뇌에 혈액을 공급하는 혈관이 막히거나 터지는 뇌졸중은 심할 경우 사망에 이르거나 치료의 골든아워를 놓칠 경우 뇌손상으로 인해 평생 신체장애를 안고 살아야 하는 질환이다. 국민건강보험공단 통계에 따르면 국내 전체 사망원인 4위, 단일 질환으로는 1위로 나타났다. 문제는 뇌졸중 발생시 뇌세포를 보호할 수 있는 마땅한 치료제가 없다는 것이다. 이에 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌과학과, 계명대 의대 약리학교실 공동 연구팀은 분자모델링을 통해 생체 호르몬인 ‘에리트로포이에틴’(EPO) 구조를 변형시킨 물질을 만들어 부작용을 최소화한 뇌졸중 치료제 후보물질을 개발했다고 28일 밝혔다. 이번 연구 결과는 생명과학 분야 국제학술지 ‘레독스 바이올로지’에 실렸다. EPO는 적혈구 생성에 관여하는 호르몬으로 저산소 상태에서도 뇌를 포함한 다양한 조직에서 세포 보호 효과를 갖고 있다. 이에 많은 과학자들이 EPO나 EPO재조합체의 신경세포 보호기능을 활용한 뇌졸중 치료제 개발을 시도했지만 과도한 적혈구 생성이나 종양 유발 같은 부작용이 관찰됐다. 이에 연구팀은 분자모델링을 통해 EPO 수용체에 결합하는 EPO 핵심부위인 EPO 나선구조에 존재하는 여러 아미노산을 바꿔 다양하게 구조를 변형시켰다. 이런 방식으로 선별된 펩타이드 유사체들을 약물 후보물질로 합성해 실험한 결과 세포보호 효과를 갖고 산화스트레스에서 신경세포 보호효과를 보이는 한편 활성산소 생성을 억제하는 물질을 찾아냈다. ‘ML1-h3’로 이름 붙여진 뇌졸중 치료제 후보물질을 허혈성 뇌손상이 발생한 동물에게 투여했을 경우 신경세포 사멸을 막아 뇌손상을 억제하는 것을 발견했다. 또 적혈구 과다생성 같은 혈액학적 부작용도 관찰되지 않았다. 문제일 DGIST 뇌과학과 교수는 “이번 연구는 생체 호르몬 활성 메커니즘 이해를 바탕으로 생체 호르몬의 여러 기능을 분리해 조절하는 접근법을 통해 부작용 없는 뇌졸중 치료제를 개발할 수 있게 했다”며 “추가 연구를 통해 부작용 없는 뇌졸중 치료물질을 개발해 환자에게 적용할 수 있을 것”이라고 설명했다.

DGIST 뇌과학과 김경진 교수 연구팀이 파킨슨병의 일몰증후군과 일주기 생체시계와의 분자적 연결고리를 세계 최초로 규명하고, 이를 치료할 수 있는 새로운 분자표적을 제시했다. 향후 파킨슨병에서 비롯된 정서장애 치료제를 개발하는데 도움이 될 것으로 기대된다. 김 교수팀은 파킨슨병 생쥐 모델에서 해가 뜨는 특정시간대(주행성인 사람에서는 해가 질 때와 동일)에 불안증과 우울증이 나타나는 것을 관찰했다. 또한, 일주기 생체시계를 조절하는 유전자인 REV-ERBα의 길항제인 SR8278을 생쥐 모델에 투여했고, 해가 뜰 때 특이적으로 파킨슨병 생쥐 모델에서 나타나는 불안증, 우울증을 회복시킬 수 있다는 것을 입증했다. SR8278 처리시 정서조절의 일주기 리듬이 사라졌던 파킨슨병 생쥐 모델에서도 정상생쥐처럼 정서조절의 일주기 리듬을 구현할 수 있다는 것을 확인했다. 이와함께 파킨슨병 생쥐모델에서는 해가 뜨는 특정 시간대에 중뇌 복측 도파민 뉴런에서 일주기 생체시계를 조절하는 유전자인 REV-ERBα와 촉진적 역할을 하는 전자인자인 NURR1의 발현 및 TH 유전자로의 결합력이 망가짐으로써, TH 발현과 정서조절의 일주기 리듬이 사라지는 것을 관찰했다. 반면, 파킨슨병 생쥐모델에 SR8278을 처리하면, 해가 뜰 때 도파민 뉴런에서 REV-ERBα와 NURR1의 경쟁적 상호작용이 회복되면서 TH 발현과 정서조절의 일주기 리듬이 회복되는 것을 관찰했다. 김 교수는 “해당 연구를 통해 그동안 학계에 난제로 남아 있던 파킨슨병의 일몰증후군이 일주기 분자생체시계 교란과의 분자적 연결고리를 밝혔다는 점에서 큰 의미가 있다.”고 밝혔다. 이번 연구결과는 DGIST 뇌과학과 김정아 박사, 박인아 박사과정생의 주도로 수행됐으며 신경과학 분야 국제 학술지 ‘뉴로테라퓨틱스 (Neurotherapeutics)’ 온라인판에 3월 23일 게재됐다. 또 과학기술정보통신부과 한국연구재단의 ‘중견연구지원사업’과 ‘기초연구지원사업’의 지원을 받아 수행됐다.

