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염증없이 체내·외 측정 가능한 전자 신소재 개발
생체전자 의료기기는 체내에서 발생하는 신호를 읽어 생물학적 활동을 감지하거나, 조직을 자극해 질병 등을 치료하는 데 사용된다. 하지만 의료기기에 사용되는 전극 물질은 딱딱한 물성을 가지고 있어 체내에 염증반응을 일으키고 조직에 다량의 손상으로 이어질 수 있다. 따라서 조직과 같이 부드러운 성질을 가지면서도 전도성을 띠는 하이드로겔과 같은 연성 물질에 생체적합성이 높은 전도성 고분자를 체내 전극으로 사용하는 연구들이 활발하게 진행되고 있다.
우리 대학 신소재공학과 강지형 교수와 바이오및뇌공학과 박성준 교수 공동연구팀이 기존에 없었던 고전도성, 유사 조직 접착성 하이드로겔이란 신소재를 개발해 고성능 생체전자 기기를 구현했다고 4일 밝혔다.
대부분 전기 전도도가 높을수록 전도성 도메인들의 결정성이 높아지는 원리에 의해, 전도성이 높은 하이드로겔은 딱딱해지고, 부드러운 하이드로겔은 전도성이 낮을 수밖에 없다는 한계를 가진다. 이에 따라 전도성 고분자를 사용하는 하이드로겔 중, 전기 전도도가 높으면서도(10 S/cm 이상) 부드러운 물성(100 kPa 이하)을 가진 하이드로겔은 지금까지 보고된 바 없었다.
강지형 교수 연구팀은 기존에 없었던 고전도성, 유사 조직 물성 하이드로겔을 개발했다. 이 하이드로겔은 보고된 전도성 고분자 하이드로겔 중 가장 높은 전기 전도도(247 S/cm)를 띄며, 조직과 비슷한 물성(탄성율 = 60 kPa, 파괴변형률 = 410%)을 갖는다. 또한, 본 재료는 지속적인 움직임과 팽창, 수축이 있는 심장, 위와 같은 조직에서 안정적으로 기기가 작동하기 위해 필수조건인 조직에 쉽게 접착되는 장점을 가지고 있다.
공동연구팀은 원하는 생체 조직에 맞게 조정하고 그 형태에 맞추는 주형의 그물 구조에 따라 높은 질서도를 가지는 고분자 주형 네트워크를 도입했다.
따라서 주형에 맞추어 형성된 그물 네트워크는 기존 네트워크 대비 100배 이상 높은 전기 전도도를 보이며, 동시에 주형 고분자의 부드러운 특성 때문에 조직과 비슷한 물성을 지니게 된다. 변형에도 저항이 바뀌지 않아 생체전극으로서 최적의 성능을 갖는다.
또한 연구팀은 개발한 하이드로겔을 전극을 기반으로 한 높은 전기 전도도를 가진 다양한 고성능 생체전자 기기를 제작, 그 기능성을 검증했다. 높은 전기 전도도를 가진 특성으로 좌골신경 자극을 대상으로 하는 디바이스의 경우, 매우 낮은 전압(40 mV)에서 다리 근육의 움직임을 성공적으로 유도할 수 있었다. 또한 심전도 측정(ECG)을 위한 디바이스의 경우에도 매우 높은 신호 대 잡음 비(61 dB)로 신호를 측정하는 데 성공함으로써, 초고품질 생체 신호 측정을 위한 연성 기기 개발 가능성을 입증하였다.
이번 연구를 주도한 강지형 교수는 "이번 연구는 고전도성을 갖고 생체조직과 유사한 기계적 물성을 갖는 하이드로겔 개발을 위한 합성 방향을 새롭게 제시했다는 점에서 의미가 있다고 하면서, "이번에 개발된 전도성 하이드로겔은 급속도로 성장하고 있는 전자약 시장에 게임 체인저가 될 것으로 기대된다고 말했다.
우리 대학 신소재공학과 정주은 박사과정과 바이오및뇌공학과 성창훈 박사과정이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스 (Nature Communications)’에 4월 18일 게재됐다. (논문명: Highly conductive tissue-like hydrogel interface through template-directed assembly)
한편 이번 연구는 한국연구재단의 나노소재기술개발 미래기술연구실 사업을 받아 수행됐다.
2023.05.04
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장 조직의 항상성과 염증성 장염 회복의 핵심 효소 발견
우리 대학 생명과학과 김세윤, 양한슬 교수 공동연구팀이 `장 상피조직의 발생과 염증성 장염 회복과정의 핵심 효소발굴'에 성공했다고 6일 밝혔다.
생명과학과 박승은 박사, 이동은 박사과정 학생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지인 `세포 및 분자 소화기학 및 간장학 (Cellular and Molecular Gastroenterology & Hepatology)'에 지난 8월 19일 字 온라인 게재됐다.
※ 논문명 : Gut Epithelial Inositol Polyphosphate Multikinase Alleviates Experimental Colitis via Governing Tuft Cell Homeostasis
※ 저자 정보 : 박승은 (한국과학기술원, 공동 제1 저자), 이동은 (한국과학기술원, 공동 제1 저자), 정재웅 (연세대학교 의과대학, 제2 저자), 이수형 (반더빌트 의과대학, 공동 저자), 박승주 (한국과학기술원, 공동 저자), 류재승 (한국과학기술원, 공동 저자), 오세규 (카이노젠, 공동 저자), 양한슬 (한국과학기술원, 공동 교신저자), 황성순 (연세대학교 의과대학, 공동 교신저자), 김세윤 (한국과학기술원, 공동 교신저자), 포함 총 10명
염증성 장 질환은 1980년대 중반까지만 해도 국내 발병률은 매우 낮은 질환이었으나 건강보험심사평가원 자료에 따르면 2011년 말 만성 염증성 장 질환인 크론병 환자가 1만3천여 명, 궤양성 대장염 환자가 2만9천여 명으로 집계됐으며 이후로도 환자 수가 빠르게 증가하고 있다.
궤양성 대장염과 크론병과 같은 염증성 장 질환(Inflammatory bowel disease)은 복통, 설사뿐 아니라 전신 무력감, 체중 감소, 장 천공 등의 합병증을 유발해 환자의 삶의 질을 크게 낮추는 심각한 질환이다.
이러한 염증성 장 질환은 아직 발병 메커니즘이 명확하게 규명되지 않았으며 서구화된 식습관과 함께 유전적 이상이나 면역학적 장애 또는 스트레스와 같은 환경적인 요인이 복합적으로 관여하는 것으로 여겨진다.
최근 염증성 장 질환의 환자군 일부에서 이노시톨 대사(체내 합성 또는 음식을 통하여 공급되는 이노시톨 영양소를 이노시톨 인산 물질들로 전환하는 세포 내 생화학적 반응)의 핵심 효소인 이노시톨 폴리인산 카이네이즈(Inositol polyphosphate multikinase, 이하 IPMK) 유전자에서 단일염기변이(single nucleotide polymorphism, SNP) 등이 보고됐다. IPMK 효소는 포유류의 이노시톨 대사에서 매우 중추적인 역할을 하는 단백질로서 세포의 성장과 대사뿐 아니라 면역 반응 및 중추 신경계 기억 조절 등의 다각적인 생물학적 기능을 수행하는 것으로 알려졌으나 소화기계에서의 생물학적 기능은 밝혀진 바가 전혀 없다.
