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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
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과학기술정책대학원, 동아시아연구중심대학 R&D 정책 워크숍 개최
우리 대학 과학기술정책대학원은 '불평등 시대 포용적 성장을 위한 책임있는 과학기술혁신'이라는 주제로 지난 3, 4일 '동아시아연구중심대학(AEARU) R&D 정책 워크숍'을 개최했다.
KAIST, 서울대, 북경대, 홍콩과기대, 교토대, 오사카대, 동경공업대(TiTech) 등 동아시아 유수 대학 20명의 대학원생이 참가한 동 워크샵에서는 일본 정부의 신성장 정책, 중국의 도시-농촌 이주 문제로 인한 불평등 문제, 저개발국의 ICT를 활용한 포용적 금융 혁신, 기회 균등과 교육 혁신 정책 등 최근 아시아 지역의 급증하는 빈부격차와 불평등 문제에 당면해 과학기술이 추구해야할 가치와 연구개발 전략에 대한 발표와 열띤
토론이 이뤄졌다.
특히 올해 참가한 대학원생들은 정책학, 경제학, 교육학 등 인문사회과학과 기계공학, 재료공학, 건축학, 농업학 등 이공학 다양한 분야 전공자로 구성되어, 로봇/AI/빅데이터/블록체인 등 4차 산업혁명 핵심 기술 개발에 있어 책임있는 혁신(responsible innovation)에 관해 다학제적으로 풍성한 논의를 펼쳤다.
또한 이틀간 일정 중 우리나라 최초의 정부출연연구소인 한국과학기술연구원(KIST)과 우리나라의 대표적 과학기술정책 연구기관인 과학기술정책연구원(STEPI)을 방문하여 한국의 과학기술 기반 근대화 경험을 소개받고 최근 한국을 비롯한 동아시아 주요국의 과학기술정책 이슈에 대한 토론을 벌였다.
과학기술정책대학원은 앞으로도 동아시아 유수 대학의 대학원생을 초청하여 4차 산업혁명 시대 포용적 혁신을 위한 동아시아연구중심대학의 연구개발정책에 관한 워크샵을 정기적으로 개최하고, 관련 정책 개발 및 학생교류 활동을 지속해나갈 예정이다.
2017.11.07
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이주용 교수, 2017 국가연구개발 우수성과 100선 선정
〈 이 주 용 연구교수 〉
우리 대학 IT융합연구소 이주용 연구교수의 ‘LTE-A 기반 단일 RF(Radio Frequency) 다중 스트림 지원 소형 기지국 기술’ 연구과제가 2017년 국가연구개발 우수성과 100선에 선정됐다.
전기및전자공학부의 조동호 교수, 홍성철 교수, 이용훈 교수 등이 함께 참여한 본 연구과제에서는 새로운 구조의 안테나 및 RF 구조를 제안하여 LTE-A 4×4 다중입출력을 지원하는 300 Mbps급 저전력, 저복잡도, 광대역 소형 기지국 기술을 개발했다.
기존 헤테로다인 방식의 통신 시스템은 중간주파수, 디지털 아날로그 변환기, 주파수 변환기, 필터 등의 주변 회로들로 인해 단가 상승 및 시스템의 복잡도가 증가하는 문제가 있다.
그러나 이 교수는 이번 연구과제에서 임피던스 로딩 기반 RF칩을 통해 기저 대역 신호를 RF단에서 직접 변조함으로써 저전력, 저복잡도를 만족하면서도 광대역을 지원할 수 있도록 설계해 4세대 이동통신은 물론 5세대 이동통신에도 적용 가능한 RF 원천 기술을 개발했다.
이번 연구에서 개발한 소형 기지국 기술은 현재까지 개발된 스몰셀 기지국보다 작은 크기로 구현이 돼 친환경적인 설치 환경을 제공하고 있다. 또한 소모 전력이 상당히 감소되면서도 고용량 서비스를 제공하기 때문에 5세대 이동통신 시장에 크게 기여할 수 있다.
이 교수는 “5세대 이동통신을 기반으로 하는 콘텐츠 사업자, 단말 제조사, 이동통신 사업자 등은 광대역, 다중 대역 등의 다기능 서비스를 제공할 수 있기 때문에 신규 시장과 일자리 창출에 기여할 것이다”며 “언제 어디서나 저전력, 고용량 서비스 제공이 가능하여 국가 경쟁력 향상에 기여할 뿐 아니라, 차세대 이동통신 시스템 구축에 사용되는 비용을 절감할 수 있어 이동통신 인프라 확산을 통한 정보 통신 서비스 확산 및 도서 지역 인프라 확장에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.”고 말했다.
