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예종철 교수, 인공지능 블랙박스의 원리 밝혀
〈 예종철 교수, 한요섭 연구원, 차은주 연구원 〉
우리 대학 바이오및뇌공학과 예종철 석좌교수 연구팀이 인공지능의 기하학적인 구조를 규명하고 이를 통해 의료영상 및 정밀분야에 활용 가능한 고성능 인공신경망 제작의 수학적인 원리를 밝혔다.
연구팀의 ‘심층 합성곱 프레임렛(Deep Convolutional Framelets)’이라는 새로운 조화분석학적 기술은 인공지능의 블랙박스로 알려진 심층 신경망의 수학적 원리를 밝혀 기존 심층 신경망 구조의 단점을 보완하고 이를 다양하게 응용 가능할 것으로 기대된다.
예종철 석좌교수가 주도하고 한요섭, 차은주 박사과정이 참여한 이번 연구는 응용수학 분야 국제 학술지 ‘사이암 저널 온 이매징 사이언스(SIAM Journal on Imaging Sciences)’ 4월 26일자 온라인 판에 게재됐다.
심층신경망은 최근 폭발적으로 성장하는 인공지능의 핵심을 이루는 딥 러닝의 대표적인 구현 방법이다. 이를 이용한 영상, 음성 인식 및 영상처리 기법, 바둑, 체스 등은 이미 사람의 능력을 뛰어넘고 있으며 현재 4차 산업혁명의 핵심기술로 알려져 있다.
그러나 이러한 심층신경망은 그 뛰어난 성능에도 불구하고 정확한 동작원리가 밝혀지지 않아 예상하지 못한 결과가 나오거나 오류가 발생하는 문제가 있다. 이로 인해 ‘설명 가능한 인공지능(explainable AI: XAI)’에 대한 사회적, 기술적 요구가 커지고 있다.
연구팀은 심층신경망의 구조가 얻어지는 고차원 공간에서의 기하학적 구조를 찾기 위해 노력했다. 그 결과 기존의 신호처리 분야에서 집중 연구된 고차원 구조인 행켈구조 행렬(Hankel matrix)을 기저함수로 분해하는 과정에서 심층신경망 구조가 나오는 것을 발견했다.
행켈 행렬이 분해되는 과정에서 기저함수는 국지기저함수(local basis)와 광역기저함수(non-local basis)로 나눠진다. 연구팀은 광역기저함수와 국지기저함수가 각각 인공지능의 풀링(pooling)과 필터링(filtering) 역할을 한다는 것을 밝혔다.
기존에는 인공지능을 구현하기 위한 심층신경망을 구성할 때 구체적인 작동 원리를 모른 채 실험적으로 구현했다면, 연구팀은 신호를 효과적으로 나타내는 고차원 공간인 행켈 행렬를 찾고 이를 분리하는 방식을 통해 필터링, 풀링 구조를 얻는 이론적인 구조를 제시한 것이다.
이러한 성질을 이용하면 입력신호의 복잡성에 따라 기저함수의 개수와 심층신경망의 깊이를 정해 원하는 심층신경망의 구조를 제시할 수 있다.
연구팀은 수학적 원리를 통해 제안된 인공신경망 구조를 영상잡음제거, 영상 화소복원 및 의료영상 복원 문제에 적용했고 매우 우수한 성능을 보임을 확인했다.
예종철 교수는 “시행착오를 반복해 설계하는 기존의 심층신경망과는 달리 원하는 응용에 따라 최적화된 심층신경망구조를 수학적 원리로 디자인하고 그 영향을 예측할 수 있다”며 “이 결과를 통해 의료 영상 등 설명 가능한 인공지능이 필요한 다양한 분야에 응용될 수 있다”고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부의 중견연구자지원사업(도약연구) 및 뇌과학원천기술사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 수학적인 원리를 이용한 심층신경망의 설계 예시
그림2. 영상잡음제거 결과
그림3. 영상에서 80% 화소가 사라진 경우 인공신경망을 통해 복원한 결과
2018.05.10 조회수 16837 -
김유천 교수, 부작용 낮춘 레이저 치료제 개발
〈 노 일 구 박사과정, 김 유 천 교수 〉
우리 대학 생명화학공학과 김유천 교수 연구팀이 기존 광역학 치료제(PhotoDynamic Therapy, 이하 PDT)의 단점을 보완한 근적외선 형광물질 기반의 PDT를 개발했다.
노일구 박사과정이 1저자로 참여하고 바이오및뇌공학과 박지호 교수 연구팀이 공동으로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’ 2018년도 3월 25일자 표지논문에 게재됐다.
PDT는 약물이나 유전자가 아닌 빛을 이용하는 치료법으로 레이저를 특정부위에 쬐어 산소를 독성을 갖는 활성산소로 변화시켜 세포를 자가 사멸(apoptosis)로 유도할 수 있는 기술이다.
이 기술은 피부병 치료 등 일상에서도 많이 활용되는 치료법이다. 그러나 기존에 이용하는 PDT 조영제의 경우 낮은 효율을 가질 때 오히려 암세포의 유전변형이 발생해 치료효과 감소 등의 부작용이 나올 수 있다.
따라서 치료효과를 극대화하기 위해선 원하는 위치에 많은 물질을 전달하는 것이 중요하며 이를 위해 세포 소기관인 미토콘드리아에 치료효과를 집중시키는 연구가 진행 중이다.
PDT 조영제로 인해 만들어진 활성산소는 미토콘드리아의 막을 공격해 세포 사멸을 일으킨다. 암세포의 미토콘드리아는 일반 세포와 비교했을 때 미토콘드리아 막의 전위 차이가 높아 양전하의 소수성 물질이 더 잘 투입되는 특성이 있다.
연구팀은 이러한 PDT 조영제 효과를 극대화하기 위해 미토콘드리아 타겟팅 그룹인 트리페닐포스포늄, PDT 증강제인 브롬화물, 그리고 용해도 증가를 위한 아민 그룹으로 구성된 물질을 개발했다.
연구팀은 이 기술을 종양이 이식된 실험용 쥐에 주입한 후 종양 부위에 빛을 조사해 항암효과를 유도했고 이를 분석했을 때 효과적으로 표적 치료가 이뤄지는 것을 확인했다.
이 물질은 근적외선 영역에서의 흡광 및 발광을 통한 662 나노미터(nm) 영역 레이저를 사용한다. 이를 통해 기존 가시광선 조영제가 마이크로미터 수준의 깊이를 보였다면 연구팀의 기술은 밀리미터까지 투과성을 가지며 진단 시 가시광역 조영제 보다 100배 이상 감도가 우수한 특성을 갖고 있다고 밝혔다.