파킨슨병은 알츠하이머와 함께 대표적인 퇴행성 뇌질환이다. 도파민 신경세포가 어떤 이유에서인지 줄어들면서 나타나는 파킨슨병은 근육 강직, 운동기능 저하 등 증상을 시작으로 걸음을 걷기 어려워지고 일상생활을 수행하기 어려워진다. 이와 함께 일주기 리듬 교란으로 수면 장애가 발생하고 이 때문에 오후에 불안, 우울 같은 정서적 난조를 겪는 경우가 많다. 일몰증후군이라는 이런 증상은 치매환자의 20%도 앓고 있는 증상으로 알려져 있다. 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌과학과 연구팀은 파킨슨병 일몰증후군과 일주기 생체시계의 관계를 분자차원에서 처음으로 밝혀내고 이를 치료할 수 있는 표적을 찾았다고 27일 밝혔다. 이번 연구 결과는 신경과학 분야 국제학술지 ‘뉴로테라퓨틱스’에 실렸다. 그동안 일몰증후군과 같은 파킨슨병의 정서질환에 대한 메커니즘은 거의 밝혀지지 않았다. 연구팀은 파킨슨병을 유발시킨 생쥐를 관찰한 결과 사람과 똑같이 해가 뜨는 특정시간대에 불안증, 우울증이 나타나는 것이 확인됐다. 이 때 일주기 생체시계를 조절하는 유전자(REV-ERBα)의 길항제 SR8278을 생쥐에게 투여한 결과 일반 생쥐들처럼 일주기 리듬을 회복해 불안증, 우울증을 치료할 수 있다는 것도 밝혀냈다. 연구를 이끈 김경진 DGIST 교수는 “이번 연구는 그동안 생명과학 분야에서 풀리지 않는 문제로 남아있던 파킨슨병의 일몰증후군이 일주기 분자생체시계 교란과 분자적 연결고리를 밝혀냈다는 점에 의미가 크다”며 “이번에 발견한 신규 약물은 파킨슨병 정신장애 치료제 개발에 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.

