가능성이 있음 • 침샘 오가노이드로부터 분비되는 secretome을 분석하여 조직의 항염증, 항섬유화 및 재생과 관련한 기전을 밝힌다면 병용 가능한 치료제를 후보로 하여 개발 범위를 확대할 수 있음 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 유종만
• 주관연구기관 : 차의과학대학교
• 발행년도 : 20250300
• Keyword : 1. 구강건조증;침샘;오가노이드;비임상 시험;임상시험계획; 2. Xerostomia;Salivary gland;Organoid;Preclinical;IND;

□ 연구개요 수막종은 성인에서 가장 흔한 원발성 뇌종양이며 세계 보건기구 조직 병리학 적 기준 (WHO 1 등급) 에의해 대부분 양성으로 간주됩니다. 현재 의료 영상은 수막종을 포함한 CNS 종양의 감별 진단 및 치료 계획에서 근본적인 역할을 합니다. 작고 안정적이며 양성인 수막종으로 판단되면 긴 추적 기간 동안 관찰되는 대기 및 관찰 방법이 이상적이며 비용을 절약 할 수 있는 옵션이 될 수 있습니다. 반면, 크기가 작더라도 성장 속도가 빠르거나 유전형 검사에서 악성 종양이 의심되는 경우 조기 수술 절제를 적극 권장합니다. 수술의 대안으로 방사선 요법이 수막종의 1차 치료로 수행되기도 합니다. 방사선 요법은 종양이 시신경 수막종과 같은 중요한 신경이나 혈관에 너무 가까워서 일부 절제 할 수 없는 경우, 환자의 수술에 대한 걱정, 혹은 환자의 열악한 건강 상태에 대한 우려로 인해 수술을 받을 수 없는 경우에 종종 시행됩니다. 또한 수막종이 불완전하게 제거되었거나, 높은 등급 및 재발성 종양의 경우, 방사선 요법은 대부분 남아있는 종양 세포를 파괴하고 성장이 재발하는 것을 방지하기 위한 보조 요법으로 수행됩니다. 종양의 영상 특성은 정량적 및 정성적 측정을 사용하여 설명할 수 있습니다. 새롭게 떠오르는 분야 인 Radiomics는 고차원 이미지 정보를 여러 계산 알고리즘을 통해 풍부한 수학적 데이터로 변환합니다. Radiomics는 활발한 임상 사례에 대해서 자동적이며, 재현이 가능하고 및 오류가 없는 평가를 촉진하는 영상 지도를 만들기 위해 대규모 이미징 기능을 활용하는 데 초점을 맞춘 새로운 정량 이미징 분야입니다. 상대적으로 제한된 인간의 시각적 관찰에서 주관적이고 정성적인 해석보다는 영상 데이터를 해석하는 객관적이고 정량적 인 접근 방식을 제공합니다. 이에 비해 영상학적 특징은 영상의학과 전문의가 시각적으로 평가하는 종양 특성 (예: 신호 강도, 뼈 침습, 괴사)입니다. 실제로 영상 분석을 통해 생성되는 엄청난 양의 정보는 시각적으로 인식 할 수 없는 조직 병리학 적 종양 정보에 대한 영상학적 정보를 제공하며 진단, 치료 및 예후에 적용할 수는 기술적 기반을 제공합니다. 우리가 아는 한, 영상 또는 조직 특성 분석을 기반으로 뇌수막종에서 방사선 치료 후 변화를 평가한 연구는 지금까지 보고 된 바가 없습니다. 우리는 일반적인 조영 증강 MRI를 기반으로 방사선 치료 후 수막종의 영상학적 정보 및 영상 특성 변화를 조사하려고 합니다. □ 연구 목표대비 연구결과 관찰군과 방사선 치료군 두 그룹 사이의 수막종의 최대 면적과 직경의 방사선학적 차이는 통계적으로 유의했습니다. 방사선 치료군에서 종양이 감소했습니다. 훈련 세트에서 총 241개의 시리즈와 1691개의 라디오믹스 특징이 추출되었습니다. 단변량 분석에서 24개의 라디오믹스 특징이 두 그룹 간에 유의하게 달랐습니다(P<0.05). 최상의 하위 집합(subset)은 AUC가 0.87인 original-based feature 1개, fisr-order based feature 3개 및 wavelet based features 6개로 다변량 분석에서 유의미한 차이(P < 0.05)를 나타냅니다. 