연구를 주도한 노일구 박사과정은 “암세포 미토콘드리아에 오래 머물러 있어 레이저를 조사했을 때 원하는 부분에만 부작용 없이 효과적인 치료가 가능하다는 장점이 있다”며 “치료 후 독성이 없이 분해돼 기존 조영제의 단점을 극복할 수 있을 것이다”고 말했다.
김유천 교수는 “기존에 이용되는 진단 및 치료제를 한 단계 더 발전시킨 새로운 플랫폼의 개발을 통해 부작용을 최소화하고 다양한 질병을 치료하는 데 유용하게 사용될 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구는 글로벌프론티어 지원사업 ABC 바이오매스 사업단 및 한국연구재단의 중견연구자지원사업, 바이오의료기술개발지원사업을 통해 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. Advanced science 3월 25일자 3호 표지
그림2. 완성된 물질의 화학구조, 미토콘드리아 타겟팅 효과 및 레이저에 따른 ROS 생성 그래프
2018.04.17 조회수 16824 -
남윤기 교수, 뇌질환 치료용 나노입자 프린팅 기술 개발
우리 대학 바이오및뇌공학과 남윤기 교수 연구팀이 잉크젯 프린팅으로 마이크로미터 수준의 열 패턴을 마음대로 찍어내고, 이를 이용해 원격으로 신경세포의 전기적 활성을 제어할 수 있는 기술을 개발했다.
선택적 나노 광열 신경자극이라 할 수 있는 이 기술은 잉크젯 프린팅 기술과 나노입자 기술을 융합한 것으로 뇌전증 등의 뇌질환 환자들에게 맞춤형 정밀 광열 자극을 도입할 수 있는 기반기술이 될 것으로 기대된다.
강홍기 박사가 주도하고 이구행, 정현준, 이지웅 박사과정이 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘에이씨에스 나노(ACS Nano)’ 2월 5일자에 게재됐다.
나노 광열자극 기술은 금속 나노 입자의 열-플라즈모닉 현상을 이용해 신경 세포의 활성을 조절한다. 연구팀은 지난 4년간 연구를 통해 나노 광열효과에 의한 신경세포 활성 억제 현상을 발견했고, 이를 이용해 뇌전증 등의 뇌질환에서 발생하는 신경세포의 비정상적 활동을 조절하기 위한 기술을 연구했다.
연구팀은 기존의 나노 광열자극 기술이 갖는 공간적인 선택성의 한계와 해상도의 제약을 극복하기 위해 잉크젯 프린팅 기술을 이용한 나노 입자의 미세 패턴 작업을 통해 나노 광열자극 기술을 선택적인 부분에만 가할 수 있는 기술을 개발했다.
정밀 잉크젯 프린팅과 고분자전해질 적층 코팅법을 결합해 고해상도의 선택적 광열 자극 기술을 구현했다. 이 기술은 정밀 잉크젯 프린팅 기술은 금속 나노 입자를 잉크로 사용해 수십 마이크로미터 크기의 나노입자 패턴을 만들 수 있다.
이 기술과 고분자전해질 적층 코팅법을 결합하면 원하는 모양을 보다 정밀하게 인쇄할 수 있고 안정성이 높아 다양한 기판에 적용할 수 있다. 또한 고분자전해질 코팅법은 세포 친화적이기 때문에 세포실험 및 생체 기술에 적용 가능하다.
연구팀은 이 기술을 통해 금 나노막대 입자를 수십 마이크로미터 해상도로 인쇄해 수 센티미터 이상의 정밀한 나노입자 패턴을 손쉽게 제작했다. 이 패턴에 빛을 조사하면 인쇄한 모양대로 정밀한 열 패턴을 형성할 수 있다.
또한 이 기술로 배양된 뇌신경세포의 활동을 선택적, 일시적으로 빛 조사를 통해 억제할 수 있음을 실험을 통해 확인했다.
이 열 패턴 기술을 이용하면 신경세포의 전기적 활성을 열 발생 부분에만 일시적으로 억제할 수 있어 선택적으로 광열 신경자극을 줄 수 있다. 이를 통해 원하는 세포 영역만 구분해 활동을 억제시켜 환자에게 맞춤형 광열 신경자극 치료를 제공할 수 있다.
연구팀의 기술은 얇고 유연한 기판에도 적용 가능해 체내 이식용 뇌질환 치료 장치나 웨어러블 의료 장치에 응용 가능할 것으로 기대된다.
남 교수는 “원하는 형태의 열 모양을 손쉽게 어디든지 인쇄할 수 있다는 점에서 공학적으로 폭넓게 활용 가능하다”며 “바이오공학 분야에서 생체기능 조절을 위해 빛과 열을 이용한 다양한 인터페이스 제작에 적용할 수 있고 새로운 위조 방지 기술 등에도 적용 가능할 것이다”고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부의 중견연구자지원사업(도약연구)의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 기술을 통해 제작한 사례들
그림2. 잉크젯 프린팅을 이용한 광열 효과 패턴 방식 및 이를 이용한 뇌신경세포의 선택적 활동 조절 기술
2018.02.27 조회수 15486 -
조영호 교수, 손목시계형 개인별 열적 쾌적감 측정기 개발
〈 조 영 호 교수, 윤 성 현 연구원 〉
우리 대학 바이오및뇌공학과 조영호 교수 연구팀이 손목의 땀을 측정해 인간의 개인별 열적 쾌적감을 측정할 수 있는 손목시계형 쾌적감 측정기를 개발했다.
심재경, 윤성현 연구원의 주도로 개발한 이번 연구 성과는 융합, 과학 분야의 네이처 자매지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 1월 19일자에 게재됐다.
인간이라면 누구나 더위를 느끼면 땀 발생률이 증가하며 추위를 느끼면 땀 발생률이 감소한다. 따라서 동일한 환경에서도 개인별 땀 발생률을 측정하면 개인마다 느끼는 더위와 추위 상태를 판별해 열적 쾌적감을 측정할 수 있다.
일반적인 냉, 난방기는 공기의 습도와 온도를 일정하게 유지하도록 동작하고 있기 때문에 동일한 온도와 습도여도 개인별 체질과 기후환경에 따라 개인마다 느끼는 추위와 더위 상태는 모두 다르다.
