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국제의료기기·병원설비 전시회(KIMES 2021) 참가
우리 대학이 18일부터 22일까지 서울 삼성동 코엑스에서 4일간 열리는 국제의료기기·병원설비 전시회(이하, KIMES 2021)에 참가한다. KIMES 2021은 세계 선진 기업들의 창의적인 의료 기술이 집결, 소개되는 전시회인데 올해는 국내외 1200여 개 회사가 참가해, 첨단의료기기·병원설비·의료정보시스템·헬스케어·의료 관련 용품 등 3만여 종의 기술과 관련 제품을 선보인다.
KAIST는 10개의 독립 전시실 및 별도로 마련된 K-방역특별관에서 ʻ코로나대응 과학기술 뉴딜사업단ʼ이 연구 중인 한국형 방역패키지 기술 10종을 선보인다.
K-방역특별관에는 남택진 교수(산업디자인학과) 연구팀과 신성이엔지에서 공동으로 개발한 ʻ이동형 음압병동ʼ의 모듈이 전시된다. 이번 전시회에서는 전시회 관람객들이 ʻ이동형 음압병동ʼ을 직접 체험할 수 있도록 병동의 음압 기능을 실제로 가동시킬 예정이다.
KAIST 코로나대응 과학기술 뉴딜사업단은 이번 전시회에서 감염병 치료 현장에 투입된 의료 인력의 고충을 덜어주고 진단 과정을 최소화하는 기술을 위주로 공개된다.
우선 박형순 교수(기계공학과) 연구팀은 `찜통 방호복'의 단점을 대대적으로 개선한 `스마트 방호복 냉각 통기 시스템' 기술을 전시한다. 기존 제품군 대비 무게를 대폭 줄인 것과 동시에 냉각 기능을 추가한 것이 특징이다. 냉각기는 방호복 내부의 공기를 순환 및 냉각시키며, 호흡기 보호구는 필터링 된 외부 공기를 유입하는 방식으로 작동해 쾌적성 및 감염에 대한 안전성을 모두 확보했다.
나노마이크로기술을 이용한 초고속 분자진단시스템도 전시된다. 정기훈 교수(바이오및뇌공학과) 연구팀은 샘플 추출부터 결과까지 10분 이내 PCR(Polymerase Chain Reaction) 검사가 가능한 `실시간 광열 PCR 시스템'을 전시한다. 복잡하고 부피가 크며 측정 시간이 오래 걸리는 기존 기술의 한계를 극복해 현장 진단에 유용하게 활용될 것으로 기대되는 기술이다.
또 다른 진단 기술로는 예종철 교수(바이오및뇌공학과) 연구팀이 흉부 X-ray 영상을 기반으로 감염병을 신속하게 진단할 수 있는 인공지능 소프트웨어가 시연된다. 환자들의 흉부 X-ray 영상 데이터를 분석해 폐렴의 중증도 변화를 구별해내는 인공지능 소프트웨어다. 흉부 X-ray 결과만 가지고도 해당 환자가 코로나19 및 바이러스성 폐렴·박테리아성 폐렴·결핵·기타 질병·정상군 중 어느 범주에 속해있는지를 1분 이내 진단해 시각적인 정보로 제공하는 기술이다.
이와 함께 의료 현장에서 수시로 사용되는 다양한 의료기구들을 5분 안에 멸균할 수 있는 `플라즈마 멸균기'와 살균기가 포함된 `이동형 클리닉 모듈'도 출품된다. 최원호 교수(원자력및양자공학과)가 스타트업 기업인 플라즈맵과 공동으로 연구, 개발한 `의료용 저온 플라즈마 멸균기'다. 플라즈마란 고체-액체-기체의 상태를 넘어선 제4의 물질 상태라고 불리며 탁월한 살균 능력을 발휘한다. 최 교수팀의 멸균기와 이동형 클리닉 모듈은 고가의 대형 장비를 활용해 장시간 멸균하던 기존 기술의 단점을 혁신적으로 보완한 것이 특징이다.
이 밖에 기계공학과 김성수 교수팀과 박해원 교수팀이 각각 수동식 주들 것·음압 앰뷸런스 기술과 전동식 주들 것·음압 챔버 기술을 전시한다.
배상민 교수(산업디자인학과) 연구팀은 가족이 함께 사는 집에서 특정 구역을 자가격리 공간으로 만드는 `자가격리 키트'를 선보인다. 화장실이 딸린 방의 입구에 차단막을 부착해 문밖에 있는 가족들과 생활공간을 물리적으로 차단하는 방호 제품이다. 차단된 공간 내부 창문에는 음압기를 연결해 자가격리 기간 중 음압 환경을 유지하면 바이러스의 유출 가능성을 최소화하고 호흡기를 통한 2차 감염을 예방할 수 있다.
김형수 교수(기계공학과) 연구팀은 바이러스 등의 오염원들을 효과적 포집해 정화할 수 있는 `이동형 싸이클론 음압 펌프' 기술을 공개한다. 주변에 비해 공기의 압력이 낮은 음압 공간은 공기가 밖으로 흘러나가지 않아 병원균과 바이러스의 이동을 막는 역할을 한다. 김 교수팀의 음압 기술은 밀폐된 공간 안에서 공기 흐름의 방향성을 생성하도록 설계됐다. 이를 활용해 오염원을 집중적으로 흡입해 정화하고 특정 공간의 음압 환경 유지하는 것으로 호흡기 질환 바이러스 확산 예방할 수 있는 기술이다.
특히 작년 공개돼 많은 관심을 받았던 김일두 교수(신소재공학과) 연구팀은 반투명·생분해성·항바이러스 필터 개발 성과와 서브 마이크론 섬유(0.15~0.5μm 직경) 제조 설비를 전시한다. 김 교수 연구팀이 개발한 반복 사용이 가능한 비말 차단 필터는 KC 마스크 인증 성능 합격 판정을 받았다. 식품의약품안전처(식약처)에 보건용 마스크 허가를 신청한 후 현재 보완 시험을 진행 중이다. 빠르면 올 4월 중에는 패션 마스크 용도로 시판하기 위해 준비 중이다.