모델을 적용했을 때 AUC는 training set과 validation set에 대해 각각 0.76과 0.79였습니다. 수막종의 경우 방사선 치료 후 더 나은 크기 감소를 기대할 수 있다. MRI를 이용한 라디오믹스 모델은 방사선 치료 후 radiomic features에 상당한 변화를 보였습니다. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1) 기대효과 수막종에 대한 방사선 치료는 양성 수막종 (WHO grade 1)에 대한 크기억제에 효과가 있으나 anaplasticor malignant meningioma에 대해서는 크기 억제에 대한 효과는 크지 않을 확률이 놓으며 방사선 치료의 전후의 영상정보 특성은 wavelet-LLH, original shape, wavelet-LHL등의 변화 및 방사선학적 특징 변화는 대체로 크기 감소 및 조영 증강의 감소 등으로 예상됩니다. 2) 활용방안 방사선 치료 후 유의미한 차이를 보이는 방서선 정보 (Radiomics) 와 영상의학적 특징 (Radiologic appearance)을 확인함으로써 수막종의 치료효과를 예측하는 biomarker을 찾고자 합니다. 이 biomarker가 필요한 이유는 수막종의 치료전후의 조직검사가 용이하지 않기 때문이다. 추후에 biopsy결과가 있는 것과 방서선 정보(Radiomics) 와 영상의학적 특징을 비교하는 추가 연구가 필요할 것으로 사료됩니다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김은수
• 주관연구기관 : 한림대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 라디오믹스;수막종;방사선치료;영상의학;자기공명영상; 2. Radiomics;Meningioma;Radiation therapy;Radiology;MRI;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ❖ 최종목표: 속중성자 다중도 검출 방식을 이용한 특정 핵물질(Pu_eff) 계량검증 기술 고도화 • 중량취급시설의 핵물질 계량관리를 위한 특정핵물질 생성량 분석 기술개발 ❖ 정량적 성능목표: 계량 정밀도 전산모사기반 예측결과 대비 10% ❖ 정성적 성능목표: 국가 검사 활용 가능성, 기술적 유효성 ❖ 최종결과물 : 1. 핵물질계량 방법론; 2. 전산모사 및 실험결과; 3. 핵물질 계량용 계측장비 ◼ 전체 내용 ○ 사용후핵연료 시설의 안전조치에 필요한 핵물질 계량관리를 위하여 미량의 특수핵물질의 생성량을 추정하는 방법론과 함께 그를 위한 추정 시스템을 개발하고자 함. 고속중성자 산란에 기초한 검출기는 정확한 중성자의 타이밍과 에너지 정보 획득을 가능하게 하여 핵물질의 검증 정확도를 높이는데 중요한 기능을 발휘할 수 있을 것이라 예상됨. 따라서 기존의 전통적 방법으로 사용되어 왔던 He-3 검출기 기반의 시스템을 대체하기 위해 유기섬광체 기반 고속중성자 다중도 계수 장치를 개발하여 정확도를 높인 핵물질 계량 기술을 개발하고자 함. ◼ 1단계 ❏ 목표 ○ 특정핵물질 생성량 추정 수학적 방법론 개발 ❏ 내용 ○ 국내외 특정핵물질 생성량 추정 방법 선행기술 분석 - 국내외에서 이미 개발되었거나 개발 진행중인 비파괴기법을 이용한 특정 핵물질 계량기술을 분석하고 각각의 장단점을 제시 ○ 중성자 산란 검출 시스템을 통한 특정핵물질 생성량 추정 수학적 방법론 개발 - 전통적 방법인 열중성자 에너지 다중도 측정법(single)을 회피한 신개념 속중성자 산란 검출 시스템 적용(single, double, triple)을 