2017.11.03
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KAIST 국제개발협력센터, 도미니카 공화국 과학기술계 주요인사 대상 '산학협력 활성화' 초청연수 프로그램 진행
우리대학과 정부 무상원조 전담기관인 KOICA(한국국제협력단·코이카)가 공공협력 사업으로 진행 중인 도미니카 공화국 과학기술 인력양성 사업인 ‘산학협력 활성화 초청연수’프로그램이 서울과 대전에서 진행 중이다.
우리대학 국제개발협력센터(센터장 김원준 교수·기술경영학부)에 따르면 도미니카 공화국 고등교육과학부(MESCYT) 차관보 및 주요 공과대학장을 포함한 과학기술계 주요인사 20명을 초청, 지난 10월 23일부터 오는 11월 3일까지 대전 본원과 서울소재 산학협력 유관기관에서 전문가 강의 및 산학협력 우수 기업체 현장방문 위주로 연수프로그램을 진행하고 있다.
이번 초청연수는 과학기술 고등인력 양성과 산학협력 연구개발에 관한 지식 및 유관기관과 기업 간 운영 노하우를 습득하고 이러한 지식을 도미니카 공화국에 적용하기 위한 구체적인 액션플랜을 수립함으로써 복귀 후 산학협력 정책을 효과적으로 수립, 수행하는데 도움을 주기 위해 마련됐다. 특히 국내산업 발전에 기여한 과학기술분야 고급인력 양성의 산실인 우리대학이 지닌 산학협력 연구개발 시스템에 대한 노하우 및 경험을 전수해 도미니카 공화국의 고등교육 인력을 양성하는데 도움을 주기 위한 것도 이번 초청연수를 진행하는 이유다.
페드로 에두아르도(Pedro Antonio Eduardo) 고등교육과학부 차관보는 “수준 높은 전문가들로부터 한국의 과학기술분야 발전과 산학협력 연구개발 및 고등 과학기술 인력양성에 대한 경험을 직접 전해 듣고 또 이를 상호 공유함으로써 산학협력과 고등 인력양성에 대한 이해를 높일 수 있는 좋은 기회였다”고 말했다. 그는 또 “이 연수프로그램이 수준 높은 과학기술을 보유한 한국기업의 도미니카공화국 진출이나 과학기술 고등인력 양성에 대한 양국 간 구체적인 협력을 위한 논의의 장으로 확대, 발전되기를 바란다”고 강조했다.
그는 이와 함께 “한국의 발전모델은 여러모로 중요한 요소가 많아 평소 알고 싶었던 게 많았는데, 이번 연수를 계기로 한국의 과학기술분야가 발전하게 된 원동력과 이공계 인력양성이 향후 도미니카공화국의 산업을 발전시키는데 매우 중요한 요소가 될 것이라는 교훈을 많이 얻었다”며 매우 흡족해 했다.
한편 도미니카 공화국 과학기술 인력양성 사업은 개발도상국인 도미니카 공화국의 과학기술 연구개발 활동을 촉진시키는 한편 고등 인력교육 담당교원의 전문성을 향상시킴으로써 산학협력 활성화를 도모하기 위해 정부개발원조(ODA) 프로젝트의 일환으로 진행 중인데 작년 상반기부터 2019년 하반기까지 운영될 계획이다.
2017.10.30
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공동구 연구단-종로구청, 도심지 Life-Line 및 공동구 연구 정보교류 업무협약
사진설명 : 조계춘 공동구 연구단장(건설및환경공학과 교수)과 김영종 서울 종로구청장이 18일 도심지 Life-Line 및 공동구에 대한 연구와 정보교류 등 상호협력에 관한 MOU를 체결한 후 악수를 교환하고 있다.
국토교통부 건설기술연구개발사업의 일환인 ‘도심지 소단면 터널식 공동구 설계 및 시공 핵심기술 개발’을 목표로 연구를 수행 중인 우리대학 공동구 연구단(단장 조계춘·건설및환경공학과 교수)과 서울특별시 종로구(구청장 김영종)가 지난 18일 기술개발 및 기술의 실용화를 위한 포괄적 업무협약을 체결했다.
공동구란 도시계획시설의 하나로 전기, 가스, 수도, 통신시설 등을 지중 공동수용함으로써 도시미관, 도로구조 보전, 교통의 원활한 소통, 효율적인 안전·유지관리 등을 위해 지하에 설치하는 시설물을 의미한다. 현대 도시사회에서 ‘혈관’과 같은 역할을 하고 있는 공동구는 도심지 인구증가, 지상 시설물혼잡, 도로면적 한계 등으로 점차 그 수요가 급증하고 있다.