DGIST 로봇및기계전자공학과 김회준 교수팀이 버려지는 코코넛 껍질 섬유의 압전 특성을 활용한 유연한 에너지 하베스팅 소자를 개발했다. 코코넛은 열대지역에서 쉽게 재배가 가능한 식용식물로서 버리는 부분이 없는 열매로 알려져 있다. 열매는 먹을 수 있으며, 코코넛 워터는 음용이 가능하다. 반면, 단단한 껍질은 수세미와 같은 용도로 비행기 엔진 청소 등에 적용되고 있지만 수요에 비해 버려지는 양이 월등히 많다. 이로 인해 매년 2억 5000만t의 코코넛 껍질이 버려져 지구온난화와 토지 환경오염의 주범으로 꼽힌다. 이에 김 교수 연구팀은 단단한 코코넛 껍질의 섬유에서 균일한 결정을 가진 형태로 구성된 셀룰로오스 구조를 관찰했다. 방향성을 지닌 셀룰로오스 나노결정은 압전성을 지니고 있어 다양한 에너지 또는 자가발전 센서로 활용할 수 있다. 본 연구팀은 이를 활용해 코코넛 껍질의 섬유로부터 고순도의 파우더를 추출하는 공정을 통해 압전 나노파우더를 확보하고 이를 압전 폴리머인 PVDF에 적용해 고효율 압전 에너지 하베스터를 개발했다. 코코넛 파우더-PVDF 복합체의 특성분석을 통해 기존 PVDF보다 우수한 압전성을 확인했으며 이를 기반으로 제작된 에너지 하베스터는 약 16배 높은 출력전압과 12배 높은 출력전류량을 달성했다. 본 연구를 통해 제작된 코코넛 섬유 기반 에너지 하베스터는 LED 전구, 전자계산기와 같은 소형 전자기기의 전력원으로 활용이 가능하다. 또한, KF94 마스크에 부착하여 사용자의 호흡과 기침 패턴 분석에 활용했다. 그 결과, 추출된 호흡패턴의 분석을 통해 건강의 이상 유무 판단이 가능했다. 김 교수는 “친환경 소재에도 우수한 압전 특성이 존재해 기존 재료의 한계를 뛰어넘을 수 있다는 점에서 큰 의미가 있다”고 말했다.

대구경북과학기술원(DGIST) 화학물리학과 김성균 교수팀이 바닷물을 식수로 바꾸는 친환경 기술을 개발했다. 김 교수팀이 개발한 친환경 태양광 해수 담수화 소재는 한천과 나노 셀룰로스를 기반으로 해 환경 문제에서 자유롭다. 특히 한천은 흡수 성능이 뛰어나 소내 내부로 물을 잘 전달하고 담수화 과정 중 내부에 염이 축적되지 않는 것으로 확인됐다. 연구팀이 태양광 아래서 실험한 결과 단위 면적(㎡)당 하루 평균 5.95㎏ 담수 제조가 가능한 것으로 나타났다. 또 9일간 실험을 거친 후 소재 내외부 소금 농도에는 변화가 없었다. 또 소재를 사용한 후 폐기하면 자연 분해돼 환경 문제에서 자유롭고 회수, 재생 후 재사용도 가능하다. 소재 단가는 단위 면적당 0.27달러에 불과했다. 김 교수는 “이번 연구는 자연에서 쉽게 얻을 수 있는 매우 저렴한 원료인 한천과 셀룰로스로 간단히 제작이 가능한 담수화 소재를 개발해 저개발 국가나 외딴 섬 식수 문제 해결 가능성을 보여줬다는 점에서 의미가 있다”고 말했다. 석사과정 임홍섭 씨가 제1 저자로 참여한 이 연구 결과는 지난달 15일 국제학술지인 ‘담수화’(Desalination)에 실렸다.