기존의 땀 발생률 측정기는 생리학 실험용으로 사용돼 펌프 및 냉각기 등의 큰 크기를 갖는 외부 장치가 필요하다. 피부 미용 용도는 크기가 작지만 장시간의 회복 시간을 필요로 하는 문제점이 있다.
연구팀은 작은 크기를 가지며 인간의 피부에 착용 가능하면서 환기구동기를 집적해 연속적으로 땀 발생률 측정이 가능한 손목시계형 쾌적감 측정기를 개발했다.
연구팀이 개발한 손목시계형 쾌적감 측정기는 인간이 느끼는 더위나 추위의 정도에 따라 땀 발생률이 변화하는 점에 착안해 땀 발생률을 측정해 주어진 환경 내에서 인간의 체감 더위와 추위를 파악할 수 있는 기술이다.
연구팀은 밀폐된 챔버가 피부에 부착됐을 때 습도가 증가하는 비율을 통해 땀 발생률을 측정하는 방식을 이용했다. 이 측정기는 피부에 챔버가 완전히 부착된 후 측정하기 때문에 외부 공기나 인간의 움직임에도 안정적인 땀 발생률 측정이 가능하다.
또한 소형 열공압 구동기를 집적해 챔버를 피부 위로 들어올려 자동 환기가 가능하다.
연구팀의 손목시계형 쾌적감 측정기는 주위의 온도나 습도에 관계없이 인간의 인지기능에 따라 변화하는 땀 발생률을 측정할 수 있어 개인별 맞춤형 냉난방을 실현할 수 있다.
연구팀의 측정기는 직경 35mm, 두께 25mm, 배터리 포함 무게 30g으로 자동 환기기능을 갖추고 있으며 기존 측정기 대비 무게는 절반 이하(47.6%) 47.6%, 소비전력은 12.8%에 불과하다.
6V 소형 손목시계용 배터리로 4시간 동작이 가능하며 사람의 걸음에 해당하는 공기흐름인 0~1.5m/s에서 안정적으로 작동하기 때문에 움직이는 상태에서 성능을 유지하여야 하는 포터블, 웨어러블 기기로 사용가능하다는 장점이 있다.
이를 이용해 연구팀은 실내 또는 자동차 내에서 기존의 냉, 난방기에 비해 훨씬 더 인간과 교감 기능이 뛰어난 새로운 개념의 인지형 냉, 난방기를 제작할 예정이다.
조영호 교수는 “기존 냉난방기는 주변의 온, 습도 기준으로 쾌적감을 판단해 개인적으로 느끼는 쾌적감과 무관하지만 우리가 개발한 쾌적감 측정기는 개인적 쾌적감을 판단할 수 있어 새 개념의 개인맞춤형 지능형 냉, 난방기로 활용 가능하다”며 “나아가 미래사회에서는 인간의 신체적 건강 뿐 아니라 정신적 건강과 감정 상태의 관리가 필요하기에 향후 인간과 기계의 감성 교감을 이룰 수 있을 것이다”고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부의 중견연구자지원사업을 통해 수행됐으며 국내특허로 등록을 완료했다.
□ 그림 설명
그림1. 인간 열적 쾌적감 측정이 가능한 손목시계형 쾌적감 측정기
그림2. 손목시계형 쾌적감 측정기
그림3. 손목시계형 쾌적감 측정기의 동작 원리
2018.02.01 조회수 12478 -
성단근, 조용훈, 조광현 교수, 2018년도 한국과학기술한림원 신입 정회원 선정
〈 성 단 근 교수 〉
〈 조 용 훈 교수 〉
〈 조 광 현 교수 〉
우리 대학 조용훈, 성단근, 조광현 교수가 지난 12일 성남 한림원회관에서 열린 한국과학기술한림원 2018년도 신년하례식에서 정회원에 선출됐다.
올해 선출된 정회원은 총 24명으로 조용훈 교수는 이학부, 성단근, 조광현 교수는 공학부 정회원으로 선정됐다.
조용훈 교수는 고체 상태에서 양자 광학적인 연구를 가능하게 하는 저차원 반도체 기반의 양자 포토닉스 분야를 개척했으며, 국제적으로 이 분야 연구를 선도한 공을 인정받았다.
성단근 교수는 네트워크 프로토콜 및 에너지 ICT와 관련된 다양한 연구를 수행하고, KAIST의 인공위성연구센터를 설립해 우리별 1, 2, 3호를 성공적으로 발사 및 운영하는 데에 크게 기여한 공을 인정받았다.
조광현 교수는 시스템 생물학 분야에서 IT와 BT를 융합한 독창적인 연구를 수행하고 특히 복잡한 생명 시스템에 대한 전자공학적 모델링 및 컴퓨터 시뮬레이션 분석기법을 처음으로 개발하고 이를 복잡한 생명과학문제에 적용하여 우수한 연구 성과를 도출한 공을 인정받았다.
특히 조 교수는 이번에 선출된 2018년도 정회원 중 최연소 교수로서 현재 한림원 정회원 중 유일한 1970년대 생이다.
한국과학기술한림원의 정회원 임기는 만 70세에 도달한 연도 말일까지이면 정원 500명으로 구성됐다.
2018.01.16 조회수 10328 -
조광현 교수, 암세포 유형별 최적 약물표적 발굴기술 개발
〈 최민수 박사, 조광현 교수 〉
우리 대학 바이오및뇌공학과 조광현 교수 연구팀이 암세포의 유형에 따라 최적의 약물 표적을 찾는 기술을 개발했다.
이는 시스템생물학을 이용해 암세포의 유전자변이가 반영된 분자네트워크의 다이나믹스(동역학)를 분석해 약물의 반응을 예측하는 기술로 향후 암 관련 신약 개발에 크게 기여할 것으로 기대된다.
최민수, 시 주 (Shi Jue), 주 양팅 (Zhu Yanting), 양 루젠 (Yang Ruizhen)이 참여한 이번 연구는 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 12월 5일자 온라인 판에 게재됐다.
인간의 암세포는 유전자 돌연변이, 유전체 단위의 반복적 변이 등 여러 형태의 유전자 변이가 있다. 이러한 변이는 같은 암종에서도 암세포에 따라 많은 차이를 보이기 때문에 약물에 대한 반응도 다양하다.
암 연구자들은 암 환자에게서 빈번하게 발견되는 유전자변이를 파악하고 이 중 특정 약물의 지표로 사용될 수 있는 유전자변이를 찾기 위해 노력해 왔다. 이러한 연구는 단일 유전자변이의 발견 또는 유전자네트워크의 구조적 특징 분석에 초점이 맞춰져 있다.
