▣ 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;

□ 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;

□ 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;

□ 연구개요 본 연구과제는 DNA 손상 반응의 새로운 메커니즘 규명 및 개인별 질병 위험도 예측 및 맞춤형 치료에 활용이 가능한 DNA 복구 활성 측정기술을 개발하는 것을 목표로 함. 이를 위해 NER 시스템에 의해 발생하는 sedDNA의 안정성에 관한 생물학적 메커니즘을 규명하고, sedDNA의 분리정제 및 분석기술을 확립하여 인간의 피부조직을 대상으로 개인별 DNA 복구 활성을 정량적으로 측정하고자 함. □ 연구 목표대비 연구결과 ∎ sedDNA 안정성을 조절하는 핵산 분해 효소 규명 - 자외선 조사에 의한 세포 내 sedDNA 생성물 안정성 변화 확인 - 시간별 sedDNA 안정성 및 금속 보조인자에 의한 sedDNA 안정성 변화 확인 - siRNA 기반 스크리닝을 통한 sedDNA 분해에 기여하는 효소 선별 - 선별한 유전자 검증을 위한 단일 Trex1-siRNA 기반 sedDNA 변화 확인 - Trex1 과발현에 의한 sedDNA 변화 확인 - Trex1 발현억제 및 과발현에 의한 NER 활성 확인 ∎ sedDNA 생성물 고효율 분리기술 개발 - sedDNA 손실 최소화를 위한 세포 용해 및 sedDNA 추출 조건 구축 - 원심분리법과 광생성물 특이적 DNA 면역침전 조건 비교 확인 - 신규 sedDNA 분리정제법으로 TFIIH 및 RPA 단백질 면역침전법 구축 - 원심분리, 광생성물 및 단백질 면역침전에 의한 sedDNA 분리 비교 평가 - 국제협력을 통해 NER 관련 신규 단백질 발현저해로 인한 sedDNA 변화 확인 ∎ sedDNA 정량적 측정 플랫폼 개발 - protamine sulfate 기반 sedDNA 고정 기술 구축 - protamine sulfate 기반 광생성물 특이적 항체를 활용한 sedDNA 분석 - streptavidin 및 DNA labeling 기법을 활용한 sedDNA 확인 - 분석기법 상호비교 및 평가 - TREX1에 의한 sedDNA 분해 메커니즘 규명을 위한 시험관 분석 수행 - 국제협력을 통해 sedDNA 검출기술 기반 RNA-DNA 혼성체 분리 기술 확립 ∎ 피부조직 대상 sedDNA 정량분석을 통한 개인별 NER 활성 측정 - 국제협력을 통해 피부조직에서 epidermis 분리 조건 및 조직 용해법 최적화 - 크기별 조직 생검을 대상으로 sedDNA 검출한계 분석 - 피부조직 기반 sedDNA 검출 변동성 감소를 위한 보정 확인 - UV 조사 시 발생하는 변동성을 최소화하기 위한 UV 정밀조사 챔버 개발 - 피부조직 기반 CPD 함유 sedDNA 검출 가능성 탐색 - 피부조직 기반 sedDNA 분석을 통한 개인별 NER 활성 차이 확인 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) ∎ 세포 및 조직 항상성을 보장하기 위해 sedDNA는 효율적으로 분해되어야 하지만 이와 관련된 메커니즘은 현재까지 알려진 바가 없기에, TREX1이 sedDNA 분해에 기여한다는 사실을 발견한 것은 과학적으로 매우 중요함. ∎ 인간의 종양 세포에서 발견되는 다양한 형태의 세포질 DNA 조각들이 항암제 내성에 기여하기에, 본 연구를 통해 규명된 sedDNA의 분해작용은 추후 종양 세포의 항암제 내성을 극복하는 효과적인 항암치료 개발에 유용한 정보를 제공함. ∎ 본 연구에서 핵심이 되는 sedDNA 분석기술을 보다 고도화한다면 개인별 DNA 손상복구 활성도를 직접적으로 상호비교할 수 있어, 추후 개인 맞춤형 암 치료법을 개발하는 데 큰 도움이 될 것으로 기대함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 최준혁
• 주관연구기관 : 한국표준과학연구원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. DNA 복구;뉴클레오티드 절단 복구;자외선;DNA 손상;암; 2. DNA repair;NER;UV radiation;DNA damage;Cancer;