1970년대 미국에서는 베트남전 참전 후 귀국한 군인들 중에서 우울증과 불안장애를 겪거나 과도한 폭력성향을 보이는 이들이 증가했다. 이전까지는 전투피로증으로 알려져 있지만 베트남전 이후 정신과학계에서는 ‘외상후스트레스장애’(PTSD)라는 신경정신과질환으로 구분하기 시작했다. PTSD는 전쟁 뿐만 아니라 대형사고, 자연재해를 만나거나 가정 및 학교폭력, 학대 등으로 인해 심각한 사건을 경험한 뒤 나타나는 것으로 알려졌다. 충격적이고 잊고 싶은 기억이 반복적으로 떠오르면서 정상적인 사회생활을 방해하고 알콜중독이나 우울증, 조현병 등으로 발전될 가능성이 크다. 이 때문에 많은 과학자들은 잊고싶은 충격적인 기억을 지울 수 있는 방법을 연구하고 있다. 이런 가운데 국내 연구진이 잊고 싶은 공포기억을 조절할 수 있는 새로운 방법을 찾았다. 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌·인지과학전공 연구진은 뇌신경회로 내 억제성 시냅스 기능이 공포기억 형성에 관여하고 이를 조절할 수 있는 단백질을 발견했다고 6일 밝혔다. 이번 연구결과는 의학 분야 국제학술지 ‘생물 정신과학’ 지난해 12월 31일자에 실렸다. PTSD는 남성 20명중 1명, 여성은 10명중 1명 꼴로 경험하는 의외로 흔한 신경질환이다. 그렇지만 현재는 인지행동치료와 선택적 세로토닌 재흡수 차단제 계통의 우울증 약물치료가 병행되고 있을 뿐 PTSD를 직접 치료할 수 있는 방법은 없다. 연구팀은 기억에 관여하는 해마 안쪽 흥분성신경세포에서 특정 단백질의 활성을 조절할 수 있는 생쥐를 이용해 실험을 했다. 그 결과, IQSEC3라는 단백질 활성을 억제하면 해마 신경세포의 억제성 시냅스 숫자, 신경전달, 장기가소성이 감소하는 것이 확인됐다. PTSD의 주요 원인인 충격적이고 나쁜 기억을 IQSEC3 단백질을 이용해 조절할 수 있다는 사실을 알게 된 것이다. 연구를 이끈 엄지원 DGIST 교수는 “이번 연구는 공포기억 형성을 매개하는 핵심인자를 밝혀내 PTSD를 수반하는 뇌질환의 신규 치료전략으로 활용하는데 도움을 줄 것”이라고 설명했다.

대구 자율주행 유상운송시대가 열렸다. 대구시는 5일 오후 대구경북과학기술원(DGIST)에서 ‘대시민 유상운송 서비스’ 출범식을 개최했다. 자율주행 유상운송은 ‘자율주행자동차 상용화 촉진 및 지원에 관한 법률’에 근거해 국토교통부로부터 ‘자율주행 시범운행지구’로 지정된 구역에서만 허용된다. 대구에서는 테크노폴리스·국가산단(17.1㎢), 수성알파시티(2.2㎢) 일원이 시범운행지구로 지정됐다. 유상운송 서비스는 테크노폴리스부터 우선 시작하며, ‘DGIST~대구과학관~유가읍 금리’ 노선(약 7.2km)의 면허는 ㈜소네트가, ‘포산공원~옥녀봉사거리~유가사사거리~중리사거리’ 노선(4.3km) 면허는 ㈜에스더블유엠이 받는다. 자율주행 유상운송 1호 시민승객의 영예는 대구시 소셜미디어 이벤트 참여를 통해 선정된 ‘신승섭씨(93년생)’에게 주어졌다. 향후 자율주행차 탑승을 희망하는 시민은 모바일 앱을 이용해 차량을 예약 호출하면 되고, 토요일·공휴일을 제외한 오전 10시부터 오후 5시까지 이용 가능하다. 권영진 대구시장은 “이번 시범운행지구 유상운송 출범을 계기로 테크노폴리스 일대를 혁신기업이 성장하고 창의 인재들이 몰려드는 대한민국의 대표 자율주행 실리콘밸리로 키워나가겠다”고 밝혔다.

DGIST 나노융합연구부 김정민 박사팀과 연세대 이우영 교수팀이 수소에 노출되는 순간 바로 감지가 이뤄질 뿐만 아니라 누출된 수소가스 농도에 대한 정량 분석이 가능한 기술을 개발했다. 최근 수소 에너지에 대한 관심이 증가하는 가운데 고인화성, 폭발성을 갖는 수소가스에 대한 불안감도 높아져 수소가스를 빠르게 감지할 수 있는 센서 개발이 주목받고 있다. 기존 팔라듐 금속 기반의 센서는 산화 팔라듐 입자가 수소와 만나 팔라듐 입자로 환원되며 일어나는 전도성의 차이를 통해 수소 누출을 감지하므로 누출 농도를 정확히 측정하는 데 한계가 있었다. 김 박사팀이 연구한 팔라듐 나노갭 기반 수소 감지 기술은 누출된 수소가스에 의한 팔라듐 금속의 팽창으로 나노갭을 메우고 이로 인해 전기가 흐르며 누출을 탐지하는 원리로 작동한다. 누출되는 수소가스 농도에 비례해 흐르는 전류가 더 많아지는 특성을 활용해 누출과 관련해 정량적인 분석이 용이하다. 김 박사는 “이번 연구는 효율적이고도 정확한 신개념 수소 감지 센서를 대량 생산하기 위한 방법을 제시한다는 점에서 의미가 있다”고 말했다. 이 연구 결과는 지난 11월 22일 신소재 과학 분야 국제학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼스’(Advanced Materials)에 온라인으로 실리고 권두 표지(Frontispiece) 논문으로 채택됐다.