하지만 이러한 접근 방법은 암세포 내 다양한 유전자 및 단백질의 상호작용에 의해 유발되는 암의 생물학적 특성과 이로 인한 약물반응의 차이를 설명하지 못하는 한계가 있다.
암세포의 유전자변이는 해당 유전자 기능 뿐 아니라 이 유전자와 상호작용하는 다른 유전자, 단백질에 영향을 미치기 때문에 결과적으로 분자네트워크의 다이나믹스(동역학) 특성에 변화를 일으킨다.
이로 인해 항암제에 대한 암세포의 반응이 변화하게 된다. 따라서 분자네트워크의 다이나믹스(동역학) 특성을 무시하고 소수의 암 관련 유전자를 표적으로 하는 현재의 치료법은 일부 환자에게만 유용하고 약물저항성을 갖는 대다수 환자에게는 효과적으로 적용되지 못한다.
조 교수 연구팀은 문제 해결을 위해 슈퍼컴퓨팅을 이용한 대규모 컴퓨터시뮬레이션과 세포 실험을 융합해 암세포 분자네트워크의 다이나믹스(동역학) 변화를 분석했다.
이를 통해 약물반응을 예측해 유형별 암세포의 최적 약물 표적을 발굴하는 기술을 개발했다. 이 기술은 대다수 암 발생에 관여하는 것으로 알려진 암 억제 유전자 p53의 분자조절네트워크에 시범적으로 적용됐다.
연구팀은 국제 컨소시엄인 암 세포주 백과사전(CCLE : The Cancer Cell Line Encyclopedia)에 공개된 대규모 암세포 유전체 데이터를 분자네트워크에 반영해 구축했으며 유전변이의 특성에 따라 서로 다른 분자네트워크를 생성했다.
각 분자네트워크에 대해 약물반응을 모사한 섭동분석을 수행해 약물반응을 나타내는 암세포의 변화를 정량화하고 군집화했다. 그 후 컴퓨터시뮬레이션 분석을 통해 효능, 조합에 따른 시너지효과 등 약물반응정도를 예측했다.
이러한 컴퓨터시뮬레이션 결과를 토대로 폐암, 유방암, 골종양, 피부암, 신장암, 난소암 등 다양한 암세포주를 대상으로 약물반응 실험을 수행해 비교 검증했다.
이 기술은 임의의 분자네트워크에 대해서 동일한 방식으로 적용할 수 있고 최적의 약물 표적을 발굴해 개인 맞춤치료에 활용가능하다.
연구팀은 암세포의 이질성에 따른 다양한 약물반응의 원인을 특정 유전자나 단백질뿐만 아니라 상호조절작용을 종합적으로 고려해 분석할 수 있게 됐다고 밝혔다.
또한 약물저항성의 원인을 사전에 예측하고 이를 억제할 수 있는 최적의 약물 표적을 발굴할 수 있게 됐고 기존 약물의 새로운 적용대상을 찾는 약물재창출에 활용될 수 있는 핵심 원천기술을 확보하게 됐다고 말했다.
조 교수는 “암세포별 유전변이는 약물반응 다양성의 원인이지만 지금까지 이에 대한 총체적 분석이 이뤄지지 못했다”며 “시스템생물학을 통해 암세포 유형별 분자네트워크의 약물반응을 시뮬레이션으로 분석해 약물 반응의 근본적 원리를 파악하고 새로운 개념의 최적 약물 타겟을 발굴할 수 있게 됐다”고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 바이오의료기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 컴퓨터시뮬레이션을 통한 암세포 유형별 약물반응 예측 및 세포실험 비교 검증
그림2. 암세포별 분자네트워크의 동역학 분석에 기반한 약물반응 예측 및 군집화
그림3. 세포 분자네트워크 분석에 따른 암세포 유형별 약물타겟 발굴 및 암환자별 맞춤치료 전략 수립
2017.12.07 조회수 17919 -
박제균 교수, 2017 한국바이오칩학회 학술대상 수상
우리 대학 바이오및뇌공학과 박제균 교수가 지난 9일 (사)한국바이오칩학회 주관으로 부산 파라다이스호텔에서 열린 2017년 추계학술대회에서 학술대상을 수상했다.
사단법인 한국바이오칩학회는 바이오칩 기술 발전에 기여하기 위해 2006년 설립된 학술단체로 매년 학술적 성과 및 바이오융합 산업에의 기여도 등을 기반으로 학술대상 수상자를 선정해서 수여하고 있다.
박 교수는 미세유체공학 및 랩온어칩 등 바이오칩 기술을 개발한 업적을 인정받았다.
박 교수는 관련 분야 최고의 국제학술지인 바이오센서와 바이오전자(Biosensors and Bioelectronics), 랩온어칩(Lab on a Chip) 등의 국제저널 편집위원 활동 및 마이크로타스(μTAS) 2015 국제학술대회장을 역임했다.
2017.11.20 조회수 8774 -
조광현 교수, 대장암 유발하는 돌연변이 유전자의 네트워크 원리 규명
〈 왼쪽위부터 시계방향으로 이종훈 박사과정, 공정렬 박사과정, 조광현 교수, 신동관 연구교수 〉
우리 대학 바이오및뇌공학과 조광현 교수 연구팀이 대장암이 발병하는 과정에서 생기는 유전자 네트워크의 원리를 규명하는 데 성공했다.
이를 통해 대장암의 근본적인 발병 원리를 밝혀낼 뿐 아니라 향후 새로운 개념의 효과적인 항암제의 분자표적을 찾는데 활용될 것으로 기대된다. 또한 4차 산업혁명의 핵심 기술로 주목받는 IT와 BT의 융합연구인 시스템생물학 연구로 규명해냈다는 의의를 갖는다.
신동관 박사, 이종훈, 공정렬 학생연구원 등이 함께 참여한 이번 연구는 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 2일자 온라인 판에 게재됐다.
인간의 암은 유전자 돌연변이에 의해 발생한다. 이 돌연변이의 빈도는 암종에 따라 차이가 나는데 백혈병, 소아암은 10여 개 정도이지만 성인 고형암은 평균 50여 개, 폐암 등의 외부인자로 인한 경우는 수백 개에 이른다.
전 세계 암연구자들은 암 치료를 위해 환자들에게서 빈번하게 발견되는 유전자 돌연변이들을 파악하고 이 중 주요 암 유발 유전자를 찾아내 표적 항암제를 개발하고자 노력했다.