이에 우리 대학 생명과학과 및 줄기세포 연구센터 김세윤 교수, 양한슬 교수 연구팀은 연세대학교 의과대학 황성순 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 장 상피세포에서의 IPMK 효소의 역할규명연구를 다각적으로 수행했다.
연구팀은 먼저 장 상피세포에서 IPMK 유전자가 결손된 생쥐 연구모델을 제작했고 이를 분석한 결과에 따르면 정상적인 환경에서는 뚜렷한 장 조직의 구조와 기능에 있어 문제가 발생하지 않았다. 그러나 덱스트란 황산나트륨(DSS)을 투여해 대장염을 유발할 경우, IPMK 유전자가 결손된 생쥐로부터 대장염 회복반응이 현저하게 둔화됨을 관찰했고 이로부터 IPMK 효소가 손상된 대장 조직이 회복되는데 필수적인 인자임을 규명했다.
특히 연구팀은 IPMK 효소가 제거된 장 조직에서는 솔세포(tuft cell)의 발생과 기능에 심각한 장애가 발생함을 관찰했다. 솔세포란 소장과 대장뿐 아니라 흉선, 췌장 등에 존재하는 세포로서 표면에 미세 융모구조를 보이는 독특한 세포다. 장 조직의 전체 세포 중 불과 2~3% 이하로 존재하는 솔세포는 외부로부터의 기생충 감염에 대응하는 면역기능을 수행한다. 또한 솔세포로부터 합성돼 분비되는 아세틸콜린 신경전달물질은 장내 줄기세포 및 신경세포를 자극해 장 조직의 항상성 유지와 손상 복구에 중요한 기능을 담당하는 것으로 알려져 있다. 이러한 중요성에도 불구하고 솔세포의 발생과 기능을 조절하는 분자 타깃에 대한 이해는 극히 부족한 것으로 알려져 있다.
공동연구팀은 첨단 단일세포 RNA 유전자 배열 순서 분석기술(single cell RNA sequencing)을 통해 IPMK 효소가 제거된 장 상피조직에서 아세틸콜린 분비를 담당하는 솔세포군의 발생이 특이적으로 감소함을 규명했다. 또한 이러한 분석과정에서 생쥐의 대장에 존재하는 솔세포는 크게 면역기능을 담당하는 세포군, 아세틸콜린 분비 솔세포군 외에 유전자 발현 능력이 감소한 새로운 솔세포군이 있다는 사실을 발견해 학계에 최초 보고했다.
연구팀 관계자는 "발굴한 IPMK 효소에 기반한 아세틸콜린 분비성 솔세포의 발생 및 기능조절은 향후 장 상피조직의 항상성 유지의 학문적 이해와 더불어 염증성 장 질환의 진단 및 치료기술 개발 등에 적극적으로 활용될 것ˮ이라며 연구의 의의를 설명했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, 선도연구센터, 서경배과학재단, KAIST 줄기세포 연구센터 지원사업, KAIST 그랜드챌린지 30 (KC30) 사업 및 포스코청암펠로십의 지원을 받아 수행됐다.
2022.10.06
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이덕희 기술경영학부 교수, 『내생사회』 출간
우리 대학 기술경영학부 이덕희 교수가 동양의 중용(中庸)과 서양의 근대철학을 융합해 선진 문명사회의 길을 제시하는 『내생사회: 머리와 손발의 소통 이야기』를 출간했다. 이 교수는 학부 때부터 줄곧 경제학을 전공한 경제학자이지만 사회 전체를 통합적으로 연구하기 위해 인문학·자연과학 등에도 지속적인 관심을 가지고 탐구해왔다. '네트워크 경제' 연구를 통해 복잡계 과학에 경제학을 접목하는 한편 '도덕적 자본주의' 연구를 통해 동양사상과 경제학을 아우르는 등 다양한 융합 연구를 시도해온 이 교수는 우리 사회를 관통하는 세 가지 질문을 바탕으로 이번 저서를 기획했다.
'정녕 우리에게 도덕적 자본주의는 불가능한 것인가?', '재난은 왜 계속 되풀이되는가?', '혁신은 우리 곁에 있는가?' 등 현실적인 문제의 근원이 우리 사회의 '외생성'에서 비롯되고 있다는 통찰과 함께 이를 극복하기 위해서는 '내생사회'로의 전환을 서둘러야 한다고 이덕희 교수는 이번 저서를 통해 제시하고 있다.
이 교수는 '외생성'이란 삶의 중요한 의미를 외부적인 요소를 통해 추구하는 방식이라고 정의하고 있으며, 우리 사회를 타인 혹은 외부에 의해 발전의 동인이 촉발되어 유지되고 있는 '외생사회'로 규정했다. 이 교수는 오랫동안 정치, 경제, 문화, 종교, 사상 등 여러 방면에서 우리 고유의 것이 아닌 다른 나라에서 정립해놓은 것을 활용해 온 것이 원인이라고 지적하고 있다. 특히, 이 교수는 조선 양반 문치(文治) 카르텔은 사(士)에 과도한 특권을 부여해 농공상(農工商)과의 단절을 야기했다고 설명하고 있다.
사회의 역동성을 약화시킨 조선의 유교 사회, 개화기 서양 문물의 수용, 일제강점기 등의 역사적 과정을 거치면서 '내생성'을 키우는 동력을 상실한 결과가 부동산 불패 신화, 학벌 제일주의, 반복되는 재난과 같은 현시대의 고질적인 문제로 나타나고 있다는 것이 이 교수의 분석이다.
저자는 이러한 문제점을 극복하기 위해 대한민국이 '내생사회'로 나아가야 한다고 주장하고 있다. '내생사회'란 흩어지지 않고 무언가 차곡차곡 쌓이는 사회라 비유할 수 있으며, 중용(中庸)에서 말하는 '지극한 정성의 총합'으로 표현하고 있다.
모든 사안을 결과로 보는 것이 아니라 과정으로 보는 세계관, 내 생각과 행위를 다른 사람에게 표현하는 자기 조직화, 스스로의 노력으로 공을 세워 삶을 영위하는 주체성 등의 세 가지 조건이 갖춰질 때 비로소 '내생성'이 생겨난다고 이 교수는 강조한다.
우리 자신을 더 가까이에서 들여다보고 우리 안의 보석을 캐내는 '내생성 강화'가 각 분야에서 일어날 때, 사와 농공상, 자본의 윤리와 자본의 논리가 화해하는 '내생사회'가 도래할 것으로 이 교수는 전망하고 있다.
이 교수는 동양 유학 사상의 정수인 중용에 서양 근대철학의 거두인 화이트헤드의 과정철학·복잡계 과학·진화경제학의 내생적 발전을 접목한 융합적 접근으로 이번 저서를 집필했다. 또한, 그동안의 '외생사회'가 고착된 배경을 역사적 흐름에 근거해 증명한 뒤 '내생성'이라는 새로운 미래의 관점을 제시하고 있으며, 전문지식과 일반 지식을 아우르는 통합적 시각을 견지하고 있는 것이 이번 저서의 가장 특징이다.