위한 수학적 모델링 개발 ○ 특정핵물질 생성량 추정 수학적 방법론 기반 전산모사 - GEANT4/MCNPX-Polimi를 이용한 중성자 다중성 카운팅 전산모사 - 전통적 시스템에 사용되는 He-3 기반이 아닌 유기섬광체 기반 시스템의 속중성자 다중도 계수 전산모사 ◼ 2단계 ❏ 목표 ○ 특정핵물질 생성량 추정 시스템 개발 ❏ 내용 ○ 특정핵물질 생성량 추정 시스템 최적화를 위한 몬테카를로 전산 모사 - 1차년도 결과를 바탕으로 한 전체 시스템의 GEANT4/MCNPPolimi를 이용한 전산모사 ○ 특정핵물질 생성량 추정 시스템 설계 및 제작 - 전체 시스템 전산모사 결과를 바탕으로 한 시스템 디자인 및 검출부, 신호처리부, 제어부 설계 및 제작 ○ 특정핵물질 생성량 추정 시스템 연동성 평가 - 각 시스템부의 결합에 대한 신호처리 능력 평가 - 최적 검출부 센서 선정을 위한 중성자/감마선 분리 능력 검토 - 검출부 센서의 PSD 능력치 검증 및 중성자 다중도 계수 확인 ○ 특정핵물질 생성량 추정 시스템 시작품 성능평가 - 핵물질 미량 시료에 대한 고속중성자 다중도 계수 측정 - 핵물질 미량 시료 질량과 다중도 계수 값 상관관계 평가 ○ 특정핵물질 생성량 추정 시스템 측정 결과 분석 및 전산모사 결과와의 비교 검증 - 전산모사 결과 및 실험 결과 분석 및 비교 평가 □ 연구개발성과 ○ 정량적 성과 - 안전기술보고서 6건, 논문 게재(국내외 SCI) 2편, 특허 1건 - 시작품 장비 설계도 및 제작 1건 - 전산모사 프로그램 코드 1건 ○ 정성적 성과 - 정성적 성능목표: 국가 검사 활용 가능성, 기술적 유효성 확보 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 활용계획 - 핵확산 저항성 및 물리적 방호 강화 기술 중의 하나인 특정 핵물질 계량 기술을 통해 핵비확산성 및 관련기술을 확보하여 향후 선진 핵연료주기의 안전조치 및 물리적 방호 시스템에 적용하고자 함 - 개발하고자 하는 시스템의 시험 평가를 한국원자력통제기술원과 함께 수행하여 검증하고, 과제 종료 후 미국 LANL, INL 등 핵물질 계량기술을 보유하고 있는 유관기관과 협력하여 성능평가 및 검증에 대한 공동연구를 하고자 함 ○ 기대효과 [규제활용측면] - 개발기술 및 시스템의 실질적 활용을 위해 한국원자력통제기술원(KINAC)과의 협력 협약 체결 및 안전조치실 핵물질 분석팀 활용을 통한 KINAC 핵물질 검증 역량을 강화 가능 - 개발된 기술을 확장하면 사용후핵연료 집합체의 결손이나 DDA/DDSI 관련 시스템으로의 확장을 통한 핵물질 안전조치 및 검증 활동에 활용이 가능함 - 특정핵물질의 계량관리 검사를 위한 장비의 기능 및 성능 기준에 대한 표준화를 통해 미래 원자력시설의 계량관리 및 핵물질 등급별 계량관리 규제의 효과성 및 효율성 극대화를 이룰 수 있음 - 한국-IAEA 전면안전조치협정 및 추가의정서, 한미원자력협력협정 등에 따른 계량 관리 의무를 이행하기 위한 계량관리 요건을 제시할 수 있을 것이라 예상되며, 연구과제의 수행으로 계량관리체계가 계량관리 요건을 만족하고 적정한 지 판정할 ‘방법론적 기준’ 수립이 가능 [기술 및 국제화측면] - 미국 LANL, INL, 미국 미시간대학교 원자핵공학과의 MVT(Consortium for Monitoring, Technology, and Verification)와의 기술협력회의 참여 및 기술·인력 교류를 추진 - 미량의 핵물질 계량을 위한 장비 개발이 목표지만, 향후 스케일을 확장하여 사용후핵연료 집합체 내의 특정 핵물질의 계량이 가능한 장비로의 확장성을 보유 [경제적·산업적측면] - 특정핵물질 생성량, 신호분석 기술, 미량 핵물질 분석, 사용후핵연료 분류 등 다양한 분야로 활용이 가능할 것으로 기대 - 첨단 방사선 계측기술을 구축하여 선진 원자력 안전조치 분야에 기술 경쟁력 있는 제품을 수출함으로써 국부 창출에 기여함 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 정만희