그러나 유전자 돌연변이는 해당 유전자의 기능에만 영향을 주는 게 아니라 그 유전자와 상호작용하는 다른 유전자에게도 영향을 끼친다. 따라서 이러한 유전자 네트워크의 원리를 모른 채 소수의 암 유발 유전자를 대상으로 하는 현재의 치료법은 일부에게만 효과가 있고 쉽게 약물의 내성을 일으키는 한계가 있다.
조 교수 연구팀은 대장암 환자의 대규모 유전체 데이터를 이용해 유전자 상호작용 네트워크에서 나타나는 다중 돌연변이의 협력적 효과에 대한 수학모형을 구축했다.
이는 국제 암유전체컨소시엄에서 발표한 전암 유전체데이터베이스(TCGA: The Cancer Genome Atlas)를 토대로 구축한 것으로, 유전자 네트워크에서 나타나는 돌연변이의 영향력을 정량화하고 이를 이용해 대장암 환자 군을 임상 특징에 따라 군집화 하는데 성공했다.
또한 대규모 컴퓨터 시뮬레이션 분석을 통해 암 발생 과정에서 나타나는 임계전이(critical transition) 현상을 밝혀내 숨겨진 유전자 네트워크의 원리를 최초로 규명했다.
임계전이란 상전이와 같이 물질의 상태가 갑작스럽게 변화하는 현상을 말한다. 암 발생 과정에서는 유전자 돌연변이의 발생 순서를 추적하기 어렵기 때문에 전이 현상이 존재하는지 확인할 수 없었다.
연구팀은 시스템생물학 기반의 연구방법을 이용해 확인한 결과 기존의 대장암에서 잘 알려진 암 유발 유전자 돌연변이의 발생 순서를 따르는 경우에 임계전이 현상을 보임을 발견했다.
이번에 개발한 수학모형을 활용하면 암환자에게 발생하는 다수 유전자 돌연변이의 영향을 가장 효과적으로 저해할 수 있는 새로운 항암 표적 약물이 개발될 것으로 기대된다.
특히 주요 암 유발 유전자 뿐 아니라 돌연변이의 영향을 받는 다른 모든 유전자들을 대상으로 종합적으로 평가해 효과적인 약물 표적을 찾아낼 수 있다.
조 교수는 “지금껏 다수 유전자들의 돌연변이가 암 발생에 어떻게 기여하는지 밝혀진 바가 없었다”며 “이번 연구에서는 시스템생물학으로 암세포의 발달과정에서 유전자 네트워크의 원리를 최초로 밝힘으로써 새로운 차원의 항암제 표적을 발굴할 수 있는 가능성을 제시했다”고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 바이오의료기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 유전자 돌연변이의 영향력 전파에 의한 거대 클러스터의 형성
그림2. 암발생 과정에서 돌연변이 협력효과의 임계전이 현상
2017.11.07 조회수 18251 -
Open KAIST 2017 행사, 11월 2일~3일 대전 본원에서 개최
우리대학은 청소년과 일반인들이 세계적인 연구성과물을 쏟아내고 있는 교내 연구·실험실 및 연구센터 등 연구현장을 둘러보고 또 각종 연구성과를 직접 보고 체험할 수 있는 ‘OPEN KAIST 2017’행사를 11월 2일과 3일 이틀간 대전 본원 캠퍼스에서 개최한다. 2001년에 시작돼 올해로 9회째를 맞는 ‘OPEN KAIST’는 교내행사로는 가장 큰 규모로 열리는 우리대학의 가장 대표적인 과학문화 대중화 행사인데 공과대학(학장 김종환 교수·전기및전자공학과)이 주관해 2년마다 개최한다.
이 행사는 특히 일반인에게 과학에 대한 다채로운 과학관련 프로그램 운영을 통해 과학에 대한 궁금증을 풀어주고 미래 한국의 과학기술을 이끌어 갈 청소년들에게는 과학에 대한 꿈과 희망을 키워주는 체험프로그램이다. 다양한 전시물과 프로그램 운영으로 입소문이 나면서 행사 때마다 1만 명 이상의 학생과 일반인이 우리대학을 방문할 정도로 인기를 끌고 있다.
올 행사에는 기계공학과·항공우주공학과·문화기술대학원·전기및전자공학부·전산학부·신소재공학과 등 20개 학과와 인공위성연구소·헬스사이언스연구소·IT융합연구소 등 3개 연구센터, 홍보실 등이 참여한다. 지난 2015년 8회 행사 때보다 참여 학과 및 부서는 4개, 운영 프로그램 수는 6개가 각각 더 늘었다. 이들 학과 및 연구센터는 행사기간 중 ▲연구실 투어 ▲연구성과 전시회 ▲학과소개 ▲특별강연 등 4개 분야에서 총 70개 프로그램을 운영한다.
이번 행사에서 가장 관심을 끌 것으로 기대되는 프로그램은 공과대학이 2일~3일 이틀간 주관, 선보이는 ‘AI 월드컵 2017’ 시범경기다. 올 12월 예정인 ‘AI 월드컵 2017’ 본선을 앞두고 열리는 시범경기는 AI 월드컵 구현방법을 디스플레이 형태로 시연함으로써 참가자들이 보다 직관적으로 이해할 수 있도록 도움을 주고자 마련됐다. ‘AI 월드컵 2017’은 우리대학이 구기 종목 중 인공지능을 채택해서 세계 최초로 여는 공식 축구대회다. Q-Learning을 포함한 AI기술을 기반으로 각 팀당 5대의 학습된 가상의 선수로봇이 참가자의 조작 없이 상대팀 골대에 골을 넣어 득점하는 경기방식으로 치러진다. 참가자가 코딩해서 대회용 서버(Server)에 업로드하면 자동으로 매칭(Matching)을 통해 다른 팀과 경기를 대결하는 롤링 업데이트(Rolling Update)형 풀리그(Full League) 방식으로 진행된다. 11월 1일부터 24일까지 예선기간 동안 누적 경기실적에서 고득점을 획득한 상위 팀끼리 12월 1일 우리대학 본원캠퍼스 KI빌딩에서 결승전을 치룰 예정이다.
다양한 연구실 투어프로그램도 눈길을 끄는데 기계공학과 이두용 교수의‘로봇 및 시뮬레이션 연구실’에서는 의료용 시뮬레이션을 직접 체험할 수 있다. 의료용 시뮬레이션은 의료시술을 훈련하거나 계획하기 위해 실제 시술을 가상환경에서 사실적으로 재현하는 기술이다. 특정 시술에 대한 경험이 부족한 의사들은 훈련용 시뮬레이션을 통해 가상으로 시술을 경험함으로써 숙련도를 높일 수 있고 계획용 시뮬레이션을 이용해서는 시술계획을 사전에 평가·개선할 수 있기 때문에 실제 시술 시 성공률을 높일 수 있다.