이덕희 교수는 "내생사회는 머리의 세계와 손발의 세계, 즉 리(理)와 기(氣), 사와 농공상, 이론과 실제, 학교와 현장이 서로 소통할 때 가능하다"고 강조했다. 이어 그는 "한마디로 표현하기 어렵지만, '스스로 뿌리를 내리고 싹을 틔우는 힘'인 내생성이 우리 안에 굳건하게 자리 잡아 자기 언어로 스스로의 질서를 얘기할 수 있는 내생사회가 되었으면 한다"고 역설했다.
저자인 이덕희 교수는 현재 KAIST 기술경영학부 교수로 재직 중인데 고려대에서 경제학 학사, 석사를 뉴욕주립대(버팔로)에서 경제학 박사 학위를 받았다. 『공자가 다시 쓴 자본주의 강의』(2015), 『정보통신경제학』(2010), 『부뚜막이 닳도록 : 어느 경제학자의 문화적 자존 이야기』(2010), 『네트워크 이코노미 : 부분과 전체의 복잡성에 대하여』(2008) 등 통섭적 관점을 바탕으로 한 다수의 서적을 집필했다.
2020.10.13
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행정혁신과 선진 조직문화 구축 위한 책 출간
〈 행정도 과학이다, 교직원 K의 이중생활 책 표지〉
우리 대학이 행정혁신과 새로운 조직문화 변화를 위한 <행정도 과학이다>와 <교직원 K의 이중생활> 두 권의 책을 출간했다.
이번 출간은 행정선진화추진위원회와 직원기자단의 1년간의 활동과 뒷이야기를 각각 보고서와 도전기 형식으로 엮은 내용으로, 지난 4월 출범 이후의 활동을 통해 행정혁신과 조직문화 변화를 시도한 다양한 이야기를 소개한다.
행정선진화추진위원회는 변화와 미래를 준비한다는 취지 아래 43명의 인원이 4개 분과에서 글로벌 행정을 연구했다. 소통과 배려를 기본정신으로 삼아 최고의 행정을 위한 개선방안을 제안하고 궁극적으로는 대중들에게 우리 대학이 제안하는 대학행정의 변화와 혁신 방안을 소개한다.
지난해 6차례의 소식지를 발생한 직원기자단은 20명의 기자가 기획부터 취재, 편집, 디자인 등을 스스로 수행하며 매월 행정소식지 ‘뉴스 카이스태프(News KAISTaff, 링크 http://newskaistaff.kaist.ac.kr/)’ 에 올리고 있다. 행정의 일선에서 궂은일을 담당하는 여러 인물을 소개해 일일 방문객이 1천2백 명이 넘기도 했다.
우리 대학은 이번 출간을 통해 행정이 고도의 전문영역임을 알리고 그 영역의 발전이 고객서비스로 확장되는 행정혁신과 조직문화 변화의 기반이 될 것으로 기대하고 있다. 1천 5백여 명 직원의 능동적인 참여를 유도해 인사제도 최적화, 역량 강화 등 조직문화와 업무환경의 변화를 일으키는 것을 목표로 시작됐다.
<행정도 과학이다>는 행정선진화추진위원회에 참여한 직원들이 행정의 혁신과 변화를 도모해가는 과정과 지향가치, 발전방안 그리고 우리 대학과 대학사회에 보내는 메시지를 담았다. 교육·연구와 더불어 대학을 지탱하는 한 축인 행정의 가치를 높이기 위한 변화와 혁신 방향을 분야별로 제시한다.
책에서는 ▲인사제도(너와 나, 우리 함께 가자), ▲역량강화(전문성으로 다양성을 창출하라) ▲과학기술을 적용한 업무환경 구축(최고의 스마트 환경을 구축하라) ▲조직문화(조직의 미래는 현재의 문화에 있다) 등을 통해 실천 가능한 여러 방안을 제시한다.
또한, 행정의 변화와 혁신모델로 ‘독자적인 자기 진화형 행정생태계’ 개념을 제시한다. 변화하는 환경에 행정 스스로가 적응해 혁신을 도모하고 역량을 강화해 선제적인 대비 방안을 소개한다. 행정이 혁신과 변화의 대상이 아니라 주체로서 스스로 주도하며 대학발전의 중요한 축으로 임무를 수행해야 한다고 말한다.
<교직원 K의 이중생활>은 소식지 뉴스 카이스태프(News KAISTaff)를 발간하며 경험하고 느꼈던 이야기를 담았다. 직장 사춘기(직춘기)를 겪고 있는 직장인과 여러 회사와 기관들의 자발적인 조직문화 운동을 응원하고, 공감하고 참여할 수 있는 소식지 제작에 도전하라는 메시지를 보내고 있다.
책에서는 행정소식지 뉴스 카이스태프의 창간과정과 자발적 참여를 통해 활동하는 직원기자단의 여러 사연을 확인할 수 있다. 시어머니의 애정과 묵묵한 도움 덕에 기사를 마감하는 직장맘, 디자이너에서 행정직으로 과감히 변신한 직원 기자, 인터뷰 기사의 매력에 빠진 사연 등을 소개한다.
김기한 행정처장은 “추진위원회와 직원기자단의 동력은 스스로가 주체가 되어 키워가는 신뢰성이다”라며 “이들이 개교 60주년을 맞는 2031년까지 KAIST 행정발전사의 기록은 물론 비전 제시의 소중한 창구가 될 것이다”라고 말했다.
두 권의 책을 총괄, 집필한 방진섭 행정부장은 “행정의 고뇌와 열정이 자율적인 공감과 참여, 변화와 혁신으로 펼쳐지길 바란다”라며 “직원들이 자신과의 약속을 통해 행정의 변화와 혁신을 위한 열정을 잃지 않고 항상 초심을 되새기며 앞으로 나아가자는 의미로 책을 출간하게 됐다”라고 소감을 전했다.
2019.04.19
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서로 비슷한 사람일수록 폭력 등 극심한 갈등 발생 가능성 높아
살인, 폭력 등 특정 상대를 향한 거대한 증오 등은 비합리적이고 우발적인 감정이 기반이 되는 것으로 알려져 있다. 또한 사회적 관계 사이의 갈등은 지위나 경제적 능력 등이 차이가 있는 서로 다른 정체성을 가진 집단 간에 발생한다고 생각하기 쉽다.
그러나 이러한 갈등을 분석해본 결과 그 원인에도 체계적이고 구조적인 규칙이 있을뿐더러 사회적 지위와 정체성이 비슷할수록 이들 사이에서 폭력적이고 파국에 가까운 갈등이 발생한다는 사실이 밝혀졌다.
우리 대학 문화기술대학원 이원재 교수 연구팀이 사회적 행위자들 간의 지위나 정체성이 비슷할수록 폭력, 갈등이 발생할 확률이 높아진다는 것을 45년간의 포뮬러 원 (Formula One, 이하 F1) 자동차 경주에서 발생한 사고 데이터를 통해 밝혀냈다.
또한 이러한 갈등은 사람들 간 나이가 비슷하고 실력이 우수할수록, 그리고 날씨가 좋을수록 더 깊어지는 것으로 나타났다.