종로구청과의 이번 MOU체결은 우리대학을 포함해 27개 국내 최고 연구기관들로 구성된 연구진(KAIST, 한국전력공사 전력연구원, 한국건설기술연구원, LH 토지주택연구원 등 기업, 연구소 및 학교 등)이 세계 최고수준의 도심지 소단면(Φ3.5 m급) 터널식 공동구의 설계 및 시공 핵심기술을 개발하고, 종로구청에서 신기술을 시범사업에 적용할 수 있는 테스트베드를 확보해 적극 활용함으로써 기술의 실용화를 촉진시킬 계획이며, 이를 통해 세계시장에서 기술경쟁력을 확보해 나갈 방침이다.
협약체결의 주요내용은 △공동구의 안전과 건설, 유지관리 등에 관한 정책, 기술 및 정보교류 △기술발전을 위한 공동이슈의 발굴 및 개선 △공동구 연구관련 기술자문 지원 △기술교류 협력을 위한 공동세미나 개최 △기타 시설물 건설, 안전 및 유지관리 기술발전에 필요한 사업 등이다.
2017.08.29
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이동만 교수, 빅데이터로 SNS 분석해 맞춤형 장소 제공 기술 개발
<좌측부터 전산학부 이동만 교수, 신병헌 박사과정 학생, 최인경 박사과정 학생>
전산학부 이동만 교수 연구팀이 소셜 네트워크 서비스(SNS)의 사진과 글을 기반으로 장소의 특성을 분석해 사용자에게 맞춤형 장소를 제공하는 기술을 개발했다. 이 기술은 현재의 위치기반 추천서비스를 인공지능형 개인비서서비스로 도약시키는 원천기술이 될 것으로 기대된다.
이번 연구는 기존 위치기반 장소 검색 및 추천서비스의 검색 수준을 향상시켜 사용자들이 장소를 선택하는 기준을 다양하게 적용시킬 수 있다. 사용자의 트렌드를 반영해 실시간으로 변화된 장소 추천을 할 수 있을 것으로 보인다. 문화기술대학원 이원재, 박주용 교수와 전산학과 차미영 교수가 공동으로 참여한 이번 연구의 API(응용 프로그래밍 인터페이스)는 http://placeness.kaist.ac.kr:8080/ 을 통해 공개됐고 관련 정보는 http://placeness.kaist.ac.kr/wiki/doku.php 에서 열람할 수 있다.
맛집 추천서비스, 소셜 커머스 등 위치를 기반으로 정보 검색 및 추천서비스를 제공하는 업체들은 주로 고객의 후기를 수집하거나 직접 방문을 통해 경험한 내용을 토대로 음식점 혹은 매장을 평가한다. 이는 비교적 정확한 정보를 제공하지만 시간적, 경제적 비용이 많이 소모된다. 또한 사용자 전체의 관심과 선택의 평균에 중점을 두기 때문에 사용자 개인의 특성을 충분히 고려하지 못한다는 한계가 있다. 시간이 지날수록 사용자는 평균 중심의 예상 가능한 선택지를 추천받을 확률이 높아진다.
따라서 같은 장소라도 사용자가 방문하고자 하는 목적이 다르기 때문에(모임, 상견례, 소개팅 등) 방문 목적과 사회적 맥락을 파악할 수 있는 추가적인 기능이 필수적이다. 이를 위해 기본적으로 제공되는 정보 외에도 실제 사람들이 각 장소에서 어떤 세부적 활동을 하며 공간을 소비했는지에 대한 데이터 수집이 필요하다. 연구팀은 문제 개선을 위해 특정 소셜 네트워크 서비스(인스타그램)에 올라온 사진과 텍스트 자료를 바탕으로 이를 분석하는 알고리즘을 개발했다.
기존에 존재하는 딥러닝 방식을 이용해 사진을 분석하는 기술과 연구팀이 새로 개발한 텍스트 분석 기술인 워드백(Wordbag) 기술을 결합했다. 특정 상황이나 분위기에 사용되는 단어들을 분석하고 단어마다 가중치를 둬 분류하는 기술이다. 연구팀은 API에서 주요 연구 이슈에 따라 크게 4개의 세부 분야별 정보를 제공한다. ▲상위 장소의 장소성(장소의 성격 : placeness), ▲상위 장소 내에 있는 세부 장소의 장소성 추론, ▲감성분석 기반의 장소 분위기 추론, ▲사용자와 장소성 간 연관성을 제공한다.
