□ 연구개발 목표 및 내용 ◼ 최종 목표 원자력 활동 현장 검증 시나리오 기반 시설 접근성 및 검증 기기 사용적합성 평가 ◼ 전체 내용 ○ 북한 비핵화 대상 시설 및 해당 지역의 지리적 기후적 환경 분석 ○ 북한 내 운반 경로에 대한 접근성 (도로, 철도, 항만 등) 평가 및 장비(운영인력 포함) 조달, 운영 시나리오 개발 ○ 극한 온습도 환경에서 사용되는 검증 장비 및 제반 설비의 성능 평가 기준 분석 ○ 환경 및 현장 검증장비 기술요건 분석 ○ 현장 검증장비 적용 테스트 ○ 성능개선 장비 적용성 검증 ◼ 1단계 ❏ 목표 ○ 북한 비핵화 대상 시설 및 해당 지역의 지리적 기후적 환경 분석 ○ 북한 내 운반 접근성 및 운영 시나리오 평가를 위한 자료 구축 ○ 환경 및 현장 검증장비 기술요건 분석 ❏ 내용 - 비핵화 대상 시설, 위치, 시설 유형 및 현황 자료 조사 - 지리적 기후적 환경 분석을 통한 환경 제한 요건 도출 - 북한 내 운반 경로 접근성 분석 및 운영 시나리오 개발을 위한 인프라 및 필요 운영 요건 자료 구축 - 검증장비 사용환경 기준 및 기술성 분석 - 유사환경 검증장비 및 방법 분석 - 극한환경 테스트 요건 및 테스트 베드 설계요건 도출 ◼ 2단계 ❏ 목표 ○ 북한 내 운반 경로에 대한 접근성 (도로, 철도, 항만 등) 평가 및 장비(운영인력 포함) 조달，운영 시나리오 개발 ○ 검증 장비 및 제반 설비의 성능 평가 기준 자료 구축 ○ 현장 검증장비 적용 테스트 ○ 극한 온습도 환경에서 사용되는 검증 장비 및 제반 설비의 성능 평가 기준 수립 및 적용 ○ 성능개선 장비 적용성 검증 ❏ 내용 - 인프라 분석 기반 북한 내 운반 경로 접근성 및 조달 상황에 따른 요건 도출(장비，인력，성능 유지 조건 등) - 요건 분석 기반 운반 및 운영 시나리오 도출 및 평가 - 국내외 주요 검증 장비 성능평가 관련 자료 수집 - 검증 장비 성능평가 및 성능 개선안 도출 - 극한환경 테스트 베드 구축 - 리트로핏 적용 대상장비 선정 및 리트로핏 설계 - 북한 환경에 기반한 환경 조건 및 성능평가 요건 도출 - 주요 환경에 대한 성능평가 기준 수립 및 적용 - 성능개선 장비 극한환경 적용성 검사 - 성능개선 전후 건전성 및 용이성 검토 - 적용 및 운영 절차 개발 □ 연구개발성과 O 주관연구기관 (1 세부: 대구가틀릭대학교) - 안전기술보고서 제출: 6건 (1 단계: 2건，2단계: 4건) - 논문: 국내 논문(비SCI) 게재: 4 건, 국외 논문(SCI) 게재: 1 건, 국외 논문(비SCI) 게재: 1 건 - 인력양성: 석사 1명，학사 2명 O 참여기관 1 (2세부: (주)네오시스코리아) - 안전기술보고서 제출: 7건 (1 단계: 2건，2단계: 5건) - 논문: 국내 논문(비SCI) 게재: 2 건，국외 논문(SCI) 게재: 1 건 - 학술발표 6건, 특허 출원 1건, 특허 등록 1건 □ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과 ○ 활용 계획 - 북한의 비핵화 대상 시설의 지리적·기후적 환경 분석 기반 핵활동 현장 탐지 성능 유지 요건 구축 - 북한 내 장비 조달·운영 시나리오 개발에 따른 핵활동 장비 운영 환경 자료 확보 - 검증 장비 및 제반 시설의 국제 표준 자료 수집 및 분석을 통한 평가 기준 자료 구축 - 북한 핵시설 및 핵물질의 계량을 검증할 수 있는 기술 개발 - 리트로핏 기술은 기본적으로 국내외 물리적 방호에서 활용될 수 있음. 국내 비슷한 조건 내에 있는 대상 시설에서의 장비들에 대한 극한 온습도 환경에 적용 가능한 센서, 신호처리 부품의 대체활용될 수 있음 ○ 기대 효과 - 국내외에서 개발되고 있는 현장 핵활동 검증 장비에 대한 성능 요건 및 환경 조건을 도출함으로써 북한 내 원자력 시설의 환경적 자료 구축, 검증 장비 및 제반 시설의 성능 평가 기준 분석 및 장비 조달·운영 시나리오를 개발하여 북한 비핵화 대상 시설별 검증 기술 확보에 기여할 수 있음 - 검증장비에 대한 최적화와 기술 요건 충족을 통해 검증장비 데이터의 건전성을 담보할 수 있으며, 비핵화 대비 체계를 선제적으로 구축하고 검증 상황 발생 시 적시 대응 가능함 (출처 : 요약문 2p)