일반적으로 사회적 갈등을 생각할 때 머릿속에는 사용자와 노동자, 권력자와 시민처럼 권력과 정체성이 다른 집단 사이의 갈등이 떠오른다. 그러나 생명을 위협할 정도의 갈등으로 범위를 좁히면 오히려 사회적 위치가 비슷한 관계에서 이러한 현상은 더 자주 발생한다.
나와 비슷한 상대방으로 인해 자신의 지위나 정체성에 대한 모호함이 발생하면 자신의 사회적 위치에 대한 확신이 떨어지고, 이러한 감정에서 벗어나기 위해 상대방을 공격하게 되는 원리이다.
이 원리를 기반으로 한 기존의 연구들은 제한된 인간 집단이나 동물 실험을 대상으로 한 뇌 과학이나 생화학적 지표를 통해서만 이뤄지곤 했다. 따라서 기존 연구는 인간관계와 그 관계로부터 만들어지는 정체성의 영향력에 대해 구체적으로 파악하기 어려웠다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 연구팀은 F1 경기를 통해 형성된 인간 행동 데이터를 이용해 인간의 사회적 정체성 유사도를 수치화했다.
연구팀은 45년간 이뤄진 F1 경기에 출전했던 355명 사이에 발생한 506회의 충돌 사고 데이터를 분석했다.
연구팀은 랭킹과 같은 일차적 정체성인 객관적 성과 지표를 통제한 뒤 선수끼리의 우열, 즉 천적 관계 등에 대한 개별적 우열 관계를 토대로 선수별, 시즌별 등으로 프로파일을 구성했다. 이를 통해 선수 간 프로파일이 비슷할수록(structurally equivalent) 서로 충돌 사고를 일으킬 가능성이 높다는 것을 발견했다.
이 교수는 “서로간의 승, 패가 비슷해 경쟁관계에서 우위가 구분이 안 되면 본인이 모호해진다고 느낍니다. 다른 사람에게는 져도 나와 비슷한 상대에게는 반드시 이겨서 모호한 정체성을 극복해야겠다는 생각을 하게 됩니다”라고 말했다.
“랭킹 1, 2위끼리는 자주 만나기 때문에 갈등이 발생할 확률이 높다고 생각할 수 있습니다. 저희는 그러한 조건들을 전부 받아들이고 통제했습니다. 그 후의 측정 결과에서도 우리의 가설이 유효함을 확인했습니다”
사회 현상과 F1은 무슨 관계가 있을까. 박사 논문 주제로 테니스를 연구한 이 교수는 사회과학자들이 스포츠를 모델로 삼는 이유가 있다고 말했다.
“회사나 조직에서의 경쟁관계나 우위는 데이터를 구하기가 쉽지 않습니다. 반면 스포츠는 종속변수로 삼는 선수의 성과가 굉장히 객관적으로 기록되죠. 어떠한 사회적 관계를 가지며 어떠한 구조적 위치에 있느냐를 측정하는 것이 기본적 모델인데 F1 데이터는 그런 면에서 매우 객관적인 수치 기록을 갖고 있습니다”
“테니스와 같은 스포츠 토너먼트는 현대 조직 구조의 이상적인 승진 체계를 이해하는 데 최적입니다. 이번 연구는 완벽한 구조가 있음에도 불구하고 인간의 사회적 관계가 유발하는 정체성 혼동으로 인해 파국적 현상이 발생하는 이유에 대한 연구입니다”
연구팀의 결과는 경쟁이 일상화된 시장이나 조직에도 적용 가능하다. 조직 내에서 극한의 갈등이 발생할 수 있는 사회구조적 조건을 밝혀냄으로써 갈등으로 인한 사고 방지를 위한 제도 및 체계의 설계에 방향을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.
폭력으로 인한 갈등은 개인적, 비합리적, 즉흥적인 행위이다. 따라서 개인의 폭력적 행동과 사회를 연결시키는 이론적 시도는 매우 드물었다. 연구팀은 폭력적인 행위의 원인이 개인적 원한이나 욕망이 아닌 사회적 구조와 관계 안에 있다는 것을 밝힌 것이 큰 의미를 갖는다고 말했다.
이 교수는 “사회학은 보통 성공이나 협력 등의 긍정적인 효과에 대해 연구합니다. 이번 연구는 살인이나 폭력과 같은 파괴적인 행위에도 조직적이고 사회적인 이유가 있다는 것을 증명했습니다”고 말했다.
독일 ESMT의 Matthew Bothner 교수, 프랑스 INSEAD의 Henning Piezunka 교수, 미국 재무부 Richard Haynes 박사와 공동으로 수행한 이번 연구는 미국국립과학원회보 (PNAS) 2018년 3월 26일자에 게재됐다.
이 교수의 PNAS 논문은 국내 사회과학 분야에서 미국과학한림원(NAS) 회원의 기고가 아닌 직접 투고 방식으로 게재한 두 번째 사례이다. 순수 사회학 연구로 국내 대학 사회학자가 PNAS에 논문을 게재한 것은 최초이다.
이번 연구는 교육부와 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 1970-2014 동안 Formula One 선수들의 평균적 경쟁 관계를 시각화
그림2. 사회적 지위 및 정체성이 충돌에 미치는 영향의 조건표
2018.04.19
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신의철, 박수형 교수, 방관자 면역세포의 인체 손상 원리 발견
우리 대학 의과학대학원 신의철, 박수형 교수, 중앙대학교병원 김형준, 이현웅 교수 공동 연구팀이 바이러스 질환에서 방관자 면역세포에 의해 인체 조직이 손상되는 과정을 발견했다.
이번 연구를 통해 바이러스 질환, 면역 질환이 인체를 손상시키는 원리를 이해하고 이를 신약 개발에 적용할 수 있을 것으로 기대된다.
이번 연구 결과는 면역학 분야 국제 학술지 ‘이뮤니티(Immunity)’ 1월자 최신호에 게재됐다.
바이러스에 감염되면 바이러스 증식 자체로 인해 인체 세포가 파괴되지만, 바이러스가 증식해도 직접적으로 인체 세포를 파괴하지 않기도 한다.
하지만 이러한 경우에도 인체 조직은 손상돼 질병을 일으키게 되는데 그 원인이나 과정은 상세히 밝혀지지 않았다. 다만 간염 바이러스에 감염됐을 때 이와 같은 현상이 잘 발생한다는 사실만 알려져 있었다.
면역계의 가장 중요한 특성은 특이성(specificity)으로 바이러스에 감염되면 해당 바이러스에 특이적인 면역세포만 활성화돼 작동을 하고 다른 바이러스들에 특이적인 면역세포들은 활성화되지 않는 것이 일반적이다.
감염된 바이러스가 아닌 다른 바이러스와 관련된 면역세포들이 활성화되는 경우도 있다. 이런 현상은 흔히 ‘방관자 면역세포의 활성화’라는 이름으로 오래 전부터 알려진 현상이다. 하지만 이 현상의 의학적 의미는 불투명했다.