항공우주공학과 이정률 교수 연구실은 인공지능 기술을 촬영용 드론이나 RC 자동차 등에 적용해 비행기의 외관 손상을 찾는 방법 등에 대해 소개한다. 또 권세진 교수 로켓연구실에서는 이 연구실에서 직접 제작·발사한 과학로켓(SNUKA Ⅰ&Ⅱ)을 구경하고 설명을 들을 수 있다. 전기및전자공학부 최정우 교수 연구실에서는 열을 이용해서 공기를 압축하고 팽창시켜 소리를 생성하고 음악을 재생하는 신소재 그래핀을 이용한 열 음향 스피커를 시연한다. 이와 함께 건설및환경공학과 김아영 교수 연구실은 도심환경의 정밀한 3차원 맵핑(Mapping)과 관련한 다양한 연구를 수행하고 있는데 이 연구실에서 직접 제작한 모바일 매핑 시스템을 보여주면서 설명과 함께 어떻게 이 맵이 만들어지는지를 실시간으로 보여준다. 모바일 매핑 시스템은 레이저 스캐너·카메라·관성센서·GPS 등 여러 센서를 차량에 장착한 이동형 측량시스템인데 측량이 필요한 곳으로 차량을 이동시키면서 데이터를 획득하고 획득한 데이터를 기반으로 점군 기반의 정밀한 3차원 맵을 생성할 수 있다.
우리대학의 최신 연구성과물도 전시된다. 바이오및뇌공학과는 혈중 암세포 선별 및 분석시스템과 인간감정 모니터링시스템을, 그리고 헤드셋 형태의 뇌파 기기를 머리에 쓰고 상상을 통해 외부기기를 조작하는 뇌·기계 인터페이스 기술을 시연한다. 이도헌 교수가 운영하는 유전자 동의보감사업단에서는 인공지능 가상인체를 이용한 식·약품 발굴기술 등을 전시한다. 산업및시스템공학과는 수학적 모델링·최적화·인공지능 알고리즘이 제조공정에서 어떻게 활용되는지를 보여주는 ‘레고 스마트 제조시스템’, 공정 및 제품 공급현황에 따라 최적화한 건설 및 조선공정을 제시하는 ‘제조 AR/VR 시스템’등 첨단 제조기술을 소개한다. 또 IoT 및 인터넷을 통해 수집한 빅데이터를 산업의 수요에 맞도록 분석해주는 ‘데이터 분석기술’과 ICT 기술과 인문사회과학 이론을 융합해 스마트폰 중독에 대응하기 위해 만든‘스마트폰 중독 자동 판별시스템’등 인간공학 기술도 함께 보여준다.
이밖에 조천식녹색교통대학원은 정지동작과 이동 동작이 가능한 수직 이·착륙 소형 항공기 형태의 드론을 시연한다. 문화기술대학원 비주얼미디어연구실이 보여주는 연구성과물은 광학식 마커와 적외선 카메라를 활용해 사람·동물의 동작을 3D 공간상에 기록하는 모션 캡처시스템과 획득한 동작 데이터를 임의의 3D 캐릭터에 입히는 실시간 리타게팅이다. 관람객들은 이밖에 문화기술대학원이 세계 최초로 자체개발에 성공한 미래형 상영기술인 스크린X와 증강현실 기반의 유적지 스마트 투어시스템 등을 전시하고 체험할 수 있어 융·복합화 연구중심의 과학기술 발전추세를 한눈에 느낄 수 있다.
다양한 주제와 내용으로 꾸며진 특별강연 프로그램도 눈에 띤다. 전산학부 김주호 교수는‘인간 컴퓨터 상호작용(HCI: Human Computer Interaction)’을 주제로 HCI 분야에 대한 소개와 집단지성으로 복잡한 문제를 풀어가는 크라우딩 기법을 소개할 예정이다. 산업및시스템공학과 이태식 교수와 문일철 교수는 각각 ‘세상 속 산업공학’과 ‘인공지능과 산업공학’을 주제로 일반인의 눈높이에 맞춰 산업공학 개론을 들려준다. 또 수리과학과는 ‘수학과 생물학의 아름다운 만남’이라는 주제로 세상에서 존재하는 가장 복잡한 시스템인 생명현상을 이해하는데 최근 수학이 활발히 사용되는 추이를 반영해 소위 생물학의 6번째 혁명이라 불리는 ‘수리 생물학’에 관해 소개와 함께 고등학교에서 배우는 미·적분을 이용해서 다양한 생명현상과 관련한 퍼즐을 풀어보는 시간을 갖는다.
이밖에 학교 홍보관에서 열리는 댄싱로봇 공연을 비롯해 KI빌딩 1층 로비에 설치된 Dr.M 쇼룸에서는 모바일 헬스케어 기술과 이를 융합한 가상의 미래 스마트 홈·병원을 체험할 수 있다. KI빌딩 3층에서는 1인 가구기반의 미래형 주거(스마트 홈) 공간상의 증강현실 서비스 제공 응용시나리오를 시연하는 등 다양하고 풍부한 볼거리가 준비돼 있어 관람객들은 과학기술에 대한 흥미와 감동을 현장에서 보다 생생하게 느낄 수 있다.
김종환 공과대학장은 “OPEN KAIST는 국민들이 실제 연구가 이뤄지는 KAIST의 연구현장을 직접 보고 체험할 수 있는 유일한 기회”라며 “KAIST는 앞으로 인류사회 발전에 기여하는 연구와 창의적·선도형 융합연구에 역량을 집중해 4차 산업혁명 시대를 선도하는 대학으로 국민들에게 더 가까이 다가설 것”이라고 강조했다.
한편 ‘OPEN KAIST 2017’ 행사기간 중 관람을 원하는 사람들은 별도의 신청절차 없이 당일 안내소에서 배포하는 안내책자를 이용해 본인이 희망하는 프로그램을 선택해서 자율적으로 관람할 수 있다. 행사에 대한 세부적인 프로그램과 일정은 관련 홈페이지(openkaist.ac.kr)를 통해 확인이 가능하다. 행사문의는 공과대학 교학팀(042-350-2491~4).