• 주관연구기관 : 제주대학교
• 발행년도 : 20240400
• Keyword : 1. 속중성자;중성자 다중도;유기섬광체;실리콘 광증배소자;특정핵물질; 2. Fast_neutron;Neutron Multiplicity;Organic scintillator;SiPM;Special Nuclear Material;

□ 연구개요 -복사에너지의 파장 선택적 반사, 흡수, 통과가 가능한 고분자 신소재의 개발함. -본 연구는 파장 250nm-2500nm의 빛을 90% 이상 반사시키고 최고 파장 10μm의 적외선의 투과도를 자유롭게 조절 가능한 고분자 신소재를 개발함. □ 연구 목표대비 연구결과 -파장 250nm-2500nm의 빛을 90% 이상 반사시키고 최고 파장 10μm의 적외선의 투과도 50% 이상을 가진 섬유원단을 개발하여 기존 원단과 비교하여 모사피부에서 10도 이상의 온도저감이 확인된 나노메쉬형태의 복사냉각 원단 개발. -페이스마스크에 나노 실버 입자를 적용하여 원적외선 방사율을 높인 복사냉각 페이스 마스크를 개발. -고분자의 원적외선 방사율을 극대화하기 위한 광산란 무기물 분산 고분자 복합체를 제작하여 복사냉각 창호 제작. -사람의 머리카락의 복사냉각 기능을 활용한 온도저감을 측정하고 해석함. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) -본 연구는 향 후 소재의 복사냉각 분야를 넓혀, 반대 개념의 복사단열에 관한 연구도 진행하고자 함 (태양열은 100% 흡수, 적외선은 반사). -본 연구를 기초로 향 후 방향 선택적이고 파장 선택적인 반사, 흡수, 투과 가능한 소재로 확장 연구를 진행하고 함. -본 연구의 향 후 적용 가능한 응용분야는 무궁무진하며 파생될 과학 분야는 소재, 나노, 에너지 등 복합 융합적인 발전 가능성이 클 것으로 사료됨. -본 연구는 냉각복사 연구의 국내 선두 역할을 할 것으로 기대되고 학회, 연구 그룹 등에 새롭게 본 분야가 한 센션으로 성장할 수 있는 기틀이 될 것임. -탄소제로를 목표로 하는 전방위 산업계의 한 축으로 본 연구는 발전될 것이며 본 연구자는 관련 기업들과 기초연구를 통하여 긴밀히 공조하고자 함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김건우
• 주관연구기관 : 한국생산기술연구원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 복사냉각;섬유;태양광;광산란;고분자; 2. radiative cooling;fiber;solar radiation;MIE scattering;polymer;

□ 연구개요 근치적(Definitive) 방사선치료(Radiation therapy, RT)를 받는 악성 고형암 환자에서 머신러닝 기반의 조기 치료반응 예측 시스템을 구축하고 이를 방사선민감성(Radiosensitivity)에 따른 보정 방사선치료계획(Adaptive RT planning)에 이용하여 치료지수(Therapeutic index)를 높이는 정밀 방사선치료 구현을 목표로 함. □ 연구 목표대비 연구결과 1) 머신러닝 기반 보정 방사선치료 연구를 위한 데이터베이스 및 연구플랫폼 구축 • 연구개시와 함께 토론토의대 연구진과 협력하여 인공지능 연구 클러스터를 벤치 마킹하여 데이터베이스를 구축하였음. 