공동 연구팀은 A형 간염 바이러스에 감염된 환자를 분석했다. 연구팀은 해당 바이러스에 특이적인 면역세포뿐 아니라 다른 바이러스에 특이적인 엉뚱한 면역세포들까지 활성화되는 것을 발견했고 이러한 엉뚱한 면역세포에 의해 간 조직이 손상되고 간염이 유발되는 것을 확인했다.
연구팀의 발견은 방관자 면역세포가 인체 손상을 일으키는 데 관여한다는 점을 규명했다는 의의를 갖는다.
이번 발견의 핵심은 바이러스에 감염되면 감염된 인체 조직에서 과다하게 생성되는 면역 사이토카인 물질인 IL-15가 방관자 면역세포들을 활성화시키고, 활성화된 면역세포들은 NKG2D 및 NKp30이라는 수용체를 통해 인체 세포들을 무작위로 파괴할 수 있다는 것이다.
이러한 결과는 IL-15 사이토카인, NKG2D, NKp30 수용체와 결합하는 항체 치료제를 신약 개발하면 바이러스 및 면역 질환에서 발생하는 인체 손상을 막을 수 있다는 중요한 의미를 갖는다.
이번 연구는 중앙대학교 병원 임상 연구팀과 KAIST 의과학대학원이 동물 모델이 아닌 인체에서 새로운 면역학적 원리를 직접 밝히기 위해 협동 연구를 한 것으로 중개 연구(translational research)의 주요 성과이다.
신 교수는 “면역학에서 불투명했던 방관자 면역세포 활성화의 의학적 의미를 새롭게 발견한 첫 연구사례이다”며 “향후 바이러스 질환 및 면역질환의 인체 손상을 막기 위한 치료제 연구를 계속하겠다”고 말했다.
이번 연구는 삼성미래기술육성재단의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 방관자 면역세포에 의한 인체 손상 과정 개념도
2018.02.21
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인공지능(AI) 월드컵 2017 결선리그, 12월 1일 개최
우리대학 공과대학(학장 김종환)이 세계 최초로 개최하는 인공지능 축구대회인 ‘AI 월드컵 2017’의 결선 대회가 12월 1일 오후 1시 30분부터 KI빌딩 1층 퓨전홀에서 열린다. ‘AI 월드컵 2017’ 결선 대회는 ▲AI 축구 ▲AI 경기해설 ▲AI 기자 등 3개 종목으로 나눠 진행된다.
Q-Learning 등 AI 기술을 기반으로 각 팀당 5대의 로봇선수가 사람의 조작 없이 상대팀 골대에 골을 넣어 득점하는 AI 축구는 내달 1일 열리는 본선 경기에서 4강 토너먼트를 통해 우승팀과 준우승 팀을 가른다. 결승전에 오르지 못한 나머지 2개 팀은 따로 3, 4위전을 치르지 않기 때문에 공동 3위로 처리된다.
이밖에 인공지능 축구 경기영상을 분석하고 해설하는 AI 경기해설과 인공지능 축구 경기결과를 기사로 작성하는 AI 기자 종목은 전문 평가단이 지정해 준 예선경기 영상들을 대상으로 참가팀의 경기해설과 기사작성 능력을 평가한 전문 평가단의 점수를 종합해 우승팀을 뽑아 1일 시상할 예정이다.
우리대학은 29일 세계 최초로 치러지는 이번 ‘AI 월드컵 2017’ 대회운영을 위해 지난 11월 초까지 참가신청서 접수를 받은 결과, ▲AI 축구 ▲AI 경기해설 ▲AI 기자 등 3개 종목에 걸쳐 국내 대학·연구기관·기업 등에서 모두 26개 팀이 대회참가를 신청했다고 밝혔다. 종목별로 신청 팀 수는 ▲AI 축구가 총 18개 팀으로 가장 많은데, 이 중 8개 팀이 우리대학 소속이다(KAIST+서울대 합동 1개 팀 포함). 이밖에 목포대에서 2개 팀을 비롯해 경북대·한양대·전북대·영남대·성균관대·경희대·계명대·모두의연구소에서 각 1개 팀씩 모두 10개 팀이 신청했다.
▲AI 경기해설에는 우리대학과 목포대·모두의연구소·얄리주식회사 등 4개 기관에서 각 1개 팀씩 모두 4개 팀이, 그리고 ▲AI 기자 종목에도 우리대학과 경북대·모두의연구소·목포대 등 총 4개 팀이 대회참가를 신청했다. 가장 많은 관심을 끌 것으로 예상되는 ▲AI 축구는 30일까지 치러지는 예선을 통과한 4개 팀이 1일 결승 토너먼트 방식으로 우승·준우승 팀과 공동 3위 팀을 가르는데 대회 조직위원회는 인공지능 기술 구현방법 발표평가를 시행한 후 경기성적과 발표평가를 합산해 최종 우승팀을 선정할 계획이다. 최종 우승팀에게는 상장과 1,000만원의 상금을, 준우승 팀에는 500만원의 상금이 각각 수여된다. 공동 3위를 차지한 2개 팀에는 각각 150만원의 상금이 지급된다.
▲AI 경기해설은 해설의 내용에 오류가 없는지 확인하는 • 해설의 정확성, 중요한 이벤트를 놓치지 않고 잘 포함했는지를 측정하는 • 해설의 충실성, 그리고 곧 골이 터질 것 같다거나 공격이 막힐 것 같다는 예측을 수행할 수 있는지를 확인하는 • 해설의 예측력을 위주로 심사한다. 전반적으로 해설이 재미있고 자연스러운지 확인하는 • 해설의 유창성 또한 중점적으로 고려하는데 우승팀에게는 200만원의 상금이 주어진다.
우승팀에 상금 100만원을 수여하는 ▲AI 기자는 구조적으로 얼마나 잘 짜여 진 기사인지를 따지는 • 기사의 구조성과 또 얼마나 쉽고 즐겁게 읽히는 기사인지를 판단하는 • 읽기 가독성 위주로 평가한다. 이와 함께 기사내용의 사실관계를 평가하는 • 진실성을 포함해 간단한 통계자료 외에 깊이 있는 정보를 얼마나 다루고 있는지에 관한 • 정보성, 그리고 인간이 작성한 기사와 얼마나 유사한지를 평가하는 • 인간 기자와의 유사성도 핵심 심사항목이다.
대회조직위원장인 김종환 공과대학장은 “앞으로 대전시 등 여러 기관들과의 협력과 후원을 통해 해외의 대학 및 관련 기업에게도 문호를 적극 개방하고, 이번 국내대회를 개최한 경험을 바탕으로 내년 7월에는 AI 월드컵 행사를 국제대회로 대회규모를 대폭 확대해서 치를 계획”이라고 밝혔다.
한편 ‘AI 월드컵 2017’은 최근 세계적으로 관심이 높아지고 있는 4차 산업혁명을 국가성장 엔진창출의 기회로 보고, 인공지능 관련기술 활용 및 연구 개발에 대한 대학(원)생과 연구원은 물론 범국민적인 관심을 높이고 또 이를 적극 홍보하기 위해 우리대학이 세계 최초로 개최하는 행사다.