□ 연구개요 펨토초 레이저의 고차조화파 발생을 통해 초고속-고선속 극자외선 광원을 개발하고, x-선 자유전자레이저, 초강력 펨토초 레이저 등과 함께 활용하여 다양한 조건의 나노플라즈마 생성 및 진단기법을 개발하였다. 이를 통해 나노플라즈마에서 발현되는 양자현상 및 비평형 상태의 물성을 나노미터–펨토초 수준에서 측정, 이해하고 나노플라즈마를 이용한 응용기술을 개발하였다. □ 연구 목표대비 연구결과 ■ 초고속 XUV 광원 개발 및 나노플라즈마 연구 응용 - XUV 분광기 개발 / 고차조화파 발생용 챔버 제작 - 펨토초 XUV (50~100 eV)발생, 펨토초 펌프- XUV 프로브 빔라인 구축 - 2색 레이저 시스템을 이용한 모든 정수차수 고차조화파를 포함한 XUV 발생 - 축퇴 알루미늄 플라즈마에 대한 XUV 펌프-프로브 시연 - WDAl의 극자외선 불투명도 측정 연구 - WDAl의 초고속 비평형 전자 동역학 연구 - 금 나노플라즈마의 초고속 광학적 성질 변화 측정 - Chirped pulse 활용 주파수 영역 간섭계 개발 - 나노플라즈마의 불투명도 계산 연구 ■ X-선 자유전자 레이저 및 초강력 레이저 활용한 나노플라즈마 연구 - 비평형 Warm Dense Cu에 대한 fs-XAS 측정 - 귀금속의 녹는 순간의 비평형 전자 동역학 규명 - WDM의 전자-포논 결합도 측정연구 - 금의 melting 과정에 대한 시분해 Grazing Incident SAXS (GISAXS) 측정 연구 - 레이저-플라즈마 활용 200~1000 eV 영역의 연 X-선 광원 발생 및 펌프-프로브 셋업의 개발 및 시연 - Warm dense C 나노박막의 펨토초 레이저 melting 현상에 대한 x-선 흡수 분광 진단 - 고에너지밀도 탄소 및 Warm Dense Diamond의 결합구조 변화 측정 - 고출력 레이저 나노플라즈마 생성 및 Kα 방출분광 진단 연구 - Si 나노와이어 플라즈마 생성 및 Double core-hole Ka 분광 측정 - 실리콘 플라즈마 내 hollow atom 생성 - 나노 슬랩 플라즈마의 Coherent Transition Radiation(CTR) 측정 및 상대론적 전자 펄스의 에너지 수송 기작 규명 - 고에너지밀도 플라즈마의 불투명도 계산연구 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 연구성과는 플라즈마 시스템에 대하여 새로운 연구도구인 XUV와 XFEL의 적용을 통해 플라즈마 과학의 발전과 나노플라즈마 시스템에 대한 측정기술의 정확성 향상을 이루었다. 특히 축퇴플라즈마의 초고속 물리량 측정기법, XFEL-나노플라즈마 상호작용에 대한 연구는 기술 혁신과 학문 간 융합기술의 발전에 기여하였다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 조병익
• 주관연구기관 : 광주과학기술원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 나노플라즈마;극자외선;엑스선 자유전자레이저;펨토초 레이저;비평형 동역학; 2. nano plasma;Extreme Ultravaiolet;X-ray Free Electron Laser;Femtosecond Laser;Nonequilibrium dynamic;

비공개항목입니다.