• 연구책임자 : 김용민
• 주관연구기관 : 대구가톨릭대학교
• 발행년도 : 20240400
• Keyword : 1. 비핵화 검증 장비;장비 조달 및 운영 시나리오;성능평가;규제기술;리트로핏; 2. Denuclearization Verification Equipments;Procurement and Operation Scenario;Performance Evaluation;Safeguards Techniques;Retrofit;

□ 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;

□ 연구개요 본 연구의 목적은 방사성동위원소에 의해 발생하는 체렌코프방사의 에너지를 광감제에 전달함으로써 방사성동위원소를 광감제의 excitation source로 활용하여 기존 광역동치료의 한계점(빛 투과의 한계로 인하여 피부암 또는 내시경 접근 가능한 암에만 적용할수 있다는 점)을 극복하는 새로운 항체 기반 표적 광역동치료 방법을 개발하고 이의 유효성을 평가하는 것에 있음. □ 연구 목표대비 연구결과 ① 1단계 목표: (ⅰ) 방사성동위원소(Radioisotope, RI)가 표지된 항체 개발을 위한 암 특이적인 수용체에 결합하는 항체 선정 및 이의 RI 표지 (ⅱ) 방사성동위원소에 의해서 발생하는 Cerenkov luminescence(CL) 확인 (ⅲ) CL-기반 광역동치료에 활용 할 수 있는 광감제를 선정 → 연구 결과: (ⅰ) 암에 특이적으로 과 발현하는 HER2 수용체에 선택적으로 결합하는 항체 trastuzumab을 방사성동위원소의 전달 platform으로 선정하고 방사성동위원소 ⁶⁴Cu 표지 조건 확립 (ⅱ) ⁶⁴Cu에 의해서 발생하는 CL 확인 및 CL에 의해서 여기 되는 광감제 protoporphyrin IX(PpIX)를 광감제로 선정. ② 2단계 목표: (ⅰ) PpIX의 암세포에서 축적하는 것을 확인 (ⅱ) 방사성동위원소에 의해서 발생하는 CL energy의 광감제 전달 평가 (ⅲ) RI 표지 항체와 광감제의 combinational treatment로 인하여 in vitro 및 in vivo 항암효과 평가 → 연구 결과: (ⅰ) 5-aminolevulinic acid(5-ALA)에 의한 PpIX의 암 선택적 축적 확인(in vitro 및 in vivo) (ⅱ) ⁶⁴Cu에 의해서 발생하는 CL energy의 PpIX 전달 확인 (ⅲ) 5-ALA 및 ⁶⁴Cu-DOTA-trastuzumab의 combinational treatment로 인한 in vitro 및 in vivo 항암효과 확인 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 본 연구는 난치성 암의 치료에 있어서 부작용 및 재발 가능성이 높은 기존 방사선치료 및 화학요법의 단점을 극복하기 위한 새로운 체렌코프방사 에너지 전달 기반 암-표적 광역동치료 방법을 개발하고 이의 유효성을 평가하는 것에 목적이 있고, 이의 달성을 통해 기대되는 효과는 다음과 같은. ① 난치성 암에 대한 새로운 치료 regimen 제시: 암으로 인하여 사망하는 환자의 대부분은 뼈, 폐, 간 및 뇌 전이암으로 인하여 사망함. 따라서 원발암의 수술적 제거 이후에 전이암에 대한 효율적인 치료 여부가 질병 예후를 결정함에 있어서 가장 중요한 부분임. 하지만 전이암의 치료는 현재까지 화학요법에 크게 의존하고 있는데, 화학요법은 부작용 및 다중약물내성에 의한 낮은 임상 효율로 인하여 환자 삶의 질을 저하시키고, 실질적으로 사망률을 낮추는 데에 효율적이지 않음. 따라서 환자의 부담을 줄일 수 있고, 치료효율이 높은 새로운 치료 방법의 개발이 시급한 가운데, 방사성동위원소 기반 표적 광역동치료는 기존 치료 방법의 대안으로 제시될 수 있음. ② 국민 보건복지의 향상에 기여: 본 연구에서 제안하는 암 표적 광역동치료의 유효성이 입증된다면, 본 치료 방법을 다양한 암 종에 적용 할 수 있기 때문에 인류 생명 연장의 가장 큰 걸림돌인 암을 극복하는 것에 있어서 크게 도움이 될 것이라고 예상함. 또한 암의 치료효율의 증진과 부작용의 최소화, 그리고 치료 기간을 단축시킴으로써 국가적 의료비용 절감과 국민 보건복지의 향상에 기여할 것이라고 예상됨. ③ 의료용 방사성동위원소에 새로운 가치 부여: 방사성동위원소 기반 체렌코프방사 에너지 전달을 광감제의 excitation source로 이용함으로써 종양의 진단에만 국한되었던 진단용 방사성동위원소의 연구 활용범위를 크게 확장 시킬 것이라 예상됨. (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 강지수
• 주관연구기관 : 한국원자력의학원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 방사성동위원소;체렌코프발광;광역동치료;항체;표적 치료; 2. Radionuclide;Cerenkov Luminescence;Photodynamic therapy;Antibody;Targeted therapy;