2017.11.29
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AI 월드컵 2017 사전설명회 28일 개최
우리대학이 주관, 개최하는 'AI 월드컵(World Cup) 2017' 사전설명회가 28일 오후 2시부터 대전 본원 정보전자동(E3-2동) 3228호실에서 열린다. ‘AI 월드컵(World Cup) 2017’은 우리대학이 오는 11월부터 개최하는 축구경기인데 스포츠 종목의 인공지능(AI) 경기로는 세계 최초로 열리는 공식대회다.
28일 열리는 사전설명회에서는 연구개발진이 직접 참여해서 툴(Too)l 사용방법 및 AI World Cup의 기본 규칙과 구동환경, 시뮬레이터 및 코드 작성과 관련한 설명을 2시간 동안 진행한다.
우리대학은 이밖에 이 대회의 참가대상자를 처음에는 전국 각 대학(원)생으로 제한했지만 일반인들의 문의가 잇따르자 연구원 등 AI(인공지능)분야에 관심 있는 일반인까지로 대상을 확대키로 최근 확정했다. 따라서 우리대학 기계지능 및 로봇공학 다기관 지원연구단(MIR-MSREP)이 주관하는 ‘AI 월드컵(World Cup) 2017’에는 국내 대학(원)생은 물론 일반인 등 AI 분야에 관심 있는 사람이면 누구든 팀을 구성해서 참여할 수 있다.
대회는 온라인 시뮬레이션 환경에서 인공지능 기술로 스스로 학습한 5명의 선수가 한 팀을 이뤄 상대팀 골대에 골을 넣어 득점하는 ▲AI 축구와 온라인 경기영상을 분석하고 해설하는 ▲AI 경기해설, 그리고 온라인 경기결과를 기사로 작성하는 ▲AI 기자 등 모두 3개 종목으로 구성돼 치러진다. 참가자들은 10월 한 달간 온라인 연습기간을 거친 후 11월 1일부터 24일까지 예선을 치르는데, 누적 경기실적에서 고득점을 획득한 상위 팀들은 12월 1일 대전 우리대학 본원 KI빌딩에서 치루는 본선경기에 참여하게 된다.
본선 당일에는 인공지능 기술 구현방법 발표평가를 시행한 후 종합평가를 통해 최종 우승팀을 선정한다. 우리대학은 참가자들의 이해를 돕기 위해 우선 9월 중에 ‘AI월드컵 조직위원회’에 참여 중인 교수진이 직접 출강하는 공개강좌를 각각 서울과 대전에서 열고 또 11월 2일과 3일 이틀간 대전 본원에서 열리는 ‘오픈 카이스트(Open KAIST)’행사기간 중에 공개 시범경기를 갖는 일정도 마련했다. 'AI 월드컵(World Cup) 2017’에 참여를 원하는 사람들은 팀 구성(안)을 준비해서 관련 홈페이지( http://mir.kaist.ac.kr/worldcup_ai )에 회원으로 가입한 후 참가신청서와 참가종목 등을 직접 입력해 접수기간 마감일인 9월 30일까지 등록하면 된다.
한편 대회 조직위원장인 김종환 공과대학장은 “2018년 상반기에는 대전시 등 여러 기관들과의 협력을 통해 외국 팀들에게도 출전 기회를 개방하는 등 AI 월드컵(World Cup) 대회규모를 국제행사로 크게 확대할 방침”이라고 강조했다. 문의 042-350-8877(사무국).
2017.07.25
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올 11월부터 세계 최초로 'AI(인공지능) World Cup 2017' 행사 연다
우리대학이 전국 각 대학의 학부생과 석·박사과정 대학원생을 대상으로 ‘AI 월드컵(World Cup) 2017’을 오는 11월 첫 개최한다. 특히 이 대회는 인공지능(AI) 경기로는 세계 최초로 열리는 공식대회다. 우리대학은 최근 세계적으로 관심이 높아지고 있는 4차 산업혁명을 국가성장 엔진창출의 기회로 적극 홍보하고 인공지능 관련 기술 활용 및 연구 개발에 대한 관심을 높이기 위해 전국 학부생과 석·박사 과정 대학원생을 대상으로 세계 최초로 ‘AI World Cup 2017’을 개최한다고 밝혔다.
우리대학은 이번 대회의 성공적인 개최와 운영을 위해 7월 28일 오후 2시부터 정보전자동 3228호실에서 인공지능에 관심 있는 전국 대학(원)생을 대상으로 시스템 사용법 및 참여방법 등에 관한 사전설명회를 개최할 예정이다. 또 지난 6월부터는 ‘AI World Cup 조직위원회(위원장 김종환 공과대학장)’를 구성하고 산하조직으로 운영위원회 · 경기위원회 · 홍보위원회 · 국제협력위원회 · 시스템 관리위원회 · 교육위원회 등 6개 분과위원회를 설치, 운영하는 등 대회를 완벽히 치룰 수 있도록 행사준비에 만전을 기하고 있다.
‘AI World Cup 조직위’에는 전기 및 전자공학부 · 전산학부 · 산업 및 시스템공학과 · 항공우주공학과 · 조천식녹색교통대학원 · 건설및환경공학과 · 문화기술대학원 · 과학기술정책대학원 등 우리대학을 대표하는 교수들이 대거 참여하고 있다. 우리대학이 이 대회를 만든 배경에는 1996년부터 시작된 ‘국제로봇 축구대회’를 세계 최초로 제안하고 대회를 직접 운영해 온 김종환 공대학장을 비롯해 공과대학 교수진이 그동안 축적해 온 인공지능 관련 지식과 노하우가 있기에 가능했다. 우리대학은 실무진들이 그동안 ‘국제로봇 축구대회’ 개최·운영을 통해 구축한 풍부하고도 다양한 운영경험이 ‘AI World Cup 2017’을 성공적으로 개최하는데 큰 역할을 할 것으로 기대하고 있다.
아울러 인공지능 기반의 융합연구와 바이오 · 나노 · IT · 로보틱스 간 융합연구를 위한 ‘NExFIRE 프로그램’ 운영 등 융합연구 혁신에서부터 융합형 창의인재 양성을 위한 전뇌교육 중심의 교육혁신에 이르기까지, 신성철 총장 취임 이후 우리나라 4차 산업혁명 성공을 위해 선도적 역할을 수행하고 있다는 우리대학만의 자신감과 도전정신도 이번 대회가 출범하는데 큰 몫을 했다.
우리대학 기계지능 및 로봇공학 다기관 지원연구단(MIR-MSREP, 단장 김종환 공과대학장)이 주관하는 이번 ‘AI World Cup 2017’에는 국내 대학(원)생 팀이면 누구나 참여가 가능하다. 대회종목은 온라인 시뮬레이션 환경에서 인공지능 기술로 스스로 학습한 5명의 선수가 한 팀을 이뤄 상대팀 골대에 골을 넣어 득점하는 ▲AI 축구와 온라인 경기영상을 분석하고 해설하는 ▲AI 경기해설, 그리고 온라인 경기결과를 기사로 작성하는 ▲AI 기자 등 모두 3개 종목으로 구성된다.
참가자들은 10월 한 달간 온라인 연습기간을 거친 후 11월1일부터 24일까지 예선을 치르는데, 누적 경기실적에서 고득점을 획득한 상위 팀들은 12월1일 KI빌딩에서 치루는 본선경기에 참여하게 된다. 본선 당일에는 인공지능 기술 구현방법 발표평가를 시행한 후 종합평가를 통해 최종 우승팀을 선정한다.