연구팀의 API는 SNS에 존재하는 연구개발 대상으로 지정된 특정 상위장소(코엑스. 아이파크 몰) 및 그 내부의 세부장소에 대해 언급된 데이터를 분석해 행위, 방문자, 시간, 분위기 등 다양한 관점에서 공간의 활용 가능성을 제공한다. 이는 같은 장소라도 사용자가 시간대, 목적에 따라 다르게 활용했던 이력이나 기존 서비스에서 제공이 어려웠던 분위기(ex. 밝은, 전통적인 등)나 방문 목적(ex. 데이트, 공부, 회의)을 데이터로 수집할 수 있기 때문에 사용자의 의도에 따라 장소를 추천할 수 있다.
이 교수는 “이 연구에서 개발된 API를 통해 기존의 위치기반 장소 검색 및 추천 서비스의 검색 수준을 향상시키고 방문자들의 트렌드 변화에 따라 자동으로 변화된 장소를 추천할 수 있다”고 말했다. 또한 “기존 비정형 텍스트 데이터 분석의 한계를 극복하기 위해 사진과 텍스트를 동시에 분석해 공간에 대한 사회적 정보를 추론할 수 있어 현재의 위치기반 추천 서비스가 인공지능형 개인비서서비스로 도약하는 핵심 기술이 될 것이다”고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부 디지털콘텐츠 원천기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
2017.08.29
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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
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KAIST-서울대 공동 연구팀, 하이브리드 과학로켓 발사
〈 권 세 진 교수 〉
우리 대학 항공우주공학과 권세진 교수 연구팀이 서울대학교 로켓 동아리 하나로(지도교수 윤영빈)팀과 공동으로 개발한 소형 하이브리드 과학로켓 SNUKA-Ⅱ를 발사한다.
발사 시험은 28일(금) 열리는 제22차 고흥군 우주항공산업발전협의회 행사의 일환으로 오후 5시 20분 발사돼 오후 6시까지 약 40분간 진행된다.
이 과학 로켓은 총 길이 3.5미터, 직경 0.2미터, 무게 58킬로그램으로 과산화수소를 주 추진체로 사용하는 친환경 과학 로켓이다. 발사 시 엔진이 10초간 작동 후 20여 초 간 관성 비행을 해 최대 고도 3킬로미터까지 도달한 뒤 낙하산을 이용해 지상에 착지한다.
로켓의 비행 데이터는 모두 지상국으로 전송되고 로켓 내부의 데이터 저장 장치에 저장된다. 연구팀은 이번 발사를 위해 상세 설계를 끝낸 뒤 추진기관 지상연소시험, 낙하산 사출장치 시험, 기체구조해석 등을 수행했다.
과학 로켓은 저고도에서 준궤도 수준 고도 범위에서 운용된다. 개발 과정을 통해 로켓 추진기관 기술, 대기권 재진입 기술 등 우주발사체 관련 기반 기술을 확보할 수 있다.
또한 무중력 실험 공간 확보, 대기 측정, 천체 촬영 등의 임무를 수행하며 과학 기술 발전에 기여할 수 있다.
이로 인해 미국이나 유럽 등 우주기술 선진국도 과학 로켓 개발 프로그램에 지속적으로 투자하고 있다.
권 교수 연구팀의 과학 로켓은 최대 2천 500 뉴턴(N)의 추력을 낼 수 있는 하이브리드 로켓 엔진이 장착됐다. 하이브리드 로켓 엔진은 구조가 간단해 취급이 편하면서도 성능이 뛰어나 과학 로켓의 추진기관으로 적합하다.
이 엔진은 ㈜스페이스솔루션에서 개발한 고성능 추진체 밸브가 장착돼 로켓 발사 후에도 지속적 전력 공급 없이 엔진 작동이 가능하다.
촉매반응기를 포함한 모든 부품은 순수 국내 기술로 제작됐고 경량화를 위해 추진제 탱크를 복합 재료로 제작했다. 탄소섬유 튜브를 동체로 활용해 무게를 획기적으로 줄이면서 높은 기계적 성능을 확보하는 설계 기법을 적용했다.
권 교수는 “이번 개발 경험을 토대로 저비용 캔위성(CanSAT)을 우주 궤도에 진입시킬 수 있는 로켓을 구상 중이다”며 “성공적으로 개발한다면 우리나라 위성 및 발사체 기술이 획기적으로 발전할 것이다”고 말했다.
□ 그림 설명
그림1. SNUKA-Ⅱ
그림2. 로켓 엔진 지상시험
2017.07.27
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김일두 교수, 동물 단백질 촉매로 활용한 질병진단센서 개발
〈 김 일 두 교수 〉
우리 대학 신소재공학과 김일두 교수 연구팀이 동물의 단백질을 촉매로 활용해 호흡으로 질병을 진단할 수 있는 센서를 개발했다.