우리 대학 ʻ코로나대응 과학기술 뉴딜사업단ʼ은 작년 7월 과학기술정보통신부의 지원을 받아 출범했다. 과학기술로 감염병 위기를 극복하고 항바이러스 신산업 창출을 통해 경제 발전에 이바지하기 위해 만들어졌다. 3월 현재 사업단에는 우리 대학 교수와 연구원·학생 등 464명에 달하는 내부 구성원과 기업·병원·연구소 소속의 인원 503명이 참여하고 있다.이광형 총장은 18일 오후 전시장을 방문해 "전시 시제품이 방역 현장에 실질적인 도움을 제공할 수 있도록 관련 기술의 실증·고도화를 적극 추진해 달라ˮ라고 당부하며 연구진을 격려할 예정이다.
2021.03.17
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생물학적 무기 나노재료의 종류와 응용 전략 총정리
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수 연구팀이 생물학적으로 합성된 무기 나노재료의 종류와 응용을 총망라해 최신의 연구내용과 흐름을 한눈에 파악할 수 있도록 전략을 정리한 `미생물과 박테리오파지를 이용한 생물학적 무기 나노재료의 합성 및 응용' 논문을 발표했다고 4일 밝혔다.
금속 물질 등이 주된 무기 나노재료(inorganic nanomaterial)는 물리·화학적 합성법들에 따라 얻어지며, 고온·고압의 조건에서 반응이 이뤄지고, 유독한 유기용매 및 고액의 촉매가 필요해 환경오염의 문제를 일으키는 단점이 있다.
생물학적 무기 나노재료 합성법은 친환경 및 단순한 공정으로 경제적인 효과는 물론 생물학적 무기 나노재료의 높은 생체 적합성을 장점으로 촉매, 에너지 수확 및 저장, 전자기기, 항균물질, 바이오 의료 분야 등 폭넓게 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
연구팀은 미생물과 박테리오파지를 이용해 55개 주기율표 원소 기반 단일 또는 두 가지 원소 조합으로 146개의 무기 나노재료가 생물학적으로 합성 가능함을 보였다.
생물학적 무기 나노재료 합성에는 박테리아, 곰팡이, 조류, 박테리오파지가 주로 이용됨을 정리했다. 이들의 합성 메커니즘에는 효소·비효소 단백질, 펩타이드, 전자 수송경로의 구성 요소 등이 주요 역할을 담당하고 있다.
특히 연구팀은 유전적으로 조작된 미생물과 박테리오파지들을 이용하면 생물학적 무기 나노재료의 합성 수율을 높일 수 있다고 밝혔다. 유전적으로 조작된 미생물들은 무기 이온에 대한 결합력을 높이고 무기 이온의 생물학적 환원을 증가시키는 한편 무기 이온의 생물체에 대한 독성을 줄이기 위한 전략으로도 도입된다.
이번 연구에는 미생물과 박테리오파지를 이용한 무기 나노재료의 생산 가능성과 크기, 모양, 결정성을 조절하기 위한 전략들이 포함됐다.
연구팀은 결정질 무기 나노재료를 생물학적으로 합성하기 위해 물질의 열역학적 안정성을 나타내주는 푸베이 다이어그램 분석을 활용한 전략도 제시했다.
또한 연구팀은 생물학적 나노재료의 합성 시 고려해야 하는 사항을 정리한 10단계의 흐름도를 제시했다. 현재 생물학적으로 합성된 무기 나노재료들은 촉매, 에너지 수확 및 저장, 전자기기, 항균물질, 의생명 분야의 응용에 적용됐다.
이상엽 특훈교수는 "생물학적 나노재료들이 추후 바이오 의료 분야의 재료, 바이오 전자기기, 친환경 화학물질 생산 등에 새롭게 적용될 수 있을 것ˮ이라고 기대감을 내비쳤다.
이번 연구 성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기후변화대응사업의 바이오리파이너리를 위한 시스템대사공학 연구과제 지원으로 수행됐으며, KAIST 생명화학공학과 최유진 박사가 제1 저자로 참여한 논문은 우수성을 인정받아 국제학술지 `네이처 리뷰 케미스트리(Nature Reviews Chemistry)'에 12월호 표지논문으로 게재됐다.
2020.12.04
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KAIST 중국인 커뮤니티, 코로나19 대응을 위한 의료 물품 기부
우리대학 중국인 구성원들이 코로나19 극복을 위한 약 250만 원 상당의 의료 물품을 기부했다.
`KAIST 중국인 커뮤니티'에서는 지난달 27일 교내 국제교원 및 학생지원팀에 메일을 보내 기부 의사를 밝혀왔다. 학생(78명)·연구원(21명)·교수(6명) 등 학내 105명의 중국인 구성원이 포함된 이 단체에서는 지난 코로나19로 고군분투 중인 고국의 의료진을 지원하기 위해 1월 27일 모금을 시작했다.
전염병이 확산되는 시기에는 현장에서 필요한 장비를 직접 기부하는 것이 훨씬 유용할 것이라고 생각한 이들은 12일간 모은 249만 원으로 의료 물품을 구매했다. 그런데 배송을 기다리던 20여 일 동안 한국의 상황이 급변했다. 2월 중순을 넘기며 감염이 급속도로 확산되기 시작해 물품이 도착한 2월 25일에는 확진자가 1천 명에 육박할 정도로 사태가 악화된 것이다.
이 상황을 접한 `KAIST 중국인 커뮤니티'에서는 마련한 구호품들을 중국에 보내는 것보다는 한국에서 바로 활용하는 것이 더 요긴할 것이라고 판단해 기부 의향을 바꿨다.
단체의 대표를 맡은 안 꾸어유엔(安国元, 전산학부 석사과정) 씨는 "KAIST의 많은 중국인 구성원들이 코로나19사태 이후 학교 대책반과 담당 부서의 특별한 관심 속에서 캠퍼스로 복귀할 수 있었고 모국도 한국의 정부와 사회로부터 많은 도움을 받았다ˮ고 전했다.
이어 안 씨는 "중국 속담 중에 `남에게 물 한 방울만큼의 은혜를 받으면 샘물 전체로 보답해야 한다(受人滴水之恩, 當涌泉相報)'라는 말이 있다. 작은 성의지만 어려움을 겪는 한국의 의료진을 돕는 것이 우리의 의무라고 생각한다ˮ고 강조했다.