데이터 관리를 위해 전문업체와 협업중임 • 방사선치료 관련 영상 데이터베이스를 활용하여 카이스트, 연세암병원 등과 공동 연구를 진행 중이며 현재 추진중인 다국적 공동연구에 활용 예정임 2) 라디오믹스(Radiomics)를 활용한 조기 치료반응 예측 시스템 구축 및 임상적용 • 식도암 환자대상 texture analysis 연구결과 논문 게재 및 관련 특허 출원 • 자궁경부암 환자 MRI 데이터 분석하여 예후 예측 관련 논문 게재 • 비인두암 환자 방사선치료 정도관리(QA)에 따른 재발률 분석 및 논문 게재 • Distributed learning 기법을 통한 인공지능 모델의 효율성 향상기법 개발하여 논문 submission 하여 리뷰 중 • 원격전이/국소재발 관련 인자 예측 위한 라디오믹스 모델 개발중임 3) 자동 윤곽형성(Auto-segmentation, auto-contouring) 시스템 개발 및 임상 적용 • 기존 딥러닝 모델 중 best 모델 선정하여 두경부 OAR 자동윤곽형성 모델 개발 • OAR 자동 윤곽형성 모델의 clinical acceptability 논문 submission 하여 리뷰중 • OAR 자동 윤곽형성 모델의 유효성 평가 시 바이어스 발생에 대한 논문 작성 중 • 연합학습(federated learning)을 통한 두경부 OAR 자동윤곽형성 모델 개발을 주제로 다국적 연구 추진중 • OAR 자동윤곽형성 모델을 경부림프절 자동윤곽형성에 적용, 후속연구 진행 중 4) 조기 치료반응 예측 및 방사선민감성 유도 보정방사선치료 연구 • 2021년 8월 MR-LINAC 치료 시작하여 2년간 700명 환자 데이터 수집함 • 전립선암 환자의 MR 영상유도 데이터 분석 및 논문 게재 • 간암 대상 전향적 연구 통해 MR 영상데이터 수집 중. 후향적 연구결과 학회보고 • 뇌종양의 MR 영상유도 치료 관련 초기 데이터를 분석, 논문 submission 중 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) • 본 연구를 통해 개발한 데이터베이스는 방사선치료 관련 (진단용, 방사선치료 설계용, 치료 후 반응평가용) 영상 데이터와 함께 환자의 임상 데이터를 포함하고 있어 다양한 연구에 활용이 가능함. • 환자자료, 조직검사 결과 등을 토대로 근치적 치료 후 치료결과와 예후를 미리 예측하려는 노력은 계속 시도되고 있으며 영상자료를 통한 라디오믹스 연구는 치료 전, 치료 중, 치료 후 영상을 활용할 수 있고 기존 예후인자에 추가하여 분석할 수 있어 데이터의 양과 질을 높이는게 기여할 수 있음 • 방사선치료 설계와 치료전달에 있어 자동 윤곽형성 모델은 치료시간 단축과 variability를 줄이는 효과가 있음. 본 연구를 통해 개발된 자동 윤곽형성 모델은 다국적 후속연구를 통해 외부검증과 임상적용 예정임. • OAR 자동윤곽형성 모델을 경부림프절 구역 자동윤곽형성에 적용하여 새로운 application과 모델을 개발하였음 • 기존의 인공지능 기반 모델은 개발과 검증 단계에서 종료되는 경우가 대부분이었으나 본 연구는 인공지능 모델을 개발하여 임상에 적용하는 연구로 실제 환자 치료에 있어 인공지능 모델의 효율성을 확인하는데 적합한 연구임 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김준원
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 고형암 방사선치료;예후예측;인공지능;라디오믹스;자동윤곽 형성; 2. Solid tumor radiotherapy;Prognosis prediction;Artificial intelligence;Radiomics;Auto-segmentation;