이는 사람의 날숨에 포함된 다양한 질병과 관련된 바이오마커 가스들에 대한 패턴 인식을 통해 질병을 조기 모니터링 할 수 있는 기술이다.
이번 기술은 다양한 단일 금속입자 뿐만 아니라 어떠한 조합의 이종입자도 2 nm 크기로 합성할 수 있는 장점을 갖는다. 연구팀은 기존에도 호흡으로 질병을 진단하는 센서를 개발했으나 이번 기술은 더욱 정확하고 높은 감도를 갖는다는 특징이 있다.
김상준, 최선진 박사가 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 미국 화학회의 화학분야 국제 학술지 ‘어카운트 오브 케미칼 리서치(Accounts of Chemical Research)’ 7월호 표지논문으로 선정됐고, 독일 와일리 국제 학술지인 ‘어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)’에도 게재가 확정됐다.
혈액 체취나 영상 촬영 없이 내뱉는 숨(호기)만으로 각종 질병 여부를 파악하는 호흡 지문 센서 기술은 핵심 미래 기술이다. 호기 속 특정 가스들의 농도변화를 체크해 건강 이상 여부를 판단할 수 있다.
호기가스 성분에는 수분 외에도 수소, 아세톤, 톨루엔, 암모니아, 황화수소, 일산화질소 등이 포함된다. 이 가스들은 천식, 폐암, 1형 당뇨병, 구취 등 특정 질병 환자에게서 높은 농도로 배출되는 바이오마커 가스이다.
호흡을 이용한 질병 진단은 마치 음주측정기처럼 테들라(Tedlar) 백에 포집된 날숨 가스를 소형 센서 장치로 주입한 후 빠른 속도로 분석되기 때문에 쉽고 간편하게 질병을 진단할 수 있다. 또한 질병 대사가 일어나는 시점에서 검출이 가능해 조기 진단이 가능하다.
하지만 매우 경미한 수준인 10억분의 1(ppb)에서 100만분의 1(ppm) 수준으로 발생하는 가스를 호흡 속에서 정확히 분석하기 위해서는 기술의 진보가 필요하다. 특히 수분을 포함한 수백 종의 방해 가스는 특정 질병 관련 바이오마커 가스를 선택적으로 분석하는 저항 변화식 센서의 취약점으로 남아 있다.
기존의 가스 센서는 백금, 팔라듐 등 특정 촉매를 결합해 감지 특성을 높이려고 시도했으나 ppb 농도에서는 생체지표 가스 감지 특성이 높지 않다는 한계가 있었다.
연구팀은 기존 센서의 한계 극복을 위해 동물의 조직에 존재하는 나노크기의 단백질을 희생층으로 이용해 속이 비어있는 단백질 껍질 안에 석출된 이종촉매(Heterogeneous catalyst) 입자를 합성하는데 성공했다.
이번 연구에 사용된 나노크기의 단백질은 주기율표에 존재하는 원소물질을 조합해 어떠한 형태의 이종촉매도 다양하게 구현할 수 있다는 큰 장점을 갖는다.
특히 이종 원소간 조성비를 쉽게 조절할 수 있고 금속간화합물도 제조할 수 있어 신조성을 갖는 촉매 합성 측면에서 매우 획기적인 방법이다.
예를 들어 백금이 기준 촉매일 때 백금팔라듐(PtPd), 백금니켈(PtNi), 백금루테늄(PdRu), 백금이트륨(PtY3) 등 다양한 이종 합금촉매로 확장할 수 있다.
연구팀은 개발된 이종촉매 입자를 넓은 비표면적과 다공성 구조를 갖는 금속산화물 나노섬유에 결착시켜 특정 생체지표 기체에만 선택적으로 반응하는 감지소재를 개발했다. 이종촉매가 결착된 나노섬유 센서는 기존에 촉매 활성이 가장 뛰어나다고 알려진 백금이나 팔라듐 촉매보다 약 3~4배 이상 감지 특성이 향상됨을 확인했다.
특히 아세톤이나 황화수소 가스는 1ppm에서 감도가 100배 수준으로 바뀌는 최고 수준의 감도 특성이 관찰됐다.
연구팀은 다양한 종류의 감지 소재가 적용된 복합 센서 배치(sensor array) 시스템을 이용해 사람의 지문을 인식하듯 개개인의 호흡을 패턴 인식해 일반인도 쉽게 건강 이상을 판별할 수 있는 질병진단 플랫폼을 개발했다.