• 연구책임자 : 임평옥
• 주관연구기관 : 대구경북과학기술원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 잎 발달;핵;엽록체;순방향 신호전달;역방향 신호전달; 2. Leaf development;Nucleus;Chloroplast;Anterograde signaling;Retrograde signaling;

▣ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 □ 생체 방사선 피폭에 대한 정량적 피폭량올 기존의 방법이 아닌 새로운 분광학적 방법 중 라만 분광학올 활용하여 비침습적, 비파괴적으로 실시간 진단할 수 있는 생체 방사선 피폭 진단 센서를 개빌하고자 함 □ 본 센터가 보유하고 있는 방사선 조사기와 라만 분광기를 비롯한 공동활용기자재를 이용하여 방사선 노출 전·후의 생체 변화 감지가 가능한 새로운 분석법올 제시하고, 실용화하여 방사선 종사자들의 일상 점검 및 라돈올 비롯한 생활 방사선 피폭 유무를 조기에 진단할 수 있는 센서를 개발하고자 함 ◼ 전체 내용 본 연구에서는 분광학적 방법올 통하여 의료 전문가의 참여로 인한 생체 샘플 채취 과정이나 기존의 진단 장비를 통한 장시간의 결과 도출 과정이 없는 비침습적이고, 비파괴적으로 방사선 노출에 대한 생체 손상 실시간 진단올 위한 고감도 분석기술올 개빌하고자 함 □ 신속 정확한 방사선량 측정올 위한 지표 발굴: 방사선량 측정용 지표 발굴올 위해 방사선량 및 조사 빈도에 따른 정상 세포와 피폭 세포 간의 손상 정도를 라만 및 SERS 스펙트럼 측정하여 비교 분석 □ 새로운 피폭 방人버량 측정 지표 검출 방법 개발: 방사선 노출 시 생성되는 세포 별 활성산소종(Reactive Oxygen Species, ROS)의 라만 및 SERS 스펙트럼올 측정하여 분광학올 이용한 활성산소종 정량 표준화 시스템 구축 □ 동물 모델에서의 방사선량 진단 센서 개발: 방사선 노출에 따른 동물 모델 반음 평가 및 단백질 구조 변하를 분석. 라만 및 SERS 분석법올 적용하여 동물 모델에서의 방사선량 피폭 진단 센서 개발 ▣ 연구개발성과 □ 세포별로 방사선 조사에 따른 autophagy 유도 및 reactive oxygen species (R0S) 발현이 다르지만, 선량 증가에 따라 증가함올 확인함. 또한 라만 스펙트럼 올 통해 R0S 발현과 지질이 연관됨올 확인함 □ 방사선 조사 전·후의 생체 지표 표준화를 위해 방사선 조사로 인한 각질세포와 멜라닌세포의 지질 과산화 정도 비교 분석, 세포 노화 신호 전달 관련 단백질 검출, 각질 세포 구성 단백질의 라만 스펙트럼 분석하였음. 결과적으로 지질 변화를 생체 지표로 활용 가능함올 확인함 □ 동물 모델에서의 방사선량 진단 센서 개발올 위해, 방사선에 피폭된 쥐의 골수 세포와 피부 조직올 분석함. 라만 스펙트럼 분석 결과 생존율 감소가 DNA/RNA의 감소와 선형 관계로 나타남올 확인함. 또한 피부 조직의 변화를 외피와 내피로 나눠 분석하였으며, 5 Gy 이상에서 뚜렷한 징후가 나타남올 확인하였고, 콜라겐과 지질의 변화로 방사선량 피폭 진단의 마커로 사용할 수 있음올 확인함 ▣ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 □ 방사선 조사 전·후의 변화를 검출 할 수 있는 비파괴적·비침습적 새로운 방법에 대한 기초 지식 제공 □ 본 센터에 집적화된 방사선조사기와 분광분석장비/생물학적 분석장비/환경·에너지소재 연구 장비 등의 효율적·체계적 공동활용올 통해 수준 높은 연구성과 달성 □ 본 연구 과제의 성공적인 수행으로 바이오-나노 분석 화학 분야의 국제 연구 경쟁력 강화에 기여 □ 방사선조사기와 집적화된 분광분석/생물학적 분석 장비를 활용한 다학제간 공동 연구 활성화로 나노분광학 및 방사선의과학 연구성과 극대화 □ 본 연구의 성공적인 산학 공동 연구 수행으로 현장에서 바로 검출 가능한 이동식 라만 분광기용 진단 장비 개발에 기여 □ 세계적 수준의 방사선 융복합 연구 장비 활용 공동 연구 거점 역할올 통하여 방사선 연구 분야 역량 강화에 기여 □ 라만분광학 및 SERS 분광학올 이용한 새로운 유형의 방사선 검출 기술 개발에 따라 시장 점유율 증대 및 고부가가치 참출 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 박연주
• 주관연구기관 : 강원대학교
• 발행년도 : 20240500
• Keyword : 1. 라만분광학;방사선;진단센서;비침습적;실시간진단; 2. Raman spectroscopy;Radiation;Diagnostic sensor;Non-invasive;Real-time detection;