□ 연구개요 1) 기존 Gaussian 빔의 회절 한계를 뛰어넘는 non-diffracting, self-healing(ND-SH) 빔을 형성하고 이를 집적 어레이로 형성 2) 이 laser 빔 집적 어레이와 radiation physics를 결합하여 기존의 optical trapping의 한계를 뛰어넘는 optical transportation (광학적 수송) 연구 3) 이와 같은 광학 기술을 활용하여 1, 2, 3 차원 optically-bound material (광학적으로 구속된 물질)을 형성하고 그 물리적 특성을 규명 □ 연구 목표대비 연구결과 ● 1차년도 목표: Non-diffracting self-healing (ND-SH) 빔 개발 및 이 빔을 기반으로 1차원 어레이 (1×N) 형성기술 개발 연구 결과: Fiber optic 기반 ND-SH 빔 형성 기술 개발 성공, 이를 바탕으로 1×2, 1×3, 1×4 어레이 형성 성공 ● 2차년도 목표: 고굴절율 입자로 1차원 (1×N) 어레이 광구속 물질 구현 및 물리적 광학적 특성 분석 연구결과 : 광구속 조건 (광세기, 유체 점도, 흡수도, 온도)등 실험으로 파악 ● 3차년도 목표: Non-diffracting self-healing (ND-SH) 빔에 의한 2차원 광구속 물질 형성 기술 개발 연구결과: 2차원 다각형 optical trap형성, 광학적 궤도 운동 실험 성공 ● 4차년도 목표: 거시 3차원 Optically bound material을 위한 ND-SH 빔 및 Non-diffracting self-accelerating (ND-SA) 빔 연구 개발 연구결과: 광섬유 기반 ND-SA 빔 형성 기술 개발 성공, 특성 이론적 실험적 분석 ● 5차년도: ND-SA 빔을 이용한 3차원 미시입자로 구성된 Optically bound material을 거시공간에 형성 연구결과 : NS-SA 빔을 활용하요 미시입자 (nano-particle)을 광학적으로 trap하고 이를 transport하여 나노 입자 어레이를 형성하는 성공 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ● 본 연구를 통해 기존의 non-diffracting, self-healing(ND-SH) 빔을 형성하는 방식과 전혀 다른 새로운 방식, Fiber Optic based Micro-scale 방식을 자체 개발에 성공하였음. ● 또한 기존의 ND-SH 빔으로 불가능하였던 미소 물방울 내부에서 공간적으로 multiplexing이 본연구 결과물로는 가능함을 실험적으로 증명하였음 ● 기존 Bulk-optic 으로 형성된 ND-SH 빔의 비회절구간의 거리에 유사한 거리를 Fiber Optic Micro-scale 방식으로도 도달할 수 있음을 이론적으로 실험적으로 증명하였음. ● 새로운 형태의 laser 빔 shaping 기술을 개발하여 이를 활용한 극미세 기계적 물질 가공 및 생물조직의 광학적 조작에 새로운 기반을 확보. 관련 원천 기술 확보 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 오경환
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 회절 한계;비회절빔;자기치료빔;광학집게;광학수송;Non-diffracting 빔;Self-healing 빔; 2. Diffaction limited;Optical Tweezer;Optical transport;