16종의 다른 선택성을 갖는 센서를 어레이화하는데 성공했으며, 환자의 건강상태에 따라 날숨 농도변화가 다르게 나타나기 때문에 날숨 속 가스 정보를 지문처럼 패턴화하여 개인의 건강 변화를 지속적으로 모니터링 하는 헬스케어 기기에 적용할 수 있다.
김 교수는 “기존에 센서에 사용된 적이 없는 2 nm 크기의 이종촉매를 단백질을 이용하여 적용함으로써, 질병과 연관된 생체지표 가스에 고감도 및 고 선택성으로 반응하는 센서소재 라이브러리를 구현할 수 있다”며 “앞으로 다양한 촉매 군을 확보하면 수많은 질병을 진단할 수 있는 센서를 개발할 수 있다”고 말했다.
또한 “호흡으로 질병을 진단하는 센서는 누구나 손쉽게 스스로 진단할 수 있는 자가 진단 기기의 시작으로 의료비 지출 상승을 막고 지속적 건강관리에 큰 도움이 될 것이다”고 말했다.
이번 기술과 관련된 특허들은 지난 3월과 6월 각각 벤처기업과 중소기업에 기술이전 됐다.
본 연구는 미래창조 과학부 웨어러블 플랫폼소재 기술센터 과제와 바이오의료기술개발사업 과제의 지원으로 이루어졌다.
□ 그림 설명
그림1. 어카운트 오브 케미칼 리서치 표지 이미지
그림2. 다종 입자 촉매
그림3. 함금촉매 합성
그림4. 다종센서 어레이_날숨 분석 센서
2017.07.18
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(재)유전자동의보감사업단, 제2회 바이오시너지 기업파트너스 심포지엄 개최
인공지능 시스템을 이용한 천연물 소재 개발기술 발표와 사업단 및 관련기업 간 상호협력 방안 논의를 위한 ‘바이오시너지 기업파트너스 심포지엄’이 17일 열린다.
우리대학과 미래창조과학부 산하 (재)유전자동의보감사업단(단장 이도헌 교수·바이오및뇌공학과)은 한국건강기능식품협회 후원으로 17일 오후 2시30분부터 이화여자대학교 LG컨벤션센터에서 ‘바이오시너지 기업파트너스 심포지엄’을 개최한다.
올 심포지엄은 작년 5월에 열린 ‘바이오시너지 워크숍’행사에 이어 (재)유전자동의보감사업단이 두 번째로 주관, 개최하는 행사다. 이 심포지엄에는 미래부와 식약처·사업단 연구책임자들은 물론 바이오헬스케어 분야의 국내·외 학자와 관련 기업인·전문가들이 대거 참가해서 향후 기술개발 방향과 시장수요 예측·시장중심의 맞춤형 기술이전과 사업화 유망기술 발굴 등에 관해 심도 있게 논의한다.
이번 심포지엄에서는 특히 사업단과 공동연구를 수행 중인 네덜란드의 대표적인 식품연구소인 니조(NIZO)의 엘스 반 호펜(Els Van Hoffen) 실장(Senior Project Manager), 네덜란드 국립응용과학연구소 TNO의 수잔 워페리스(Suzan Wopereis) 책임연구원(Senior Scientist)이 참석해 각각 니조(NIZO)와 TNO의 최신 연구내용과 지난 5년 동안의 기술개발 내용 등에 관해 중점 소개한다.
OECD 발표자료에 따르면 2014년 글로벌 식품산업의 규모는 약 5.5조 달러(약 6,152조원)이며 매년 4.4% 성장하고 있는데 이는 세계 식품시장의 트렌드가 음식을 소비하는 차원에서 유기농 등 안전식품, 기능성 건강식품 위주로 변화하고 있기 때문이다. 농·식품 R&D로 경제성장을 견인한 대표적인 네덜란드는 니조(NIZO)와 TNO 등 시장 친화적인 식품관련 연구소를 중심으로 연구가 이뤄지고 있는데 1948년 낙농업체들이 공동 설립한 니조(NIZO)와 약 30년 전 네덜란드 정부가 세운 TNO는 전체 운영비의 70% 이상을 민간업체들과의 협력이나 개인투자자들과 프로젝트를 진행해서 벌어들이고 있다.
두 전문가의 발표가 끝난 후에는 권오란 이화여대 교수가 사업단이 개발한 기술과 천연물 분야 관련기업 등 산업계와의 상호 연계방안을 모색하는 등 기업인들과 연구 책임자들 간의 관심방안에 대한 토론을 주관, 진행한다. 이밖에 강연 홀 복도에는 발표와 토론이 끝난 후 참석자들이 사업단이 보유중인 기술을 한 눈에 볼 수 있도록 전시관을 꾸며놨으며 기업인들 간에 자연스럽게 상담을 할 수 있는 자리도 함께 마련했다.