2017.10.23 조회수 24505 -
빅 데이터 융합연구 워크숍 개최
우리대학 연구처(처장 김정호 교수, 전기및전자공학부)와 연구기획센터가 공동으로 20일 오전 10시 30분부터 대전 본원 교육지원동(W8) 1층 대회의실에서 ‘빅 데이터 융합연구’를 주제로 워크숍을 개최한다. 교수와 연구원, 학생 등 KAIST 구성원을 대상으로 진행되는 이번 워크숍은 교수 등 학내 연구자들이 모여 교통·문화·정보보안·헬스 케어·도시 등 다양한 분야에서 생산되는 방대한 데이터를 활용한 연구 결과를 공유하고 관련 정보를 서로 교류할 수 있는 기회를 갖고자 마련됐다.
특히 빅 데이터를 활용한 실질적 연구 사례를 중심으로 한 3개의 큰 주제를 정해 프로그램을 구성했기 때문에 평소 빅 데이터 활용에 관심 있는 연구자들에게는 좋은 기회가 될 것으로 학교 측은 기대하고 있다.
‘데이터 의사결정’을 주제로 10시50분부터 시작되는 제1 세션에서는 맹성현 교수(전산학부)가 ▲인간의 경험지식 마이닝을 주제로, 이문용 교수(산업및시스템공학과)가 ▲실거래가 데이터 기반의 부동산 가치산정 모델링을, 그리고 전기및전자공학부 신승원 교수가 ▲다크웹 빅 데이터 분석: 타크웹은 어떻게 범죄에 이용되는가를 주제로 각각 강연을 진행한다.
13시10분부터 시작하는 제2 세션의 주제는 ‘미래의 도시’인데 정하웅 교수(물리학과)가 ▲도시속의 빅 데이터와 네트워크를 주제로 발표한다. 이어 박주용 교수(문화기술대학원)는 ▲문화 데이터와 복잡성의 과학이라는 주제로, 윤윤진 교수(건설및환경공학과)는 ▲빅 데이터와 교통시스템이란 주제로, 이재길 교수(산업및시스템공학과) 교수가 ▲이동경로 빅 데이터를 통한 인간행동 이해 및 예측이라는 주제로 제2 세션의 강연자로 나선다.
‘새로운 수단’이라는 주제로 진행되는 제3 세션은 ▲빅 데이터 분석을 통한 자동화된 이동통신 성능 분석(김용대 교수·전기및전자공학부) ▲새로운 RNA 규명을 위한 빅 데이터 생산 기술(김유식 교수·생명화학공학과) ▲시스템 기술관점에서의 클라우드 컴퓨팅의 진화(허재혁 교수·전산학부) ▲가상인체 CODA를 이용한 신약개발(이도헌 교수·바이오및뇌공학과)에 관한 연구결과를 발표하는 순으로 워크숍이 진행된다.
이번 워크숍을 주관하는 김정호 연구처장은 “4차 산업혁명의 기초는 빅 데이터의 확보와 활용에 있다 말해도 과언은 아니다”라고 말하고 “세계 각국과 기업은 빅 데이터를 인공지능으로 처리하는 플랫폼 확보와 함께 이를 기반으로 새로운 가치창출은 물론 자원(자본)·노동·시간 등 생산에 들어가는 각종 요소의 절감을 통해 글로벌 경쟁력을 확보해야만 생존이 가능할 것”이라고 강조했다.
2017.09.18 조회수 15731 -
제4차 산업혁명 핵심 특허기술설명회, 12일 코엑스에서 개최
우리대학이 오는 9월 12일 오후 1시부터 서울 삼성동 코엑스(317~318호)에서 기술보증기금(이사장 김규옥)과‘2017 KAIST 4차 산업혁명 핵심 특허기술’ 설명회를 공동 개최한다. 이번 설명회는 우리대학이 직접 연구·개발을 통해 보유하고 있는 우수한 특허기술 중에서도 4차 산업혁명을 이끌어 나갈 10개 핵심 특허기술에 대한 소개와 함께 국내·외 기업을 대상으로 사업화를 위한 기술이전 등에 관한 상호 협력방안을 논의하기 위해 마련됐다.
우리대학은 올 상반기 중 내부교수들을 대상으로 공모를 진행한 후 접수된 특허기술 중 학과장 및 변리사·벤처 투자자·사업화 전문가 등 10명 내외로 ‘평가·선정위원단’을 구성해 당장 사업화 가능성이 높은 기술 위주로 ‘2017 KAIST 4차 산업혁명 핵심 특허기술’을 선정하고 지난 달 23일 결과를 발표했다.
우리대학이 발표한 ‘2017 KAIST 4차 산업혁명 핵심 특허기술’은 ▲고 정확도 사물인터넷(IoT) 나노섬유 가스센서(김일두 교수) ▲빅데이터와 인체네트워크 시뮬레이션을 이용한 최적의 항암치료 기술(조광현 교수) ▲고 신축성 웨어러블 사물인터넷(IoT) 스트레인 센서(박오옥 교수) ▲칩 앤 플래쉬(Chip & Flash) 메모리 데이터 보안기술(최양규 교수) ▲뇌 영상 바이오 헬스케어 장치(배현민 교수) 등이다. 이밖에 ▲사용자의 감정에 따라 감성서비스를 제공하는 디지털 생명체 기술(김종환 교수) ▲스마트 팩토리 구현을 위한 레이저-통합 정밀계측시스템 기술(김승우 교수) ▲실내·외 이동로봇의 자율주행을 위한 위치인식 및 맵 작성 기술(명현 교수) ▲5G 통신 및 레이더용 빔포밍 IC 최적화 기술(홍성철 교수) ▲패턴/편파 빔포밍 기반 5G 이동통신 용량증대 기술(조동호 교수)도 10대 핵심기술로 뽑혔다.
기술사업화센터 관계자는 “ICT·무인운송수단·인공지능·로봇공학·사물인터넷(IoT)·나노기술·빅데이터 분석 등 4차 산업혁명을 주도하는 파급효과가 크고 당장 사업화 가능성이 높은 기술 위주로 향후 다양한 분야로의 응용가능성과 시장규모·기술적인 혁신성 등을 감안해 선정했다”고 선정기준을 밝혔다.