`KAIST 중국인 커뮤니티'의 기부 물품은 지난 3월 2일 학내 의료시설에 우선 전달됐다. 이윤정 KAIST 클리닉 원장은 "따뜻한 마음을 모아서 마련한 귀한 의료 물품을 기부해준 중국인 구성원들에게 감사를 전한다ˮ고 밝히며, "물품과 함께 기부자들의 순수하고 아름다운 마음이 꼭 필요한 곳에 잘 전달될 수 있도록 조치했다ˮ고 전했다.
KAIST 클리닉은 방호모 180매, 의사용 방호모 1,100매, 방호경 15개, 쉴드마스크 2세트, 방호복 57개 등 총 5가지 물품을 `KAIST 중국인 커뮤니티'의 이름으로 대구시청 사회재난과에 3월 4일 전달했다.
◎ KAIST 중국인 커뮤니티 대표 안 꾸어유엔 학생과의 일문일답
Q1. `KAIST 중국인 커뮤니티'는 어떤 단체인가?
A. 학부생, 대학원생, 연구원, 교수 등 KAIST에 소속되어 있는 모든 중국인 구성원을 대상으로 하는 단체다. 학업이나 연구를 위해 KAIST로 오는 중국인 구성원의 생활 안정을 돕기 위해 약 10년 전부터 활동을 시작했다. 환영 파티부터 시작해 초기 정착 시에 집을 구할 때 통역을 해주거나 정기적인 단체 활동을 지원해 KAIST에서 시작되는 새로운 생활을 즐길 수 있도록 도와주는 것이 주된 활동이다. 1년에 두 번 이상 구성원들이 대단위로 참여할 수 있는 행사를 기획해 교류하고 있다.
Q2. 이번 모금은 어떻게 시작되었나?
A. 구성원 중 한 명인 지아 웨웬(贾悦雯, 건설및환경공학과 석사과정) 학생이 KAIST 중국인 커뮤니티의 위챗 메신저를 통해 처음 제안했고 많은 멤버들이 적극적으로 동참했다. 리 페이(李佩, 응용과학연구소 연수연구원) 연구원이 모금 실무자를 자청해서 많은 수고를 해줬다. `한 곳에 어려움이 생기면 팔방에서 지원한다'라는 말이 있다. 이 말처럼 코로나19로 어려움을 겪는 사람들과 피해를 입은 지역에 작은 도움이 되길 바라는 마음으로 시작했다.
Q3. 고국을 위해 마련한 구호 물품을 한국에서 소진하기로 결정하는 과정에서 반대 의견은 없었나?
A. 쉬친(徐勤, 전기및전자공학부 박사과정) 학생과 KAIST와 캠퍼스를 공유하는 KISTI에서 일하는 리궈화(李国花) 연구원이 먼저 제안해줬다. 관련해서 모든 기부자에게 의견을 물었을 때 다들 망설임 없이 이 제안을 지지해줬다. 모금이 끝났던 2월 7일에는 전혀 예상하지 못한 일이 물품이 배달된 2월 25일에 벌어지고 있었다. 특히, 대구를 포함한 한국의 코로나19 확산 속도와 상황의 심각성을 고려해 내린 결정이다.
Q4. 중국도 여전히 코로나19의 영향권 아래 있다. 고국의 상황은 어떻게 지켜보고 있는가?
A. 2월 말이 지나면서 후베이성을 제외한 지역의 확진자가 줄어들고 있는 것으로 알고 있다. 서서히 이 사태가 통제되어가는 중이라고 생각한다. 중국에 있는 모든 학생과 직장인은 코로나19의 확산을 막기 위해서 재택근무를 하고 있다. 모든 사람이 자신들이 할 수 있는 방법으로 이 싸움을 싸우고 있다는 의미다.
Q5. 1월 말부터 캠퍼스로 복귀한 중국인 구성원들은 자가격리 기간을 거치고 있다. 어려운 점은 없었나?
A. 정부와 학교의 방침과 조언을 따라 몇몇 구성원들은 아직 중국에 있지만, 대부분의 대학원생은 KAIST로 돌아왔다. 중국에서 입국한 모든 구성원이 캠퍼스로 돌아오기 전에 스스로 자가격리를 했다는 사실을 특별히 언급하고 싶다. 굉장히 지루한 일상을 보내야 했던 기간이지만, 모두들 자가격리를 하는 것이 사회의 전체의 안전을 위한 책임져야 하는 일이라고 동감하고 있다.
또한, 격리 기간 동안 중국인 학생들을 돕기 위해 수고를 아끼지 않은 KAIST 국제교원 및 학생지원팀과 코로나19 확산방지대책반의 모든 직원들께 감사드리고 싶다. 특히, 국제교원 및 학생지원팀의 안수연 팀장님이 자가격리 중인 모든 중국인 학생들을 세심하게 살펴주시고 배려해주신 점은 이 잔인한 전염병의 상황 속에서 가장 따뜻했던 기억이다. 자기방어에 대한 강한 의식과 학교의 특별한 배려 덕분에 KAIST의 모든 중국인 구성원들이 건강하게 캠퍼스로 돌아올 수 있었다. 이 점이 매우 기쁘다.
Q6. 자가격리에서 해제된 후엔 어떤 일상을 보내고 있나?
A. 한국 지역 사회에서의 코로나19의 확산이 더욱 심각해졌다는 것을 알고 있다. 그렇기 때문에 자가격리 기간 이후에도 중국인 학생들은 방심하지 않고 있다. 오히려, 자기 보호와 전염병 확산 소식에 더욱 주의를 기울이고 있다.
Q7. 기부한 물품이 한국 사회에서 어떻게 사용되길 원하는가?
A. KAIST 클리닉을 포함한 도움이 필요한 병원들, 특히 대구에 있는 병원들을 위해서 사용되면 좋겠다. KAIST 클리닉이 마련한 물건들을 가치 있게 사용될 수 있는 곳에 전달해줄 것이라고 믿는다.
Q8. 이번 기부가 어떤 의미를 갖길 바라는가?