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

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

□ 연구개요 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 본 연구는 방사선 유도 종양엑소좀을 암치료제로 개발하기 위한 가능성을 연구하는 기반 연구로, 방사선 유도 종양엑소좀에 의한 종양의 성장변화를 확인하고, 정량/정성적 분석을 통해 유의미한 인자를 발굴하고자 하였음. 총 3년으로 계획되었고, 1차년도에는 다양한 종양 세포주를 이용한 동물모델에서 방사선 유도 종양엑소좀의 분리법을 최적화하였음. 2차년도에는 분리된 종양엑소좀에 대해 질량분석법과 바이오인포매틱스 분석을 통해 방사선에 의해 유도되는 엑소좀 내 특이적 단백질들을 프로파일링하였음. 3차년도에는 방사선 유도 종양 엑소좀의 항암활성 기능을 마우스 종양 내 주입 후 성장 억제를 통해 확인하였고, 유세포분석 기반 면역세포 프로파일링을 통해 방사선 유도 종양 엑소좀이 T세포 활성화를 유도하고 특히 항 PD-L1 요법과의 병용 효과를 함께 확인하였음. □ 연구 목표대비 연구결과 1) 1차년도 목표: 방사선 유도 종양엑소좀의 분리 및 정량 분석 - 4T1 마우스 유방암 세포주를 대상으로 in vitro 와 in vivo 조건에서 방사선 조사 후 유도되는 종양 엑소좀을 분리하였음 - 분리된 엑소좀에 대해 나노입자분석을 시행하고 정량화 하였음 2) 2차년도 목표: 방사선 유도 종양 엑소좀의 종양 억제 기전 발굴 - In vitro 와 in vivo 조건에서 분리된 방사선 비유도/유도 종양 엑소좀에 대해 TMT 기반 proteomics 분석을 시행하였음 - 각 조건별 공통적/특이적 단백질 리스트를 확보함과 동시에 관련 pathway 분석을 완료하였음 3) 3차년도 목표: 방사선 유도 종양 엑소좀의 치료적 효용성 연구 - In vivo 종양 엑소좀의 생체 내 분포를 생물발광법으로 확인하였고, 분리된 수지 상세포에 처리 시 수지상세포의 활성도가 증가됨을 확인하였음 - 4T1 마우스 종양 모델을 수립하고 종양 내 주입시 방사선 유도 엑소좀이 비유도 엑소좀에 비해 종양 성장 억제 효과가 크다는 것을 확인하였음. - 항PD-L1 항체와 병용 시 방사선 치료군과 동일한 종양 억제 효과가 관찰되었음 - 유세포분석법과 효소면역측정법으로 평가한 결과 방사선 유도 종양 엑소좀은 종양내 세포 독성 T 세포의 활성도를 증가시켰고, 림프절에 수지상세포의 활성을 증가시켰으며 혈액 내 면역 증진 관련 사이토카인을 활성화시킴을 확인하였음 □ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과(연구개발결과의 중요성) 1) 연구개발 결과의 중요성 - 학문적/과학적 측면: 방사선 치료의 종양 억제 기전 및 엑소좀의 기여에 대한 의과학적 탐구 - 사회적/경제적 측면: 차세대 암치료제로 개발 가능성과 기술 선점 가능성 2) 연구 개발 성과의 활용 계획 및 기대 효과 - 본 연구에서는 in vitro 조건에서 방사선에 의해 유도되는 엑소좀 대비 in vivo 조건에서 유도되는 엑소좀 내 발현되는 다양한 단백질들의 리스트를 확보하였음. - 방사선 유도 엑소좀의 항종양능이 일반 엑소좀에 비해 우수함을 확인하였음. - 방사선 유도 엑소좀은 향후 진단이나 치료 영역에서 활용 가능할 것으로 기대됨 (출처 : 연구결과 요약문 2p)