□ 연구개요 - 방사선 치료 분야는 조사선량의 정확도를 검증하기 위해, 국제적으로 권고되는 표준에 맞춰 기계적 평가와 빔 선질 평가 항목에 따른 정도관리를 주기적으로 수행하고 있음. - 이때 선질 평가는 물이 채워진 물 팬텀 내에 chamber를 고정시켜 연속적으로 조사되는 빔에 대한 점 선량을 측정하고 있음. 또한 기능성 device의 경우 PDD 측정이 불가함. - 이에 본 연구는 어려운 QA setup 절차를 간소화하고, PDD를 포함하여 relative dose, symmetry 등 다양한 항목을 동시에 측정할 수 있는 멀티형 직교 선량계를 개발하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 - 본 과제는 방사선 치료용 QA 고속화 시스템 구축을 위한 직교 선량계 개발을 위한 연구로써, 본 과제는 제시된 목표에 따라 성실하게 수행한 결과, 연구 계획서에서 상정한 연구 목표 대비 목표 달성도 100% 이상의 연구 과제를 수행하였다고 판단됨. - 1차년도에서 선량계 제작에 사용될 후보 광도전체 물질들을 선정하고, 방사선에 대한 감약률을 평가하여 감약특성에 따른 최적화 연구를 진행하였음. - 2차년도에서 unit-cell 선량계를 제작하고 신호수집 매커니즘을 확립하여 디지털 자동 검출시스템을 개발하고 활용 가능성을 검증하였음. - photon energy 방사선에 대한 물질의 재현성, 선형성, 선량률 의존성, PDD 반응 특성을 측정하고 평가기준에 적합한지 분석하였을 때, 평가기준을 만족하였음. - 3차년도에서 선량계를 직교형태로 QA 고속화 시스템을 구축하였고 방사선치료 QA선량계로의 적용가능성을 검증하였음. - 제작된 QA 고속화 시스템의 LINAC symmetry, flatness, PDD20,10을 측정하고 평가기준에 적합한지 분석하였을 때, 평가기준을 만족하였음. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) - 본 제안 기술은 국외 의존도가 높은 방사선 치료분야에서 안전관리 기술의 자립화를 뛰어넘어 세계시장을 선도하기 위한 원천 기술을 확보할 수 있으며, 전 세계적으로 기술 성숙도가 낮은 방사선치료의 QA 기술을 성장시킴으로써 방사선 치료의 품질을 높일 수 있음. - 고에너지 측정을 위한 기능성 소재 제조 기술, 신호 처리를 위한 다채널 H/W 기술 그리고 선량분포 정보를 분석하기 위한 S/W 기술의 집적기술로써 첨단화/전문화되는 계측분야에서 활용도가 매우 높을 것으로 기대됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박성광
• 주관연구기관 : 인제대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 방사선치료;정도관리;깊이선량백분률;직교선량계;선량분포; 2. Radiotherapy;Quality assurance;Percent depth dose;Orthogonal dosimeter;Dose distribution;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ○ 방사선치료기기 품질관리 안전규제 지침안 개발 ◼ 전체 내용 ○ 입자치료기 품질관리 현황 및 안전규제 고려사항 분석 ○ 방사선치료기기 품질관리 규제 지침안 개발 및 규제 활용성 제고 ◼ 1단계 ❏ 목표 ○ 방사선치료기기 안전규제 주요 고려사항 분석 및 품질관리 규제 지침안 개발 ❏ 내용 ○ 입자치료기 안전성 평가 주요 규제 고려사항(사고의 영향, 방사선 모니터링 등) 분석 ○ 입자치료기 품질관리 국내외 기술현황 검토 ○ 방사선치료기기 품질관리 규제 지침안 개발 ○ 방사선치료기기 안전성 평가 기술 규제 활용 □ 연구개발성과 ○ 입자치료기 품질관리 안전규제 현황 및 주요 고려사항 도출 ○ 국내 치료 방사선 규제 활용(검사) 보고서 도출 ○ 방사선치료기기 품질관리 규제 지침 개발 ○ 안전기술보고서 : 3 건 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 제도개선 – 원자력안전법 제53조(방사성동위원소⋅방사선발생장치 사용 등의 허가)에 따라 허가받은 100여개의 국내 의료기관과 관련 학회 등 이해관계자 의견을 청취하고자 함. 