□ 연구개요 본 연구과제는 양자플라즈마(quantum plasma)에서의 파동-플라즈마 및 플라즈마-플라즈마 상호작용 연구를 위하여 양자플라즈마의 경계면에서 전파되는 표면파의 감쇄 및 성장과 원자충돌 현상에 의한 산란단면적에 작용하는 양자효과와 비선형 플라즈마 차폐효과를 연구하여 양자플라즈마의 물리적 특성을 밝히고 이를 양자플라즈마, 고밀도 천체플라즈마 등에 응용할 수 있는 양자 플라즈마 현상을 탐구하는 과제이다. □ 연구 목표대비 연구결과 모든 연차별 목표를 100% 달성하였다. 특히 최초 선정시 계획에 없었던 추가연구를 수행하여 2차년도에는 강하게 결합된 플라즈마에서 Wigner time-delay, lower-hybrid surface wave, space charge wave in a self-gravitating plasma, 3차년도에는 충돌 플라즈마에서의 이온 온도 효과, 난류가 란다우 감쇄에 미치는 영향 등을 연구하였다. 당초 계획한 연차별 목표는 다음과 같으며 이를 모두 달성하였다. (1) 1차년도 연구목표: 양자플라즈마 표면파 및 전자산란 연구 - 양자플라즈마 및 비평형 (r, q) 표면파의 분산식 및 성장률 계산 - 양자플라즈마에서의 Compton 산란 계산 (2) 2차년도 연구목표: 양자이온음파 표면파 및 Shannon Entropy 연구 및 추가연구 - 양자이온음파, 난류플라즈마 등의 표면파의 분산식 유도 및 성장률 계산 - 강하게 결합된 플라즈마에서의 원자 Shannon Entropy 계산 (3) 3차년도 연구목표: 강하게 결합된 양자 플라즈마에서 불안정성과 제동복사 연구 및 추가연구 - Two-stream 불안정성의 양자적 효과 계산 - 원통형 플라즈마에 대한 TG mode 연구 - 양자플라즈마에서의 전자-이온 제동복사 계산 (4) 4차년도 연구목표: 양자더스트 표면파 및 양자플라즈마 OST 연구 - 더스트 플라즈마에서의 양자적 효과 및 표면파 계산 - 양자 streaming 플라즈마에서의 표면파의 불안정성 계산 - 양자플라즈마에서의 occurrence scattering time (OST) 계산 (5) 5차년도 연구목표: 양자플라즈마 파동의 비선형 효과 및 이온화 연구 - 비선형 효과가 양자플라즈마 표면파에 미치는 영향 계산 - 전하포획 계산, Photoionization 계산 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 양자플라즈마 내에서 표면파의 불안정성과 여러 원자 층돌현상에 대한 본 연구를 통하여 이상적 플라즈마 또는 약하게 결합된 플라즈마를 나타내는 고전적인 Debye 가림 모델로는 여태껏 설명하지 못하였던 양자효과, 비선형 가림효과, 중성충돌 효과등의 변화에 따른 양자플라즈마 표면파의 불안정성과 여러 충돌 과정에 대한 산란 단면적 및 반응률의 변화를 조사할 수 있을 것으로 기대하며 이를 통하여 보다 정확한 원자 천이율(atomic transition rate)을 알아내고, 또한 이로 인하여 방출되는 연속 혹은 불연속 방사 스펙트럼을 보다 명확히 이해 할 수 있을 것으로 판단된다. 그리고 이러한 연구결과를 바탕으로 향후 양자플라즈마 내에서 전자분포 형태와 결합 파라미터(coupling parameter), 축퇴파라미터(degeneracy parameter) 등 여러 플라즈마 파라미터들을 규명할 수 있을 것으로 생각하며, 이들 양자플라즈마로부터 방출되는 스펙트럼을 조사, 분석하는데 많은 도움이 될 것으로 보인다. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이명재
• 주관연구기관 : 한양대학교
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 양자플라즈마;표면파;란다우감쇄;제동복사;횡적 축약 방법; 2. quantum plasma;surface wave;Landau damping;bremsstrahlung radiation;transverse truncation method;