전국 치매역학조사 자료에 따르면 2017년 기준 국내 치매환자는 약 70만명이다. 2050년에는 303만명까지 증가할 것으로 예상된다. 전체 치매환자의 약 70%는 알츠하이머가 원인으로 기억력과 인지능력 저하, 우울증과 감각기능 장애를 겪는다. 이 때문에 치매를 조기에 진단해 대응하는 것이 무엇보다 중요하다. 대구경북과학기술원(DGIST) 뇌·인지과학전공, 네덜란드 마스트리히트대 공동연구팀은 알츠하이머 치매 환자의 후각상실 원인을 밝혀냈다고 22일 밝혔다. 이번 기술을 통해 새로운 알츠하이머 치매 치료와 진단법을 개발할 수 있을 것으로 보인다. 이번 연구결과는 신경과학 분야 국제학술지 ‘뇌 병리학’에 실렸다. 알츠하이머 치매 환자의 90% 이상은 후각상실을 겪는데 정확한 병리학적 원인은 밝혀지지 않았다. 연구팀은 네덜란드 뇌은행에서 사후 기증된 알츠하이머 치매 환자 6명과 일반인 7명의 후각망울 조직을 분양받았다. 후각망울은 대뇌 반구 전두엽 아래 쪽에 기다란 풍선 모양으로 부풀어 있는 부위로 후각신경이 포함돼 있다. 연구팀은 후각망울과 후각 사구체의 해부학적 구조변화 관찰과 후각 신경세포의 베타아밀로이드, 미세아교세포, 신경전달물질 발현 변화를 평가하기 위해 면역화학적 분석도 실시했다. 후각 사구체는 후각 망울에서 후각 신경세포 다발들과 접하는 부위이다. 그 결과, 연구팀은 알츠하이머 치매 환자들에게서는 후각망울이 쪼그라든 형태학적 손상과 함께 후각 신경세포 곳곳에 베타아밀로이드 단백질이 축적된 것을 확인했다. 후각 신경세포가 모여있는 신체부위가 손상되고 알츠하이머 치매 유발 단백질인 베타아밀로이드가 축적됨으로써 신경세포인 시냅스 밀도가 줄고 신경전달물질이 억제돼 후각을 상실하게 된다는 것이다. 문제일 DGIST 교수는 “이번 연구를 통해 그동안 밝혀지지 않았던 알츠하이머 치매와 후각상실의 병리학적 메커니즘을 규명했다”라며 “말초 후각신경계와 중추 후각신경계가 만나 시냅스를 이루는 후각사구체와 후각망울 손상이 알츠하이머 치매 발병과 관련이 있다는 것을 알아냄으로써 새로운 조기진단법 개발에 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다.