김종환 대회 조직위원장은 “이번 대회 성적우수 팀에게는 상장과 소정의 상품을 지급할 예정이며 2018년 상반기에는 대전시 등 여러 기관들과의 협력을 통해 외국 팀들에게도 출전 기회를 개방하는 등 대회규모를 국제행사로 크게 확대할 방침”이라고 밝혔다.
우리대학은 참가학생들의 이해를 돕기 위해 우선 11월2일과 3일 이틀간 개최예정인 ‘오픈 카이스트(Open KAIST)’ 행사기간 중에 공개 시범경기를 가질 계획이다. '오픈 카이스트(Open KAIST)’는 일반인이 우리대학 공과대학 산하 각 학과와 연구실을 직접 둘러보고 체험할 수 있는 행사로 공과대학이 2년마다 여는데 우리대학이 개최하는 행사 중 가장 규모가 큰 행사로 소문이 나있다.
‘AI World Cup 2017’에 참가를 원하는 국내 대학(원)생들은 팀 구성(안)을 마련해 홈페이지( http://mir.kaist.ac.kr )에서 참가신청서와 참가종목 등을 직접 입력해 접수기간인 7월11일부터 9월30일까지 제출하면 된다. 문의 042-350-8877(사무국).
2017.07.11
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강석중 교수, 유럽 세라믹 학회 리차드 브룩 상 수상
강 석 중 교수
우리 대학 신소재공학과 강석중 교수가 지난 달 21일 스페인 톨레도에서 열린 제 14회 국제 유럽 세라믹 학회에서 리차드 브룩 상을 수상했다.
이 상은 비유럽권의 세라믹 계 학자 혹은 엔지니어에게 주어지는 유럽 세라믹 학회 최고 권위의 상으로 강 교수는 수상 후 기념강연을 했다.
강 교수는 소결과 재료미세조직 발현에 관한 전문가로 이 분야에서 새로운 입자성장 모델을 제시하고 미세조직발현의 원리를 밝힌 성과를 인정받았다.
또한 강 교수는 6월 독일에서 열린 헬름홀쯔 연구협회로부터 학술적 업적이 높은 학자에게 수여하는 헬름홀쯔 국제 펠로우 상을 수상했다.강 교수는 “권위 있는 기관의 주요 수상자로 선정돼 영광이다”며 “앞으로의 연구에 더 충실할 수 있도록 노력하겠다”고 말했다.
2015.07.17
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C형간염바이러스의 면역회피 기전 밝혀
C형간염은 우리나라 국민의 약 1~2%가 감염된 것으로 알려져 있다. C형간염바이러스에 감염되면 대부분 만성으로 진행되며 간경변증 및 간암이 발생해 사망에 이를 수도 있다.
A형이나 B형간염과는 달리 예방백신이 없어 감염원 노출을 피하는 것만이 최선의 예방법으로 알려진 가운데 우리학교 연구진이 백신 개발에 탄력을 받을 만한 연구 성과를 냈다.
우리학교 의과학대학원 신의철 교수팀은 C형간염바이러스가 체내에서 면역반응을 일으키지 않는 원인을 규명했다. 연구결과는 소화기병 분야 세계적 학술지 ‘위장병학(Gastroenterology)’ 5월호에 게재됐다.
우리 몸에서는 외부로부터 침입한 바이러스를 제거하기 위해 면역반응이 일어난다. 이 과정에서 바이러스에 감염된 세포의 제거에 필요한 T세포 반응을 적절하게 유도하는데 제1형 주조직복합체가 핵심적인 역할을 한다.
세포가 바이러스에 감염되면 인터페론이라는 물질에 의해 제1형 주조직복합체 발현이 증가되고 T세포는 증가된 제1형 주조직복합체를 인식해 바이러스에 감염된 세포를 찾아낼 수 있다.
그러나 그동안 C형간염바이러스의 경우 제1형 주조직복합체 발현에 어떤 영향을 미치는지 명확히 밝혀지지 않았다.
연구팀은 세포배양을 이용한 감염시스템을 통해 C형간염바이러스가 제1형 주조직복합체 단백질 발현을 억제함을 밝혔다. 또 이에 대한 메커니즘을 분자 수준에서 규명, C형간염바이러스가 세포내의 PKR이라는 단백질을 활성화시켜 제1형 주조직복합체 단백질 발현을 억제하는 사실도 입증했다.
이와 함께 실제 C형간염바이러스 환자로부터 분리한 T세포 배양 기술을 이용해 C형간염바이러스가 제1형 주조직복합체 단백질 발현을 억제함으로써 T세포 면역반응을 회피한다는 사실을 세계 최초로 규명했다.
이러한 연구를 통해 연구팀은 세포내 PKR 단백질을 조절하면 T세포 면역반응을 증강시킬 수 있다는 가설을 세우고 이를 실험을 통해 증명했다.
신의철 교수는 “C형간염바이러스를 치료하는 신약들은 많이 개발된 반면 백신은 아직 개발되지 않은 상태”라며 “C형간염바이러스의 면역회피 기전을 밝혀내 백신 개발에 탄력을 받을 것”이라고 이번 연구의 의의를 말했다.
그림1. 세포배양을 이용한 C형간염바이러스 감염 시스템을 유세포분석 기법으로 관찰, C형간염바이러스에 감염된 간세포에서는 인터페론에 의한 제1형 주조직복합체 단백질 증가가 억제됨을 밝혔다.
그림2. C형간염바이러스에 감염된 간세포에서는 인터페론에 의한 제1형 주조직복합체 단백질의 증가가 억제된다.
그림3. C형간염바이러스가 PKR-eIF2a 전달체계를 활성화시켜 제1형 주조직복합체 단백질 발현을 억제함으로써 바이러스에 대한 T세포의 활성이 약화된다.
2014.05.19
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대장조직의 숨겨진 암발생 억제 메커니즘 규명
KAIST 연구진이 대장조직에 숨겨진 암발생 억제 메커니즘을 규명해냈다. 대장조직에 내재된 방어 메커니즘이 밝혀짐에 따라 대장암 발병에 대한 이해를 돕는 계기가 될 것으로 기대된다.
우리 학교 바이오및뇌공학과 조광현 석좌교수(교신저자)가 주도하고 송제훈 박사과정 연구원(제1저자)이 참여하였으며, 영국 암연구소 오웬 삼손 박사와 데이비드 휴웰, 레이첼 리지웨이, 아일랜드 연구소 보리스 콜로덴코, 월터 콜치 박사가 참여한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구자지원사업(도약연구)의 지원으로 수행되었고 연구결과는 셀(Cell) 자매지 셀 리포트(Cell Reports)지 온라인판 3월 28일자에 게재되었다.
* 논문명 : The APC network regulates the removal of mutated cells from colonic crypts
생명체는 손상된 조직을 스스로 복구할 수 있지만 복구를 위한 세포분열 과정에서 암을 일으킬 수 있는 유전자 변이가 생길 수 있다. 이는 빠른 세포분열 속도와 소화과정에서의 독성물질 때문에 유전자 변이 확률이 높은 대장의 장샘*에서 특히 문제가 된다.