□ 연구목적 본 연구의 최종 목표는 최첨단 융복합 구조분석 방법론 개발을 통해 철-황 클러스터(iron–sulfur cluster; ISC) 생합성 과정의 세부 분자기전을 이해하고 이를 제어할 수 있는 새로운 치료 전략을 개발하는 것임. 이를 위해 최첨단 X-ray crystallography 기술과 nuclear magnetic resonance (NMR) 분광학 기술을 접목하여 실온에서 단백질 복합체가 보이는 동적 특성에 대한 연구를 수행함. 본 연구는 특히 ISC 생합성 과정에서 가장 중요한 단백질 복합체인 IscU-IscS에 의해 매개되는 ISC 조립 프로세스의 세부 분자기전을 밝히는 것을 목표로 하였으며, 이를 통해 ISC 생합성을 조절하고 관련된 병리현상을 완화/치료할 수 있는 전략을 개발하는 것을 목표로 함. □ 연구내용 철-황 클러스터(ISC)는 생명체의 탄생과 함께 나타났을 것으로 생각되는 가장 오래된, 그럼에도 많은 생리현상에서 필수적인 역할을 수행하는 cofactor임. ISC를 cofactor로 갖는 철-황 단백질은 전자 수송, 산화 환원 반응, 촉매, 철/황 수송, 유전자 발현 조절과 같은 많은 생리현상을 매개함. ISC는 본질적으로 산소에 민감하고 구조적으로 불안정할 뿐만 아니라 철과 황은 그 자체로 세포독성을 가지므로, ISC 생합성 메커니즘은 다양한 특성을 가진 단백질들의 복잡하고 광범위한 상호작용 네트워크에 의해 매개됨. 본 연구진은 대장균의 ISC 생합성 분자기전에 관여하는 IscU와 IscS의 구조적 유동성에 대한 연구를 통해 ISC 조립 과정의 분자기전을 이해하고, 이를 제어할 수 있는 새로운 전략을 개발하여 관련 질병 치료에까지 응용할 수 있는 방법론을 세우는 것을 목표로 연구를 진행함. 튀르키예 Koç University의 Hasan Dimirci 교수 및 Cagdas Dag 교수 그룹과의 국제협력을 통해 최첨단 X-ray crystallography 기술과 nuclear magnetic resonance (NMR) 분광법을 접목하여 실온에서 단백질 구조의 동적 특성을 원자 레벨에서 밝히는 방법론을 개발하고자 노력함. 본 연구를 통해 개발된 방법론은 이전까지 밝혀지지 못했던 다양한 단백질들의 구조적 유동성을 규명하는데 확대 활용할 예정이며, 과제 종료 후에도 국제연구협력을 계속해 더욱 선도적인 연구를 이어나갈 예정임. □ 연구결과 본 연구팀은 본 과제를 통해 계획했던 연구들을 성공적으로 잘 수행하였음. 우선 연구에 활용할 단백질 샘플들을 두 기관에서 모두 잘 분리정제하는데 성공하였으며, 특히 튀르키예 연구팀은 IscU와 IscS 단백질을 SUMO-fusion 형태로 준비하여 발현 및 정제효율을 높임. 그에 더해 두 연구팀은 CyaY 단백질 분리 정제에도 성공하였으며, 튀르키예 연구팀은 CyaY의 결정화에 성공하여 X-ray 구조분석을 진행하였으며, 현재 해당 논문은 투고됨. 또한 본 연구팀은 IscU와 IscS 단백질의 중수소화에 성공하여 두 단백질 복합체에 대한 NMR 분석을 진행함. 해당 복합체는 튀르키예 연구팀과의 협업을 통해 SAXS를 통한 분석도 진행하였으며, 두 분석 결과를 통합한 구조 모델을 구성 중에 있음. 다만 튀르키예 팀이 제안했던 SFX 방법론 적용은 IscU-IscS 복합체 결정화 단계에서의 어려움으로 인해 아직 실행하지 못한 상태임. 본 과제 종료 후에도 해당 연구는 계속해서 진행 중이며, 결정화에 성공하는대로 구조 분석을 진행할 예정임. □ 연구결과의 활용계획 현재 CyaY의 구조분석 결과는 SCIE급 국제저널에 논문을 투고하고 리뷰 진행 중에 있음. 그 외에도 본 국제협력을 통한 결과를 정리한 논문을 1편(IscU의 구조적 유동성에 대한 연구결과) 정리 중에 있으며, 해당 논문이 마무리 되는대로 IscU-IscS 복합체 구조 분석 결과를 정리하여 새로운 논문을 준비할 예정임. 두 논문 모두 SCIE급 국제저널에 투고할 예정에 있음. 또한 본 연구결과는 IscU와 IscS의 작동 기전에 대한 구체적인 정보를 제공하므로 이를 통해 ISC 생합성 기전을 조절할 수 있는 새로운 전략을 개발하는 연구를 진행할 예정이며, 이번 과제로 잘 정립된 튀르키예 연구팀과의 국제협력은 큰 도움이 될 것으로 생각함. (출처 : 연구결과 요약문 (국문) 3p)