국내 연구진이 인체줄기세포를 이용한 마이크로로봇으로 뇌종양이나 알츠하이머 같은 뇌신경계 질환을 치료할 수 있는 방법을 개발해 주목받고 있다. 대구경북과학기술원(DGIST) 로봇공학전공, DGIST-스위스취리히연방공과대(ETH) 마이크로로봇연구센터, 가톨릭대 서울성모병원 이비인후과 공동연구팀은 사람의 줄기세포를 이용해 외부 자기장으로 움직일 수 있는 마이크로로봇을 만들고 줄기세포 치료제를 뇌로 쉽게 이동시킬 수 있는 방법도 찾았다고 2일 밝혔다. 이번 연구결과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 헬스케어 머티리얼스’에 실렸다. 줄기세포치료제는 다양한 질병에 대해 부작용이 적다는 장점이 있기는 하지만 체내 깊숙한 곳에 위치한 환부나 신체부위에 정확한 양을 정확하게 전달하기 쉽지 않다는 한계가 있다. 또 줄기세포치료제가 전달되는 과정에서 체내에서 흡수되거나 사라지는 양이 많아 치료 효율성이 떨어지고 치료비용이 비싸다. 게다가 뇌신경계에 치료가 필요한 경우는 뇌혈관 특유의 혈액-뇌 장벽 때문에 전달효율이 떨어지기도 한다. 혈액-뇌 장벽은 뇌 속에 세균이나 이물질이 쉽게 침투하는 것을 막기 위한 뇌혈관의 특성이다. 이에 연구팀은 사람의 콧 속 작은 뼈인 하비갑개에서 추출한 줄기세포로 외부 자기장으로 움직일 수 있는 마이크로로봇을 개발했다. 생체접합성이 높은 ‘사람유래 줄기세포 기반 자성마이크로로봇’은 외부에서 자기장을 이용해 무선으로 목표지점까지 빠르고 정확하게 약물을 전달할 수 있다는 장점이 있다. 실제로 생쥐를 이용해 실험한 결과 쥐의 혈액-뇌장벽을 우회하는 후각경로를 통해 마이크로로봇이 대뇌피질까지 정확하게 도달해 줄기세포치료제를 전달하는 것을 확인했다. 연구에 참여한 DGIST 로봇공학전공 최홍수 교수는 “이번 연구결과는 뇌 조직 내 약물 전달이 쉽지 않다는 문제를 줄기세포 마이크로로봇 기술로 해결한 것”이라며 “특히 이번에 개발한 기술은 기존의 수술법보다 효과적이고 안전하기 때문에 알츠하이머, 파킨슨병, 뇌종양 등 다양한 난치성 뇌신경계 질환 치료에 도움을 줄 수 있을 것”이라고 말했다.

전립선암을 조절하는 ‘ZNF507’ 유전자가 발견됐다. 또 발견한 유전자가 전립선암을 조절하는 분자생물학적 과정까지도 규명해, 향후 관련 분야 활용이 기대된다. DGIST 핵심단백질자원센터 최성균 센터장 연구팀과 경북대 류재웅 교수 공동 연구팀은 전립선암 조직 내 ‘ZNF507’이라는 유전자가 정상적인 전립선 조직에 비해 매우 높게 발현하고 있다는 사실을 발견했으며, 해당 유전자가 전립선암에서 실제 높게 발현하며 암이 악화될수록 발현이 증가한다는 것을 확인했다. 추가적으로 공동 연구팀은 ZNF507의 활동 등을 억제한 전립선암 세포주를 확립해 전립선암의 표현형을 추적 관찰할 수 있는 다양한 연구를 진행했다. 그 결과, 실제로 ZNF507의 발현이 억제되면 암의 증식과 군집 능력이 현저히 감소하고, 그로 인해 암이 다른 조직으로 이동하고, 투과해가는 능력 또한 줄어드는 것을 확인했다. 또한, 암 세포가 스스로 죽는 ‘세포 자살’ 또한 증가한 것을 확인했다. DGIST 최 센터장은 “기존 전립선암 항암제 치료는 시간이 갈수록 효능이 감소하는 항암제 저항성, 심혈관계 질환 등 여러 부작용들이 있어 치료에 문제점이 많았지만, 이번 연구 결과를 잘 활용한다면 이러한 부작용들을 극복하는 근본적인 치료가 가능한 신약개발이 이뤄질 것”이라고 말했다. 이번 연구결과는 종양학 분야 세계적 학술지인 ’Journal of experimental & clinical cancer research’ 지난 18일 온라인 게재됐다