이도헌 사업단장은 “2013년 11월 출범이후 사업단은 5개 연구 분야인 모델·소재·표적 마커·인체 연구에 역량을 집중한 결과, 성분기반의 바이오 헬스케어와 관련한 방대한 규모의 DB를 구축하고 이를 기반으로 천연물 성분의 인체작용을 분석할 수 있는 세계 최대 규모의 가상인체(인공지능) 시스템을 구축했다” 며 “이번 심포지엄에서 사업단과 관련기업들 간에 공동연구 및 연구 성과에 대한 공동 활용방안에 대한 심층적인 논의가 이뤄졌으면 한다”고 말했다. 참가 문의 042-350-8651.
2017.07.14
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박지호 교수, 인공수용체 종양에 전달해 표적치료하는 기술 개발
〈 박 지 호 교수 〉
우리 대학 바이오및뇌공학과 박지호 교수 연구팀이 종양 전체에 인공수용체를 전달해 효과적으로 종양을 표적 치료하는 기술을 개발했다.
김희곤 석박사통합과정이 1저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 6월 19일자 온라인 판에 게재됐다.
종양 표적치료란 일반적으로 종양의 성장과 발생에 관여하는 특정 분자, 즉 수용체를 표적으로 삼아 종양의 성장을 저해하는 치료를 말한다.
하지만 표적치료는 종양 내 특정 수용체가 존재하는 환자에게만 효과가 있고 표적 분자가 소량이거나 불균일하게 존재할 경우 치료 효과에 한계가 있다.
연구팀은 문제 해결을 위해 리포좀이라는 인공나노입자와 세포에서 자연적으로 분비되는 엑소좀이라는 생체나노입자를 동시에 이용했다. 먼저 세포막과 효율적으로 결합하는 인공나노입자인 세포막결합성 리포좀을 개발했다.
〈 이번 연구를 주도한 김희곤 학생과 오찬희 학생〉
리포좀은 특정 분자를 표적하는 것이 가능한 인공수용체를 싣고 혈류를 통해 종양으로 침투한다. 그리고 혈관 주변의 종양 세포에 인공수용체를 전달하는데 여기서 종양 세포가 분비하는 엑소좀에 인공수용체를 탑재시키는 것이 리포좀의 역할이다.
중요한 점은 세포막결합성 리포좀은 정상 세포보다 암세포에 더 효과적으로 인공수용체를 전달함으로써 종양 표적치료를 용이하게 한다.
엑소좀은 일반적으로 세포 간 여러 생체 분자를 전달하는 역할을 한다. 혈관 주변의 세포를 통해 리포좀에 의해서 전달된 인공 수용체가 엑소좀에 탑재하게 되면 엑소좀이 이동하는 종양 내 모든 위치로 인공 수용체가 자연적이고 효율적으로 전달된다.
연구팀은 이렇게 종양 전체에 퍼진 인공 수용체를 표적할 수 있는 물질에 약물을 결합시켜 효과적인 종양 표적치료를 하는 것을 목표로 삼고 있다.
연구팀은 이 기술을 이용해 빛에 반응해 항암효과를 내는 광과민제를 종양이 이식된 실험용 쥐에 주입했다. 이후 종양 부위에 빛을 조사해 항암효과를 유도한 후 분석한 결과 효과적으로 표적치료가 이뤄짐을 확인했다.
연구팀은 이번 연구가 표적이 어렵거나 불가능한 종양 표적치료를 가능하게 하는 기술 개발의 발판을 마련했다는 의의를 갖는다고 밝혔다.
박 교수는 “리포좀은 종양 미세 환경에서 종양세포들이 분비하는 생체나노입자인 엑소좀에 효율적으로 인공수용체를 탑재한다. 그리고 엑소좀은 고유 이동경로를 통해 인공수용체가 종양 전역으로 전달되도록 한다.”며 “표적치료가 어려운 다양한 질병을 치료하는 데 유용하게 사용될 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단의 신진연구자지원사업, 보건복지부의 암정복추진연구개발사업 및 KAIST연구소의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 종양 내 인공수용체 전달을 통한 협동 표적치료를 보여주는 모식도
그림2. 종양 내 인공수용체 전달을 통한 협동 표적을 보여주는 종양 조직 사진
2017.07.06
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2017 월드프렌즈 ICT KAIST 발대식_21일 개최
우리대학은 21일 오후 대전 본교 교수식당 3층 영빈관에서 신성철 총장과 김영걸 글로벌리더십센터장, 김영길 부센터장 등 주요 보직자와 엄현준 학생(원자력및양자공학과 3학년) 등 학생 봉사단원, 교직원 등 40여명이 참석한 가운데 ‘2017 월드프렌즈 ICT KAIST 봉사단’ 발대식을 가졌다. '월드프렌즈 ICT KAIST 봉사단’은 개발도상국 학생을 대상으로 ICT 관련 교육과 문화교류를 진행하는 해외 봉사프로그램인데 우리대학 글로벌리더십센터가 2015년부터 한국정보화진흥원(NIA·원장 서병조)의 후원을 받아 시행해오고 있다.