이번 설명회는 최경철 산학협력단장 사회로 신성철 총장의 개회사와 김규옥 기술보증기금 이사장의 격려사 순으로 진행되는데 우리대학 총동문회장인 고정식 前 특허청장이 특별 초청돼 ‘지식재산 전쟁시대 – 우리는 어떻게 승자가 될 것인가’라는 주제로 강연을 한다. 이어 김일두 교수(신소재공학과) 등 연구자인 교수 10명 모두가 직접 참석해 자신이 개발한 특허기술별로 개요 및 특·장점, 적용분야 등에 관해 15분씩 설명하는 시간을 갖는다. 이밖에 기술사업화센터에서는 설명회 직후 KAIST 기술을 필요로 하는 기업과의 직접 상담을 통해 기술이전 기회를 확대시킬 수 있도록 ‘U2B 기술이전 상담’시간도 마련했다.
신성철 총장은 “우리나라 4차 산업혁명을 주도하고 있는 KAIST의 우수한 기술력을 외부에 공개하고 또 기술이전을 통해 기술사업화 활성화에 기여하고자 한다”며 이번 설명회 개최에 대한 의미를 부여했다. 신 총장은 또 “10대 핵심 특허기술에 대한 기술이전 마케팅을 적극 추진해서 대학의 연구가 경제적 가치창출로 직결되는 기술사업화 혁신의 성공신화를 KAIST가 만들어 갈 것”이라고 포부를 밝혔다. 신 총장은 이어 “아직 발굴되지 않은 핵심 특허기술은 물론 사업추진과 관련한 각종 아이디어 등의 지속적인 발굴노력을 통해 기술사업화 혁신을 적극 권장하고 추진해 나갈 것”이라고 강조했다.
이번 설명회에 참가 또는 상담을 위한 신청접수는 관련 홈페이지( http://tech4.kaist.ac.kr )를 이용하면 된다.
문의 042-350-4791.
2017.09.04 조회수 18715 -
조광현 교수, 간암 표적 치료제 내성 극복 위한 최적 약물조합 발견
〈 조 광 현 교수 〉
우리 대학 바이오및뇌공학과 조광현 교수 연구팀이 간암 약물 치료의 효과를 높이는 새로운 방법을 찾아냈다. 특히 이번 연구는 바이오분야의 4차 산업혁명을 견인하고 있는 IT와 BT의 융합연구인 시스템생물학(Systems Biology) 연구로 이뤄졌다.
서울대병원 내과 윤정환 교수팀과 공동연구를 통해 이루어낸 이번 연구 결과는 국제 간 전문지인 헤파톨로지(Hepatology)에 게재됐다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 바이오의료기술개발사업과 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
간암은 전 세계적으로 남성에게는 다섯 번째, 여성에게는 일곱 번째로 발생률이 높은 암이며 암 사망원인의 두 번째를 차지한다. 특히 우리나라의 간암 사망률은 인구 10만 명 당 28.4명으로 경제협력개발기구(OECD) 국가 중 압도적인 1위이며 2위인 일본의 2배에 이르고 있다.
우리나라에서만 간암 환자가 매년 평균 1만 6000명이 새로 발생하고 있지만 5년 생존율이 12%에 미치지 못한다. 국가암정보센터에 따르면 지난해 암으로 사망한 사람 가운데 폐암이 1만 7399명으로 가장 많았고 간암은 1만 1311명으로 그 뒤를 이었다.
간암은 우리나라의 암 가운데 사회적 비용이 1위인 암이다. 그 이유는 다른 암에 비해 사망자가 많고 더 젊은 나이(40, 50대)에 사망하기 때문이다. 이에 부작용이 적고 생존율을 높여줄 수 있는 새로운 치료법 개발이 시급한 실정이다.
간암의 치료로는 수술 및 색전술, 약물 치료가 있지만 수술이 어려운 진행성 간암에서는 치료 방법이 극히 제한적이다.
진행성 간암의 표적 항암제로 소라페닙(Sorafenib)이 유일하게 승인돼 임상에서 쓰이고 있는데 국내에서만 매년 200억 원 이상 처방되고 있지만 일부 환자에서만 효능을 나타내며 또한 대부분의 경우 약제 내성이 발생한다.
소라페닙은 말기 간암 환자의 생존 기간을 약 3개월 정도 밖에 늘리지 못하지만 다국적 제약회사에 의해 개발된 많은 후발주자 약물들이 그 효과를 뛰어 넘는데 실패했다.
소라페닙은 다중타겟을 치료표적으로 하여 그 작용 기전이 모호하고 따라서 약제의 내성기전 또한 아직 잘 알려져 있지 않다.
조광현 교수가 이끈 융합 연구팀은 소라페닙 작용 및 내성 기전을 규명하기 위해 소라페닙을 간암 세포에 처리하였을 때 세포내 분자 발현이 변화하는 것을 분석했다.
이를 통해 암세포가 소라페닙에 대항하는 기전을 알아냈고 시스템생물학적 분석을 실시하여 암세포내 단백질 이황화 이성질화 효소(protein disulfide isomerase, PDI)가 암세포가 소라페닙에 대항하는데 핵심적 역할을 하는 것을 발견했으며 이 효소를 차단했을 때 소라페닙의 효능이 훨씬 증가함을 관찰했다.
공동연구를 수행한 서울대병원 내과 윤정환 교수 연구팀은 쥐를 이용한 동물실험에서 소라페닙과 단백질 이황화 이성질화 효소 차단제를 같이 처리하면 간암 증식 억제에 시너지가 있음을 관찰하였고 소라페닙에 저항성을 가진 간암 환자의 조직에서 이 효소가 증가되어 있음을 관찰하여, 향후 임상 적용을 위한 가능성을 확인하였다.
조광현 교수는 “세포내 중요한 역할을 담당하는 분자들은 대부분 복잡한 조절관계 속에 놓여있기 때문에 기존의 직관적인 생물학 연구로 그 원리를 밝히는 것은 근본적인 한계가 있다. 이번 연구는 IT와 BT의 융합연구인 시스템생물학으로 그 한계를 극복할 수 있음을 보여주는 대표적인 사례로, 특히 암에 대한 표적 치료제 작용을 네트워크 차원에서 분석하여 내성을 극복할 수 있는 새로운 치료법을 개발할 수 있는 가능성을 제시하였다”고 말했다.
□ 사진 설명
사진1. 간암세포를 이용한 세포실험을 이용해 시뮬레이션 결과를 확인
사진2. 구축된 ER stress 네트워크를 이용한 네트워크 분석 및 컴퓨터 시뮬레이션 결과
사진3. 간암 세포가 소라페닙에 반응할 때 전사체 변화를 분석하여 ER stress 반응이 주요하게 나타남을 발견하게 된 ER stress 네트워크 모델
2017.08.24 조회수 16490