A. 첫째로, 이 코로나19 확산 사태를 마주한 이 상황에서 우리의 공통된 적은 이 병 자체라는 것을 강조하고 싶다. 나라들 간에 차이도 없으며, 서로를 돕는 것이 바로 자기 자신을 돕는 일이라는 것이 우리 커뮤니티의 의견이다. 이 위기의 시점에서 가장 먼저 해야 할 일은 이 병에 대항해 함께 싸우는 것이기 때문에 우리는 할 수 있는 일을 한 것뿐이다. 이 작은 기부로 의료인에게 필요한 것들이 조금이나마 충족되었으면 좋겠다.
또한, 중국인들은 힘든 시기를 겪어가는 중이며 다시 반복하고 싶지 않은 일이다. 나중에 후회하는 것보다 안전한 것이 낫다는 말이 있듯이, 병의 발생을 예방하는 것이 필요하다. 한국에서도 이 전염병이 최대한 빠른 시일 내에 종식되어 모두 일상으로 돌아갈 수 있기를 바란다.
2020.03.05
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예종철 교수, IEEE 의용생체공학회 특훈강연교수 임명
우리 대학 바이오및뇌공학과 예종철 교수가 국제전기전자공학회 산하 의용생체공학회(IEEE Engineering in Medicine and Biology Society :IEEE EMBS)의 특훈강연교수(Distinguished Lecturer: DL)로 임명됐다.
이번 특훈강연교수는 국제전기전자공학회 산하 의용생체공학회가 선정하는 것으로, 학회 내 큰 포상 중 하나이다. 예 교수는 2020년부터 2년간 특훈강연교수로 활동한다. 예종철 교수는 의료영상복원 분야의 인공지능 기술 관련 선도적인 연구를 인정받아 특훈강연교수에 임명됐다. 예 교수는 국제전기전자공학회 산하 의용생체공회를 대표해 해당 주제 관련 초청 강의를 진행할 예정이다.
국제전기전자공학회 산하 의용생체공학회 특훈강연교수 프로그램이란 의용생체공학 분야 발전의 추세와 최첨단 기술을 전 세계 의용생체공학 연구자와 학회 회원을 대상으로 교육하기 위한 프로그램으로, 국제전자공학회의 후원으로 회원들이 해당 특훈강연교수의 연구주제에 대한 초청 강의를 들을 수 있다.
예 교수는 “의료영상에서 인공지능의 중요성이 증가하는 시점에서 이 분야의 공헌을 국제적으로 인정받아 국제전기전자공학회 산하 의용생체공학회에서 특훈강연교수가 되었다는 점에서 자부심을 느낀다”라고 밝혔다.
2020.02.18
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AI대학원-분당서울대병원 연구부문과 MOU 체결
우리대학 AI대학원(원장 정송)은 분당서울대병원 연구부문(연구부원장 오창완)과 `의료분야의 인공지능 관련 연구'와 관련한 상호 교류·협력을 위한 양해각서(MOU)를 24일 체결했다고 밝혔다.
두 기관은 이번 양해각서 체결을 계기로 ▲연구 협력 기반 조성을 위한 인적 및 학술적 교류 ▲공동 연구 및 기술 개발을 위한 정보 공유 및 지원 등 학문 교류뿐만 아니라 ▲의료 분야의 인공지능 관련 연구 인재 양성을 위한 프로그램 개발 및 운영 등 다양한 분야에서 협력할 예정이다.
2019년 8월 국내 최초의 인공지능 분야 특화 대학원으로 문을 연 KAIST AI대학원은 정송 원장을 주축으로 기계학습·인공지능·데이터 마이닝·컴퓨터 비전 및 자연어 처리 분야의 연구를 주도하고 있다.
관련 학계에서 세계 최고 수준의 성과를 창출하는 평균 연령 40대의 젊은 교수들로 구성돼 있으며, 핵심연구와 융합연구를 병행하는 투 트랙 전략을 통해 글로벌 AI 전문가 양성을 목표로 교육 및 연구를 수행하고 있다.
분당서울대병원은 지난 2016년 국내 의료기관 중 최초로 병원이 주도하는 융·복합연구단지인 헬스케어혁신파크를 개원하고 의료기기·헬스케어 ICT·휴먼유전체·나노의학·재생의학 등의 5개 분야에 특화된 미래의학 연구를 선도하고 있다.
정송 KAIST AI대학원장은 "양 기관의 지속적이고 효율적인 공동 연구를 위한 협력 플랫폼의 발판을 마련한 것ˮ이라고 이번 협약을 평가했다. 이어 정 원장은 "이 플랫폼을 통해 공학과 의학 분야의 탁월한 전문성을 앞세워 AI 기반 미래 의료기술을 선도해 나갈 것ˮ이라고 기대감을 밝혔다.
이날 협약식에는 정송 대학원장을 비롯해 김기응, 신기정, 신진우, 양은호, 황성주, 최재식 교수 등 KAIST AI대학원 관계자들이 참석했고 분당서울대병원에서는 오창완 분당서울대병원 연구부문 부원장을 포함해 이호영 디지털헬스케어연구사업부장, 김세중 의료인공지능센터장, 정세영 디지털헬스케어 연구사업부 실무담당교수 등이 자리를 함께했다.
오창완 분당서울대학교병원 연구부문 부원장은 이날 협약식 축사를 통해 "미래의료의 핵심인 인공지능 연구에 있어 국내 최고의 임상·연구 기관인 분당서울대학교병원과 KAIST가 협력하게 된 것은 중대한 전환점ˮ이라며, "높은 수준의 협력을 통해 글로벌 경쟁력과 혁신을 이끌어낼 수 있는 역량을 갖출 것ˮ이라며 양 기관 상호협력의 중요성을 강조했다.
2019.12.24
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예종철 교수, 국제전기전자학회 석학회원 선임
우리 대학 바이오및뇌공학과 예종철 교수가 국제전기전자학회(IEEE) 석학회원(Fellow)에 선임됐다.
국제전기전자학회(IEEE)는 지난 1일 학회 홈페이지를 통해 바이오 의료영상 분야 신호처리와 인공지능 기술에 대한 공로를 인정해 국제전기전자학회 신호처리 소사이어티(IEEE Signal Processing Society)의 추천을 받아 예종철 교수를 석학회원에 선임했다고 밝혔다.