* 장샘(crypt) : 대장 표면을 형성하는 약 2000여개의 세포로 구성된 동굴모양의 상피 연구팀은 유전자 변이로 발암 가능성이 높아진 세포를 대장의 장샘에서 빨리 내보내는 방식으로 대장조직이 빠르고 빈번한 조직재생과정에서 암 발생을 억제한다는 것을 알아냈다. 변이된 세포의 장샘 체류시간을 줄여 비정상적 세포분열을 억제하는 방어 메커니즘이 대장에 내재되어 있다는 것이다.
수학모델을 만들고 이에 대한 방대한 컴퓨터 시뮬레이션 분석을 수행한 결과 유전자 변이에 의해 윈트신호전달*이 강화된 변이세포는 정상세포에 비해 접착력이 높아지면서 장샘의 위쪽으로 더욱 빠르게 이동, 장샘을 벗어나 장내로 배출되기 쉬운 것으로 나타났다.
* 윈트 신호전달(Wnt Signaling) : 세포의 증식과 분화에 관여하는 신호전달 경로로 배아발달이나 성체조직의 항상성 관리에 특히 중요하다. 세포 외부에서 윈트 신호가 들어오면 베타 카테닌을 분해시켜 농도를 낮게 유지해 주는 분해복합체가 억제되면서 세포증식을 돕는 표적 유전자들이 발현되어 세포증식이 일어나게 된다.
유전자 변이로 윈트 신호전달회로의 핵심인자인 베타 카테닌이 분해되지 못하면 축적된 베타 카테닌이 세포증식을 활성화시키는 한편세포 접착력을 높이게 되는데, 장샘 조직의 특수한 환경과 비슷한 접착력을 가진 세포들이 모이려는 성질로 인해 결국 변이된 세포를 배출시켜 조직의 항상성을 유지한다는 것이다.
실제 생쥐모델에서도 비정상적인 장샘 조직의 경우 증식이 활발한 세포가 오히려 느리게 이동하는 것으로 나타나 이같은 시뮬레이션 결과를 확인할 수 있었다.
조 교수는 “본 연구는 컴퓨터 시뮬레이션으로 다세포 생명체가 비정상적 세포 변이에도 불구하고 조직의 항상성을 유지하도록 정교하게 설계되어 있음을 규명한 것으로 IT와 BT의 융합연구인 시스템생물학 연구를 통해 복잡한 생명현상의 숨겨진 원리를 파악할 수 있음을 보인 것” 이라고 밝혔다.
이 연구를 통해 대장의 장샘조직이 조직 내 암의 진화를 애초에 억제할 수 있는 메커니즘을 내재하고 있다는 놀라운 사실을 밝힘으로써 대장암 발생에 대한 이해를 한 단계 높이게 되었다. 또한 이번 연구결과는 대장암을 치료하기 위한 신약개발의 개발 방향에 대한 새로운 통찰을 제시하였다
주요그림 1 설명.
연구개요 모식도: 세포의 자가복구는 다세포생명체가 손상된 조직을 재생하기 위한 필수적인 과정이지만동시에 암을 일으킬 수 있는 체세포 변이의 위험성을 수반한다. 그렇다면 어떻게 이런 딜레마가 생체조직 내에서 해결될 수 있는 것인가?
이 문제는 재생속도가 빠르고 다양한 변이인자에 노출이 많은 대장조직에서 특히 중요하다. 연구팀은 대장 장샘의 세포증식과 이동에 관한 수학모델의 대규모 컴퓨터시뮬레이션과 생물학 시험을 결합한 시스템생물학(Systems Biology) 연구를 통해 그 분자적 메커니즘을 최초로 규명하였다. 장샘 조직 상단으로 이동하는 단일세포의 동역학 특성을 분석함으로써 암의 발생을 방지하는 장샘의 숨겨진 메커니즘을 밝힌 것이다. 그림은 실험용 생쥐에서 추출한 대장조직의 현미경 사진 위에 규명한 메커니즘을 그림으로 도식화 한 것이다.
주요그림 2 설명. 컴퓨터시뮬레이션 결과와 동물모델 실험을 통한 검증: (A) 야생형 장샘(첫째 행) 및 에이피시 유전자 변이된 장샘(둘째 행), 베타카테닌 유전자 변이된 장샘(셋째 행)에서, 이질적 세포군집에 의한 세포 재배치의 효과를 조사하는 컴퓨터 시뮬레이션이 수행되었다. 여기서 이질성은 균등하게 취해진 100개의 표본세포(첫째와 둘째 열)에 대해서 가해진 랜덤 노이즈를 노이즈가 없는 기준 분자 프로파일(파랑 파선)에 추가함으로써 모사된다. 표본세포들의 초기위치들은 세포 재배치에 의해서 최종위치로 변경된다. 이러한 세포재배치가 가져오는 윈트신호전달 및 세포접착의 분포(셋째와 네째 열)가 변화되는 양상이 조사되었다. 빨강 점 및 초록 점들은 기준 분자 프로파일에 대한 양과 음의 편차를 각각 가리키고, 빨강 및 초록 화살표들은 빨강과 초록 점들의 이동 방향을 각각 가리킨다. (B,C) 동형 에이피시 유전자 변이와 동형 및 이형 베타카테닌 변이들을 가지도록 유전자 조작된 생체모델(실험용 마우스)을 사용하였다(B,C). APCfl/fl(동형) 및 β-cateninexon3/+(이형), β-cateninexon3/exon3(동형) 유전자변이 실험용 마우스 (B, 첫째 행)의 대장 조직에 대해서, BrDU주입 후 2시간 이후에 BrDU 양성으로 마크된 세포들은 장샘의 증식영역(주로 아랫부분)에 한정된다. BrDU 주입 후 48시간 이후 장샘의 BrDU양성 세포들은 장샘의 윗쪽 방향으로 이동하였음을 가리킨다(B, 둘째 열). 에이피시 유전자 변이의 경우에는 동형 변이를 가진 생체모델이 사용되었다 (C, 둘째 열). 베타카테닌 변이의 경우에는 이형 변이(C, 셋째 열) 및 동형 변이(C, 넷째 열)를 가진 생체모델이 사용되었다. 본 연구팀은 BrDU 주입 후 2시간 및 48시간 후 BrDU가 마크된 세포들을 관측하였다. BrDU가 주입 후 2시간 이전에 DNA내에 포함되어지기 때문에 2시간에서의 BrDU마크는 증식영역의 위치를 가리킨다. BrDU 주입 후 48시간에서 장샘 내 세포의 이동과 증식이 관찰되었다. 본 연구팀은 증식성 세포들의 위치와 개수를 정량화하였고(C, 좌측) BrDU 표식 된 세포군집의 이동을 측정하기 위하여 누적빈도를 계산하였다(C, 우측). (C)의 화살표는 BrDU 표식된 세포군집의 이동거리를 가리킨다. 표본 마우스마다 50개의 ½장샘이 기록되었는데, 여기서 유전자 형마다 적어도 3개의 다른 실험용 마우스가 사용되었다.
2014.04.02
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