• 연구책임자 : 조원경
• 주관연구기관 : 삼성서울병원
• 발행년도 : 20240300
• Keyword : 1. 엑소좀;방사선 치료;암치료;단백체분석;항암면역; 2. Exosome;Radiation therapy;Cancer treatment;Proteomic analysis;immuno-oncology;

□ 연구목적 자기장에 영향을 받는 전기적 성질을 가진 유체의 움직임을 기술하는 비선형 편미분 방정식인 MHD 방정식의 해의 해석적인 성질에 대해 연구한다. 자기유체에 대해 수학적인 이론 연구를 통해 지식의 확장을 목표로 하며 이는 응용연구와 기술 개발에 기반이 된다. □ 연구내용 MHD 방정식의 압력의 음의 부분과 베르누이 압력의 양의 부분 그리고 속도, 자기장, 압력의 적절한 선형 결합으로 약해의 새로운 정칙성 판정법을 개발한다. 유계인 영역에서 약해와 강해의 일관된 이론을 정립한다. 특히 자기장에 대해 불침투성 경계조건을 고려한다. 이 때, 정상상태와 비정상상태의 해를 모두 고려한다. 점성이 있는 비압축성 유체가 구멍을 메운 물체의 움직임을 묘사하는 일관성 있는 수학적 모델을 만들어 존재성 이론을 발전시킨다. 비압축성 도전성 미세 극성 유체의 흐름에 대한 수학적 모델을 개발하고 정성적인 성질들을 유도한다. 해의 중요한 해석적 성질 중의 하나인 리우빌 정리를 개발한다. □ 연구결과 MHD(자기유체역학) 방정식은 나비에 스톡스 방정식과 맥스웰 방정식이 결합되어 있어 수학적인 분석이 어렵다. 이는 옴의 법칙과 패러데이 법칙을 결합함으로써 더 복잡한 형태로 기술된다. 우주 플라즈마, 별의 형성, 중성자성과 같은 실제 물리적 현상을 수학적으로 기술하는데 사용된다. 이런 현상을 이론적으로 분석하기 위해서 MHD 방정식의 해의 존재, 유일성, 및 정칙성에 대한 수학적 진전이 필요하다. 이 연구에서 MHD 방정식의 해의 존재성을 다양한 경계조건에서 연구하였다. 이를 위해 실제 물리적 관찰과 부합하는 경계조건을 고려하는 것이 필요하다. 미세극성유체의 해의 해석적 성질을 위한 에너지 부등식 유도하였고 압축성 유체이론으로 확장에 대한 연구를 진행하였다. 이러한 비선형 편미분 방정식을 해석적인 분석을 위해 유일성과 관련된 연구 나비어 스톡스 방정식의 해의 리우빌 정리에서 출발하여 MHD 방정식, Hall MHD 방정식, 미세극성방정식, 그리고 압축성 유체의 리우빌 성질에 대한 연구를 하여 논문으로 출판하였다. □ 연구결과의 활용계획 초기경계면에서의 자기유체 방정식의 해에 대한 연구는 자연과학 및 핵공학 분야에서 널리 활용된다. 이 방정식은 천체물리학, 지구과학, 그리고 핵융합 발전 연구에 필수적이다. 특히, 플라즈마 안정화를 위해 필요한 강한 자기장에 대한 이해는 핵융합 발전에 필수적이다. 자기유체 방정식의 해의 유일성이 보장되지 않아 수치기법 적용에 어려움이 있다. 이 연구는 해의 존재성, 유일성, 정칙성에 대한 수학적인 진전을 통해 이러한 어려움을 극복하는 데 활용될 수 있다. 기초연구의 발전은 인류의 기술 발전을 촉진하는 역할을 한다. MHD 방정식에 대해 기본적인 이해와 지식을 증진하고 이는 후속 연구의 기반이 된다. (출처 : 연구결과 요약문 (국문) 3p)