전기 전자 분야 세계 최대 학회인 국제전기전자학회는 연구 업적이 특히 뛰어난 최상위 0.1% 내 회원을 석학회원으로 선정한다.
예종철 교수는 국제전기전자학회 산하 학술지를 포함한 의료영상 분야의 세계적 학술지에 100여 편의 국제 논문을 발표했고, 국제자기공명의과학회(ISMRM:International Society for Magnetic Resonance Imaging) 연례 학회에서 의료 인공지능에 관한 기조 강연을 하는 등 이 분야에서 세계적인 실력자로 권위를 인정받고 있다.
특히 2004년 부임한 이후 독자적으로 연구한 결과들을 국제적으로 인정받아 석학회원에 선임됨으로써 그 의미를 더했다.
예 교수는 이밖에 국제전기전자학회 신호처리 소사이어티의 계산영상학(Computational Imaging) 기술위원회에서 차기 의장으로, 미국 아이오와주에서 개최되는 2020년 국제전기전자학회 의료영상심포지움(IEEE Symposium on Biomedical Imaging: ISBI) 의장으로 각각 임명되는 등 영상 분야의 세계적인 학회를 이끌어 가고 있다.
예 교수는 “의료영상에서 인공지능의 중요성이 나날이 커지고 있는 상황에서 이 분야의 공헌을 국제적으로 인정받아 석학회원이 되었다는 점에서 자부심을 느낀다”라고 말했다.
2019.12.10
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이상엽 특훈교수, 김현욱 교수, 인공지능 이용한 효소기능 예측 기술 개발
우리 대학 생명화학공학과 이상엽 특훈교수와 김현욱 교수의 초세대 협업연구실 공동연구팀이 딥러닝(deep learning) 기술을 이용해 효소의 기능을 신속하고 정확하게 예측할 수 있는 컴퓨터 방법론 DeepEC를 개발했다.
공동연구팀의 류재용 박사가 1 저자로 참여한 이번 연구결과는 국제학술지 ‘미국 국립과학원 회보(PNAS)’ 6월 20일 자 온라인판에 게재됐다. (논문명 : Deep learning enables high-quality and high-throughput prediction of enzyme commission numbers)
효소는 세포 내의 생화학반응들을 촉진하는 단백질 촉매로 이들의 기능을 정확히 이해하는 것은 세포의 대사(metabolism) 과정을 이해하는 데에 매우 중요하다.
특히 효소들은 다양한 질병 발생 원리 및 산업 생명공학과 밀접한 연관이 있어 방대한 게놈 정보에서 효소들의 기능을 빠르고 정확하게 예측하는 기술은 응용기술 측면에서도 중요하다.
효소의 기능을 표기하는 시스템 중 대표적인 것이 EC 번호(enzyme commission number)이다. EC 번호는 ‘EC 3.4.11.4’처럼 효소가 매개하는 생화학반응들의 종류에 따라 총 4개의 숫자로 구성돼 있다.
중요한 것은 특정 효소에 주어진 EC 번호를 통해서 해당 효소가 어떠한 종류의 생화학반응을 매개하는지 알 수 있다는 것이다. 따라서 게놈으로부터 얻을 수 있는 효소 단백질 서열의 EC 번호를 빠르고 정확하게 예측할 수 있는 기술은 효소 및 대사 관련 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 한다.
작년까지 여러 해에 걸쳐 EC 번호를 예측해주는 컴퓨터 방법론들이 최소 10개 이상 개발됐다. 그러나 이들 모두 예측 속도, 예측 정확성 및 예측 가능 범위 측면에서 발전 필요성이 있었다. 특히 현대 생명과학 및 생명공학에서 이뤄지는 연구의 속도와 규모를 고려했을 때 이러한 방법론의 성능은 충분하지 않았다.
공동연구팀은 1,388,606개의 단백질 서열과 이들에게 신뢰성 있게 부여된 EC 번호를 담고 있는 바이오 빅데이터에 딥러닝 기술을 적용해 EC 번호를 빠르고 정확하게 예측할 수 있는 DeepEC를 개발했다.
DeepEC는 주어진 단백질 서열의 EC 번호를 예측하기 위해서 3개의 합성곱 신경망(Convolutional neural network)을 주요 예측기술로 사용하며, 합성곱 신경망으로 EC 번호를 예측하지 못했을 경우 서열정렬(sequence alignment)을 통해서 EC 번호를 예측한다.
연구팀은 더 나아가 단백질 서열의 도메인(domain)과 기질 결합 부위 잔기(binding site residue)에 변이를 인위적으로 주었을 때, DeepEC가 가장 민감하게 해당 변이의 영향을 감지하는 것을 확인했다.
김현욱 교수는 “DeepEC의 성능을 평가하기 위해서 이전에 발표된 5개의 대표적인 EC 번호 예측 방법론과 비교해보니 DeepEC가 가장 빠르고 정확하게 주어진 단백질의 EC 번호를 예측하는 것으로 나타났다”라며 “효소 기능 연구에 크게 이바지할 것으로 기대한다”라고 말했다.
이상엽 특훈교수는 “이번에 개발한 DeepEC를 통해서 지속해서 재생되는 게놈 및 메타 게놈에 존재하는 방대한 효소 단백질 서열의 기능을 보다 효율적이고 정확하게 알아내는 것이 가능해졌다”라고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부가 지원하는 기후변화대응기술개발사업의 바이오리파이너리를 위한 시스템대사공학 원천기술개발 과제 및 바이오·의료기술 개발 Korea Bio Grand Challenge 사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 인공지능 기반의 DeepEC를 이용한 효소 기능 EC 번호 예측
2019.07.03
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예종철 교수, 국제자기공명의과학회(ISMRM)에서 기조강연
〈 예종철 교수 〉
우리 대학 바이오및뇌공학과 예종철 교수가 5월 14일 캐나다 몬트리올에서 열린 제27회 ‘국제자기공명의과학회(ISMRM, International Society for Magnetic Resoance in Medicine) 연차 총회에서 기조 강연을 했다.
’의료인공지능(Machine Learning for Medical Imaging)‘을 주제로 강연을 한 예종철 교수는 인공지능을 이용한 고속 MRI 획득 및 복원 기술의 연구를 소개하고, 인공지능 블랙박스를 해석하기 위한 수학적 이론을 발표했다.