• 연구책임자 : 김진해
• 주관연구기관 : 대구경북과학기술원
• 발행년도 : 20240200
• Keyword : 1. 단백질 복합체 구조;단백질의 구조적 유동성;핵자기공명분광법;구조생물학; 2. Protein complex structure;Structural dynamics of proteins;X-ray crystallography;Serial crystallography;NMR spectroscopy;Structural biology;

□ 연구개요 미세유체 칩열량계를 개발하여 세포에서 발생하는 열을 측정하고 이를 통해 세포대사율을 정량측정함. 기존에 개발하였던 칩열량계를 세포대사열을 측정하기 용이하도록 미세유체기능을 추가하고, 측정민감도 및 측정안정성을 개선하여 다양한 약물을 처리하였을 때 세포대사율 변화를 분석하는 방법을 확립함. □ 연구 목표대비 연구결과 - 칩열량계 성능 개선: Thermistor 온도센서의 전기적 특성을 분석하고 온도측정 민감도를 10 μK 수준으로 향상. Parylene bonding기술을 사용하여 측정챔버부피를 개선하여 volume-specific power resolution을 세계최고수준으로 확보. Droplet microfluidic를 접목하여 droplet을 이용한 유체조작. 항체를 이용한 세포포획 및 분리. - 측정환경 개선: Radiation shield를 on-chip 진공에 적용하여 열손실 감소. 온도 안정성이 10 μK 수준의 thermostat 개발. - 세포의 대사율 정량분석: 대사열 측정 민감도 100 pW 수준 확보. 부착세포와 부유세포에 대한 세포대사열 측정. 약물 처리시 대사열 변화 측정. □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 세포대사열을 높은 민감도로 측정할 수 있는 미세유체 기반의 열량계는 대사관련 질환뿐 아니라, 암, 노화 등 다양한 영역에서 기초연구 및 응용연구에 활용될 수 있음. 특히 신약개발 시에 약물의 효과를 검정하기 위한 세포기반 검정법으로 활용될 수 있어 상용화 가능성도 높은 원천기술 개발연구임. 향후 기술을 더 발전시키고 처리량을 높여 실질적인 세포기반 검정이 가능한 기법으로 발전시키고 다양한 응용연구에 활용하고자 함. 이를 통해 새로운 세포대사율 측정기법으로 활용되어 의학 및 생물학 전반에 활용될 수 있을 것으로 기대함. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 이원희
• 주관연구기관 : 한국과학기술원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 세포대사열;칩열량계;패릴린;미세유체; 2. cell metabolic heat;chip calorimeter;parylene;microfluidics;