• 연구책임자 : 양민석
• 주관연구기관 : 연세대학교
• 발행년도 : 20240200
• Keyword : 1. 자기유체방정식;정칙성 판정법;압축성유체;미세극성;경계조건; 2. MHD equations;regularity criterion;compressible fluid;micropolar;boundary condition;

1. 연구개발과제의 개요 1.1. 연구개발의 필요성 ○ (핵융합 저방사강) 미래 친환경 에너지원인 핵융합 발전 실용화를 위해 핵융합 구조용 소재인 저방사화강 합금설계·용접특성 평가 및 조사 특성에 대한 연구개발 필요하다. ○ (전기로 고급강) 철강분야 탄소중립 대응을 위해 전기로 고급강 생산 기술 개발이 필요하며, 그를 위해 철스크랩에서 기인하는 tramp 원소의 영향성에 대한 체계적 연구가 선행되어야한다. 1.2. 연구개발의 경제, 사회, 기술적 중요성 ○ 기술적 측면 - (핵융합로 구조용 저방사강) 핵융합 발전은 1억도의 플라즈마를 자기장에 가두는 토카막이라는 장치를 기본으로 구성되며, ‘인공태양’이라고 불린다. 토카막 내부에 중소소(D)와 삼중수소(T)의 주입을 통해 D-T 핵융합 반응을 발생시키면 약 14MeV의 중성자와 헬륨 이온이 생성되는데, 이때 질량결손에 따른 핵융합에너지가 발생하게 된다. 이와 같은 핵융합 발전은 기존 원자력 또는 화석 에너지원과 달리 바닷물 등에서 연료를 얻을 수 있어 고갈의 우려가 없고, 온실가스 배출 또는 환경오염 물질 발생이 없는 청정 에너지원이다. 또한 사고 발생 시 대규모 인명 및 재산 피해를 초래할 수 있는 원자력 발전과는 달리 예기치 못한 사고가 발생하더라도 폭발과 같은 사고의 우려가 없는 안전성이 보장된 미래 발전 시스템으로 각광받고 있다. - 지난 2013년에 한국연구재단에서는 다음의 그림 1-1과 같이 향후 핵융합로 건설에 대해 7대 중점 투자 필요분야를 발표하였다. 이들 중, 핵융합 재료분야 기술이 포함되며, 상세하게는 1) 핵융합로 구조용 소재 개발, 2) 구조재 용접 및 접합기술 개발, 3) 개발 소재의 중성자 조사특성 평가 등이 있다. - 핵융합로 구조용 핵심부품인 블랑켓 제작을 위해 저방사강이 가장 유력한 후보 소재로 손꼽히고 있으며, 이에 대해 세계적으로 많은 연구가 진행중에 있다. 다음의 표 1-1은 전세계 주요 국가에서의 핵융합로 구조용 저방사강의 개발이력을 나타내고 있다. 표에 나타낸 바와 같이 미국, 유럽, 일본에서는 저방사강을 지난 1960 ~ 1980년대부터 개발하여 ORNL3971, Eurofer97, F82H 등의 자체 고유 합금을 보유 중이며, 이들에 대한 장기 고온물성, 중성자 조사특성 등과 같이 긴 시간이 요구되는 방대한 데이터베이스를 확보하고 있다. (출처 : 본문 5p)

• 연구책임자 : 이창훈
• 주관연구기관 : 한국재료연구원
• 발행년도 : 20241200
• Keyword : 1. 탄소중립;핵융합;저방사강;전기로;Tramp원소; 2. Carbon neutrality;nuclear fusion;RAFM steel;electric furncae;tramp element;

□ 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 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;