ISMRM 연차 총회는 전 세계 수 천명의 과학자와 의사들이 참여하는 자기공명영상(MRI) 분야 최대 학회이다.
예 교수는 방사선학 분야 대표 언론 AuntMinnie.com과 총회 이후 진행된 인터뷰를 통해 “인공지능이 단지 진단의 영역을 넘어 기존에 불가능했던 고화질의 영상을 만들어 의사들의 진단을 더욱 정확하게 하는 새 방향으로 급격히 발전하고 있다”라고 말했다.
2019.05.22
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조광현 교수, 대장암 항암제 내성 극복할 병용 치료타겟 발굴
〈 조광현 교수 연구팀 〉
우리 대학 바이오및뇌공학과 조광현 교수 연구팀이 대장암의 항암제 내성을 극복할 수 있는 새로운 병용치료 타겟을 발굴하는 데 성공했다.
연구팀은 암세포의 복잡한 생체데이터를 분자 네트워크 관점에서 분석하는 시스템생물학 접근법의 중요성을 제시했다. 이 방법을 통해 암세포가 가지는 약제 내성의 원리를 시스템 차원에서 파악하고, 새로운 약물 타겟을 체계적으로 발굴할 수 있을 것으로 기대된다.
박상민 박사과정, 황채영 박사 등이 참여한 이번 연구결과는 국제학술지 ‘유럽생화학회저널(FEBS Journal)’의 4월호 표지논문으로 게재됐다. (논문명 : Systems analysis identifies potential target genes to overcome cetuximab resistance in colorectal cancer cells)
암은 흔하게 발생하는 대표적인 난치병으로 특히 대장암은 전 세계적으로 환자 수가 100만 명을 넘어섰고, 국내의 경우 서구화된 식습관과 비만 등으로 인해 발병률 증가 속도가 10년간 가장 높게 나타났다. 최근 급격한 고령화에 따라 대장암 환자의 발생률 및 사망률이 가파르게 증가할 것으로 예상되고 있다.
최근 암세포의 특정 분자만을 표적으로 하는 표적항암제가 개발돼 부작용을 크게 줄이고 효과를 높일 수 있지만, 여전히 약물에 반응하는 환자가 매우 제한적이며 그나마 반응을 보이더라도 표적 항암치료 후 약물에 대한 내성이 생겨 암이 재발하는 문제를 안고 있다.
또한, 환자별로 항암제에 대한 반응이 매우 달라 환자의 암 조직 내 유전자 변이의 특징에 따라 적합한 치료를 선택하는 정밀의학의 필요성이 커지고 있다. 대장암 역시 약물의 효과를 예측할 수 있는 유전자 바이오마커의 여부에 따라 적합한 표적항암제를 처방하는 시도가 이뤄지고 있다.
FDA 승인을 받은 대표적인 대장암 치료제인 세툭시맙(cetuximab)의 경우 약물 반응성을 예측하는 바이오마커로 KRAS 유전자 돌연변이의 유무가 활용되고 있는데 이 유전자 돌연변이가 없는 환자에게 처방을 권고하고 있다.
그러나 KRAS 돌연변이가 없는 환자도 세툭시맙 반응률은 절반 정도에 불과하고 기존 항암 화학요법 단독시행과 비교해도 평균 5개월의 수명을 연장하는 데 그치고 있다. 오히려 KRAS 돌연변이가 있는 환자에게서 반응성이 있는 경우가 보고되고 있다.
따라서 KRAS 돌연변이 유무 이외의 새 바이오마커가 요구되고 있으며 KRAS 돌연변이가 존재해도 내성을 극복할 수 있는 병용치료 타겟의 발굴이 필요하다.
조 교수 연구팀은 유전체 데이터 분석, 수학 모델링, 컴퓨터 시뮬레이션 분석과 암 세포주 실험을 융합한 시스템생물학 연구를 통해 세툭시맙 반응성에 대한 바이오마커로 다섯 개의 새로운 유전자(DUSP4, ETV5, GNB5, NT5E, PHLDA1)를 찾아냈다.
그리고 대장암세포에서 각 유전자를 실험적으로 억제한 결과 KRAS 정상 세포에서 발생하는 세툭시맙 내성을 모두 극복할 수 있었다.
특히 GNB5를 억제하면 KRAS 돌연변이가 있는 세포주에서도 세툭시맙 처리에 따른 약물내성을 극복할 수 있음을 밝혔다. 따라서 GNB5의 억제를 통해 대장암 환자의 KRAS 돌연변이 유무와 관계없이 세툭시맙에 대한 내성을 극복할 수 있어 GNB5가 효과적인 병용치료 분자 타겟이 될 수 있음을 증명했다.
연구팀이 제시한 유전자를 바이오마커로 활용하면 세툭시맙에 잘 반응할 수 있는 민감 환자군을 미리 선별해 치료할 수 있는 정밀의학의 실현을 앞당길 수 있다.
또한, 발굴된 유전자들을 표적화하는 신약개발을 통해 내성을 가지는 환자군에 대해서도 새로운 치료전략을 제시할 수 있다. 특히 세툭시맙 치료 대상에서 제외됐던 KRAS 돌연변이가 있는 환자군에 대해서도 GNB5의 억제를 통해 치료 효과를 가져올 수 있을 것으로 기대된다.
조 교수는 “지금껏 GNB5 유전자 조절을 대장암의 조합치료에 활용한 예는 없었다”라며 “시스템생물학으로 암세포가 가지는 약제 내성의 원리를 밝히고, 내성 환자군에 대한 바이오마커 동정 및 내성 극복을 위한 병행치료 타겟 발굴을 통해 정밀의학을 실현할 수 있는 새로운 가능성을 제시했다”라고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 바이오의료기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 유럽생화학회저널 4월 표지
2019.05.07
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연구실 23년의 노하우로 제자와 공동 창업
〈기계공학과 권동수 교수와 8명의 공동 창업자를 포함한 이지엔도서지컬 기술개발팀(왼쪽부터 임창언, 김동규, 공덕유, 이동호, 김덕상, 양운제 연구원, 권동수 교수, 천병식, 김창균, 정덕균, 서현세 연구원)〉
지난 17일 대전 KAIST 문지캠퍼스 진리관에서는 의료 로봇 전문업체인 ‘이지엔도서지컬’의 창업식이 열렸다. 기계공학과 권동수 교수가 8명의 제자와 함께 창업한 이 회사는 KAIST의 66번째 교원 창업기업인데 권 교수가 연구실에서 쌓은 23년간의 노하우를 바탕으로 설립한 회사다.