이날 발대식은 신성철 총장 격려사를 시작으로 봉사단 선서와 사전 안전교육·기념촬영 순으로 약 1시간 동안 진행됐다. 올해 월드프렌즈 ICT 봉사단은 32명의 학생과 이들을 인솔하고 지원하는 임무를 맡은 교직원 2명 등 모두 34명으로 구성됐다.
이들은 APP프리카·KAI-Tigers·WITH 등 총 8개 팀(팀당 4명으로 구성)으로 나눠 에티오피아의 아디스아바바 공대(AAIT) 및 아다마 공대(ASTU), 탄자니아 넬슨만델라대 등 2개국 3개 대학생을 대상으로 ICT 교육 및 문화교류 등에 관한 봉사활동을 실시할 예정이다. 봉사활동 기간은 다음 달 7일부터 오는 8월 5일까지 약 1달간이다. 이를 위해 우리대학은 지난 4월 27일부터 5월 11일까지 접수받은 참가 희망학생을 대상으로 1차 서류심사와 그리고 5월 18일까지 2차 면접심사를 통해 모두 32명의 학생 봉사대원을 선발했다. 총 지원자는 68명으로 2.1대 1의 경쟁률을 기록했다.
우리대학은 준비과정에서부터 에티오피아와 탄자니아의 현지 요구를 바탕으로 맞춤형 봉사활동 프로그램이 될 수 있게 준비했는데 프로그램은 대학생 대상의 △ICT 교육과 △문화교류 △주말 농장 및 과학실험 봉사 등으로 구성됐다. 이 중 봉사단이 가장 중점을 두는 분야는 전체 봉사활동 내용의 70%를 차지하는 ICT 교육인데 에티오피아 아디스아바바 공대와 아다마 공대에서 각각 현지 대학생들을 대상으로 윈도우·MS워드·엑셀·파워포인트·포토샵 등을 포함해 스마트폰 이용법 등에 관해 중점 지도할 계획이다.
탄자니아에서는 또 넬슨만델라 대학생들과 함께 인근 고등학생들을 대상으로 적정기술과 아두이노(Arduino)를 이용한 Water tank control 등 실용 ICT 교육봉사를 진행한다.
☞ 아두이노(Arduino): 기기 제어용 기판으로 오픈 소스의 방식이라는 특징을 가지고 있으면서, 센서나 부품 등의 장치를 연결할 수 있는 구조로 되어 있다. 센서나 스위치 등의 다양한 부품을 연결할 경우 로봇 등을 작동시킬 수 있다. 또한 물리적 차원의 신호를 감지하여 디지털로 변환할 수 있기 때문에 장난감·사운드 구현·교육 프로그램 등 다양한 곳에 적용하여 사용 가능하다. 오픈 소스 방식이므로 누구나 쉽게 접근하여 만들 수 있고 수정도 용이한 게 큰 특징임.
봉사단은 이밖에 K-Pop 댄스와 제기차기·씨름 등 전통놀이와 비빔밥·송편 만들기 등 전통음식 만들기를 비롯해 한글교육 등을 통해 한국문화를 소개하는 한편 현지 대학생들과 함께 준비한 문화공연도 진행해 양국의 문화를 서로 교류하고 이해하는 시간도 가질 예정이다. 주말에는 특히 인근 농장을 찾아 봉사를 하고 인근 초등학교와 고아원을 찾아가 어린이를 대상으로 하는 과학실험과 체육·미술활동도 함께 진행한다.
신성철 총장은 격려사에서 “여름방학을 맞아 각자 개인적인 여러 계획을 세워 바쁘게 지내야 할 때 봉사와 희생정신 그리고 도전정신으로 인류애를 실현하기 위해 에티오피아와 탄자니아로 봉사활동을 떠나는 여러분들이야 말로 진정 가장 멋진 KAIST 대학생이며 봉사활동 기간 동안 건강에 유의하고 한국을 대표하는 민간외교관으로서의 사명감과 자긍심을 갖고 봉사활동을 충실히 수행해 달라”고 당부했다
2017.06.21
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