국내 품질관리 안전규제에 관한 지침은 향후 방사선 규칙(제3절 의료분야의 안전관리) 및 원자력안전위원회고시 제2019-06호(의료분야의 방사선 안전관리에 관한 기술기준) 개정 시 활용할 수 있음 ○ 현장적용 – 규제 경험 피드백을 반영하여 현장에 적용 가능한 품질관리 지침안을 도출하고 현장 검사시 활용하고자함 – 입자치료기 심검사 시 안전성 평가 필수 항목인 사고의 위험 및 대책, 방사선 감시 방안 등 본 연구의 분석 보고서를 참고 가능함 (예. 서울대학교병원에서 추진 중인 중입자 치료시설, 2025년까지 5개 이상 도입 예정인 양성자 치료시설 등) ○ 기대효과 – 고선량 치료방사선기기에 대한 규제 지침 개발은 규제 검사의 신뢰성과 일관성을 유지하며 효율적인 규제 이행에 도움이 될 것으로 예상함 – 첨단 의료기술의 선두를 이끄는 대형 치료방사선기기의 안전한 이용 문화 정착과 의료방사선 사고피폭을 예방할 수 있을 것으로 기대함 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김지영
• 주관연구기관 : 한국원자력안전기술원
• 발행년도 : 20240400
• Keyword : 1. 방사선 치료기기;품질관리;규제검증;규제방법론;지침; 2. Radiation Therapy Machine;Quality Control;Regulatory Verification;Regulatory Methodology;Guideline;

□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 ㅇ 신규원자력시설에 대한 안전조치 방법론 도출을 위해 안전조치성 평가 프로그램 및 설계단계 안전조치 강화 방법론을 개발하고, 신규원자력시설에 대해 안전조치 강화방안 도출 사례 연구를 수행 ◼ 전체 내용 ㅇ 신규원자력시설 시설모델 구축 ㅇ 안전조치성 평가 프로그램 개발 ㅇ 신규원자력시설 안전조치성 평가 ◼ 1단계 ❏ 목표 ㅇ 안전조치성 평가를 위한 신규원자력시설 시설모델 구축 ㅇ 안전조치성 평가방법론 개발 ㅇ 안전조치성 평가 프로그램 개발 ❏ 내용 ㅇ 신규원자력시설 선정 및 개념 분석 ㅇ 신규원자력시설 안전조치성 평가인자 구축 ㅇ 신규원자력시설 시설모델 구축 ㅇ 신규원자력시설 안전조치성 평가방법론 개발 ㅇ 신규원자력시설 안전조치성 기초평가 ㅇ 신규원자력시설 안전조치성 평가프로그램 개발 □ 연구개발성과 ㅇ 신규원자력시설 안전조치성 평가프로그램 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ㅇ 국내 신규원자력시설의 설계단계 안전조치 적용을 위한 지침 개발에 활용 ㅇ 국내 안전조치 규제 기반을 확보함으로써 국가 핵투명성 및 핵비확산 신뢰도 제고 ㅇ 국제 핵비확산 체제 국내 기여 및 주도권 확보에 활용 ㅇ 미래 신규원자력시설의 설계단계 안전조치 적용을 위한 규제 기술 확보 ㅇ 국내 신규원자력시설의 수출 경쟁력 확보 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김봉영
• 주관연구기관 : 한국원자력연구원
• 발행년도 : 20240200
• Keyword : 1. 안전조치성 평가;설계단계안전조치;전용경로;신규원자력시설;안전조치 규제; 2. Safeguardability Assessment;SBD (Safeguards By Design);Diversion Path;New Nuclear Facility;Safeguards Regulation;