회사가 실제로 문을 연 것은 2018년 2월이지만, 권 교수는 1년이 훨씬 지난 시점에서야 늦은 창업식을 개최했다. 설립 이후 수술 로봇 전문기업이라는 정체성 증명을 위해 우선 3개의 상용화 모델을 제작하는데 매진하는 등 가시적인 R&D 성과를 완성하고 나서야 사업 파트너와 투자자 등에게 확실한 사업 비전을 제시한 것이다.
식약처가 작년 발간한 보고서에 따르면 전 세계 수술 로봇시장은 매년 13.2%의 성장세를 보여 2021년에는 약 9조6천4백억 원 규모에 이를 것으로 예상된다. 그러나 이런 성장세와는 달리 국내 수술 로봇업계는 원천기술을 자력으로 연구해 확보하거나 상용화한 경험이 부족한 실정이다.
KAIST에서 시작한 글로벌 의료 로봇 기업으로의 성장을 비전으로 삼은 ‘이지엔도서지컬’은 순수 국내 연구진의 노하우로 세계적인 기술을 개발하고 체계적인 인·허가 시스템 정립과 상용화 등을 통해 로봇 수술 시장에서 국내 기술의 영향력을 확장해 가는 것을 목표로 삼고 있다.
신성철 총장은 이날 창업식 축사를 통해 “19세기 대학의 사명은 교육이었고, 20세기엔 지식 창출로 기관으로서 역할을 해왔다. 그러나 21세기에는 R&D를 비즈니스와 연결하는 R&BD를 통해 인류에 기여하는 방향으로 발전해야 한다”고 강조했다.
대학의 연구개발 성과를 경제적 가치로 창출하는 ‘기술사업화 혁신’은 신 총장이 취임 전부터 강조해온 가치인데, KAIST는 지난해 3월 발표한 ‘비전 2031’을 통해 구체적 혁신전략을 수립해 이를 추진 중이다.
우리 대학은 1971년 개교 이후 현재까지 대한민국 창업 산실로서 중추적인 역할을 담당해왔다. 지난‘80년대에는 메디슨·큐닉스·퓨처시스템 등 1세대 벤처를 탄생시키며 기틀을 닦았고, 네이버·넥슨·네오위즈 등‘90년대 IT 창업을 이끈 핵심 인재를 배출했다.
2000년대 들어서는 첨단소재·바이오·나노·IoT 등의 혁신 기술을 바탕으로 하는 기술 집약적인 창업을 선도하고 있다.
특히 과학기술에 바탕을 둔 기업가 정신을 캠퍼스 문화를 조성하고 체계적인 창업 지원 시스템 마련을 위해 2014년에 ‘KAIST 창업원’을 설치, 운영 중인데 창업원 출범 이후 약 4년간 30건의 교원 창업과 82건의 학생 창업기업을 각각 탄생시켰다.
1945년 하버드대에 창업 과정을 개설하며 대학의 R&BD를 일찍부터 강조해온 미국은 실리콘밸리를 통해 창업의 성공 신화를 구축했다. 미국은 여기에 만족하지 않고 오바마 정부 당시 성장 가능성이 높은 기업을 발굴해 경제 성장과 일자리 창출을 동시에 노리는‘스타트업 아메리카(Startup America)’정책을 추진한 데 이어 기존 기업을 성장시켜 경제 효과를 얻는‘스케일업 아메리카(ScaleUp America)’정책을 연이어 내놨다. 그 결과 미국은 2010년 이후 1천 550여만 개의 일자리가 창출된 것으로 발표했다.
이처럼 혁신 기술을 바탕으로 한 창업은 기존에 없던 고부가가치 시장을 새롭게 개척하고 경제적 가치를 창출해내는 대표적인 국가 성장의 원동력으로 자리를 잡아가고 있다.
우리대학이 주력하는 신기술 기반의 창업은 일반적인 아이디어 창업에 반해 고용 창출효과가 크고 기업 생존율이 우수하다는 특징이 있다. ‘이지엔도서지컬’도 학교로부터 26건의 특허를 이전받아 교수와 학생이 공동 창업한 케이스다.
수술 로봇은 인간의 한계를 넘어서는 고정밀도·고난이도의 기술이 요구되는 분야로 만성질환 발병 증가, 인구 고령화, 수술 절차의 복잡성 등에 따라 자동화에 대한 필요성이 증가하고 있다.
‘이지엔도서지컬’은 유연 수술 도구 제작과 제어 핵심 기술을 기반으로 안전하고 효과적이며 정확한 유연 내시경 수술로봇 개발에 집중할 계획이다.
권 교수는 “신생 벤처 기업 중 기업가치가 10억 달러 이상인‘유니콘(unicorn) 기업’이 전 세계에 311개가 있는데 그 중 우버·에어비앤비·샤오미 등의 기업은 100억 달러 이상의 가치를 ‘데카콘(decacorn) 기업’ 반열에 올라섰다”면서“대학이 연구실 창업을 적극적으로 지원, 이를 활성화할 경우 짧은 사업 기간 안에 높은 부가가치를 생산해 낼 수 있는 국내 유니콘 기업 수도 대폭 늘어날 것”이라고 강조했다.
2019.04.25
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조광현 교수, 뇌의 제어구조 규명
〈 조광현 교수 연구팀 〉
우리 대학 바이오및뇌공학과 조광현 교수 연구팀이 뇌 영역 간 복잡한 연결 네트워크에 내재된 뇌의 제어구조를 규명했다.
이번 연구를 통해 뇌의 동작 원리에 대한 이해를 높이고, 뇌의 제어구조 분석을 통해 뇌 질환 연구 및 치료에 응용될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 4차 산업혁명의 핵심기술로 주목받는 IT와 BT의 융합연구인 시스템생물학을 통해 규명했다는 의의가 있다.
이병욱 박사, 강의룡, 장홍준 박사과정이 참여한 이번 연구는 셀(Cell) 출판사가 펴내는 융합과학 국제학술지 ‘아이사이언스(iScience)’ 3월 29일 자에 게재됐다.
뇌의 다양한 인지기능은 뇌 영역들 사이의 복잡한 연결을 통한 영역 간 상호작용으로 이뤄진다. 최근 뇌의 연결성에 대한 정보가 뇌의 동작 원리를 파악하는 핵심이라는 의견이 대두되면서 세계적으로 뇌 연결성을 파악하기 위한 커넥톰(Connectome) 연구가 활발히 이뤄지고 있다.
이를 통해 뇌 영역 사이의 구체적 연결성이 파악되고 있지만 복잡한 연결성에 내재된 뇌의 동작 원리에 대한 이해는 아직 매우 부족한 상황이다. 특히 뇌의 강건하면서 효율적 정보처리 능력의 기반이 되는 뇌의 숨겨진 제어구조는 파악된 내용이 없다.
조 교수 연구팀은 뇌의 제어구조 분석을 위해 ‘미국국립보건원(NIH) 휴먼 커넥톰 프로젝트(Human Connectome Project)’에서 제공하는 정상인의 뇌 영상 이미지 데이터를 활용해 뇌 영영 간 네트워크를 구축했다.
이후 연구팀은 그래프 이론의 최소지배집합(minimum dominating set) 개념을 활용해 뇌 영역 간 복잡한 연결 네트워크의 제어구조를 분석했다.
최소지배집합이란 네트워크의 각 노드(뇌의 각 영역)가 링크(뇌의 서로 다른 영역간의 연결)로 연결된 이웃 노드에 직접적 영향을 줘 기능을 제어할 수 있다고 가정할 때, 네트워크를 구성하는 모든 노드를 제어하는 데 필요한 최소한의 노드 집합을 말한다.
기존 여러 연구를 통해 다양한 생체 네트워크 및 통신망, 전력망 등의 복잡계 네트워크를 제어하는 데 있어서 최소지배집합이 핵심적인 역할을 한다는 것이 보고된 바 있다.
연구팀은 최소지배집합을 기반으로 ‘제어영역의 분포(distribution of control)’와 ‘제어영역의 중첩(overlap in control area)’이라는 두 가지 지표를 정의한 뒤 이를 기준으로 총 네 종류의 제어구조를 정의했다.
이후 연구팀은 브레인 네트워크를 비롯해 도로망, 통신망, 소셜 네트워크 등 실존하는 다양한 복잡계 네트워크가 어떤 제어구조를 갖는지 분석했다. 분석 결과 뇌는 다른 대부분 네트워크와는 달리 제어영역이 분산된 동시에 서로 중첩된 특이한 구조로 이뤄짐을 밝혀냈다.
뇌의 이러한 제어구조는 외부 섭동에 의한 네트워크의 높은 강건성을 유지하면서 동시에 여러 인지기능을 효율적으로 수행하기 위한 영역들의 상호 활성화를 다양하게 하기 위한 것임을 밝혔다.
IT와 BT가 융합된 시스템생물학 접근을 통한 브레인 네트워크의 구조분석은 인공지능의 발전에도 기여할 것으로 보인다. 브레인 네트워크의 진화적 설계원리에 대한 이해를 높인다면 컴퓨터 과학자들이 이를 이용해 새로운 인공지능 기술을 개발할 수 있다.
조 교수는 “지금껏 뇌의 제어구조가 밝혀진 바가 없었다”라며 “복잡한 연결성에 숨겨진 브레인 네트워크의 진화적 설계원리를 시스템생물학 연구를 통해 찾아냄으로써 뇌의 동작 원리를 파악할 수 있는 새로운 가능성을 제시했다”라고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 바이오의료기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 뇌의 제어구조 규명
그림2. 뇌 영역 간 네트워크 구축
2019.04.10
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이흥규 교수, 수지상세포 자식작용의 역할 규명
〈 이흥규 교수 〉
세포 항상성을 유지해주는 ‘자식작용’의 또 다른 기능이 보고됐다. 우리 대학 의과학대학원 이흥규 교수 연구팀이 T세포의 항암 활성이 유도되는 과정에서 수지상세포 자식작용이 기여함을 규명했다.
이번 연구결과는 국제학술지 ‘오토파지(Autophagy)’ 3월 22일 자에 게재됐다.
자식작용은 세포 내 노폐물 및 손상된 세포 소기관을 제거해 세포의 항상성을 유지하는 과정이다.
수지상세포는 병원균이나 암 항원을 인지해 T세포의 면역반응을 유도하는 세포이다. 방사선이나 항암제에 의해 암세포가 사멸하면 수지상세포가 이를 흡수‧제거하고, 자신의 표면에 항원을 제시해 T세포에 전달해주는 기능을 한다.
연구팀은 수지상세포의 자식작용이 T세포 활성화에서 핵심 역할을 한다는 것을 밝히고 항암 효과를 높일 수 있는 원리를 제시했다.
실험결과 자식작용을 일으키는 Atg5 유전자가 결손될 때 수지상세포의 T세포 활성화 기능이 떨어지고 항암 면역반응이 감소했다.
Atg5가 결손되면 수지상세포 표면의 CD36 수용체가 월등히 증가하는데, 이로 인해 식세포작용(암 항원의 흡수)만 과활성되고 항원 제시를 통한 T세포 활성화가 정상적으로 이뤄지지 않는다.
이때 항체를 도입해 CD36 수용체를 다시 억제하면 T세포 면역반응이 많이 증가하고 암의 성장이 억제됐다.
이흥규 교수는 “이번 연구를 통해 자식작용이 T세포의 항암 면역반응에 관여하는 기능을 새롭게 규명했다”라 “향후 CD36 수용체를 활용한 표적 항암치료제 개발의 단초가 되길 기대한다”라고 밝혔다.
이 연구성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 바이오‧의료기술개발사업의 지원으로 수행됐다.
□ 그림 설명
그림1. 수지상세포 자식작용의 기전
그림2. 항원제시에서 수지상세포 자식작용의 기능
2019.04.02
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