국내 연구진이 대표적인 남성암인 전립선암의 전이와 재발을 유발시키는 핵심 유전자를 발견했다. 대구경북과학기술원(DGIST) 핵심단백질자원센터, 경북대 공동연구팀은 전립선암 진행을 조절하는 ‘ZNF507’이라는 유전자를 발굴했다고 28일 밝혔다. 이번 연구결과는 의학분야 국제학술지 ‘실험 및 임상 암연구’(Journal of experimental & clinical cancer research)에 실렸다. 전립선암은 국내외를 막론하고 남성에게서 많이 발병하는 대표적인 암종이다. 암 전이율은 물론 사망률이 높은 것으로 알 전립선암 치료는 다른 암들과 마찬가지로 외과수술, 호르몬 차단요법, 방사선치료, 화학요법 등이 많이 활용되지만 장기간 치료시 약물 저항성이 생겨 치료효과가 떨어지는 경우가 많다. 전립선암은 전이율은 물론 사망률도 높고 완치되더라도 재발사례도 많아 치명적 암종 중 하나로 꼽힌다. 이에 연구팀은 전립선암 환자의 시료를 이용해 분석한 결과 전립선암 조직 내에 ZNF507이라는 유전자가 정상 전립선조직에 비해 많고, 암이 악화될수록 해당 유전자 발현이 증가한다는 것도 확인했다. 세포실험을 통해 ZNF507를 억제할 경우 암의 증식 능력이 현저하게 감소해 전이능력도 줄어들고 암세포 스스로 죽는 세포자살도 증가한다는 것을 확인했다. 연구팀은 ZNF507 활성화와 암 발생, 전이에 대한 분자생물학적 메커니즘도 파악하는데 성공했다. 사람의 전립선암 조직과 동물실험을 통해 ZNF507 유전자 발현이 억제될 경우 암세포 신호전달이 차단되면서 암세포 성장과 전이에 필요한 힘이 억제된다는 것을 밝혀냈다. 최성균 DGIST 핵심단백질자원센터 센터장은 “기존 전립선암 치료제는 시간이 갈수록 내성이 생기거나 효능이 감소하고 심혈관계 질환을 일으키는 등 부작용이 있어 치료에 문제가 많았다”라며 “이번 연구는 기존 전립선암 치료가 갖는 한계를 극복하고 새로운 치료제나 치료기법을 찾는데 도움이 될 것”이라고 말했다.

DGIST 로봇공학전공 김소희 교수 연구팀이 3차원 구조의 마이크로니들 어레이형 뇌 전극에 약물 전달 기능을 탑재한 유연성 다기능 뇌-기계 인터페이스 기술을 개발했다. 앞으로 장기간 이식이 필요한 뇌질환 치료용 전극으로 활용 가능할 것으로 기대된다. 김 교수팀은 여러 개의 마이크로니들이 유연한 폴리머 플랫폼으로 지지되고 있는 3차원 전극 기술을 기반으로, 유연한 폴리머 케이블에 유체 채널을 집적했다. 이를 통해 전기적 신호 전달과 화학적 약물 전달의 두 가지 기능을 동시에 할 수 있는 다기능 케이블 및 연결기술을 개발했다. 이 기술을 활용하면 약물 전달 채널을 통해 항염증 약물을 전극이 있는 곳에 정확하게 전달할 수 있게 된다. 이로 인해 뇌-기계 인터페이스 기술과 같이 장기간 뇌에 이식된 채로 사용해야 하는 전극의 수명 연장이 가능할 것으로 기대된다. 김 교수는 “뇌질환 치료용 약물의 약효 검증도 가능하여 치료제 개발에도 활용 가능할 것”이라고 설명했다.

DGIST는 메타버스 플랫폼을 활용한 ‘2021년 제1회 DGIST Power Bridge in METAVERSE’를 오는 27일에 개최한다. 이번 행사는 국내 대학 최초로 메타버스 플랫폼을 IR행사에 적용해 신종 코로나바이러스(코로나 19)로 인한 비대면 행사의 한계에서 벗어나 효과적인 소통 환경과 현장감을 제공할 예정이다. ‘DGIST Power Bridge’행사는 DGIST 기술 기반 창업기업의 비즈니스모델 소개 및 창업 관련 관계자들의 소통과 협력의 기회를 제공하는 행사다. 2018년부터 4년째 개최하고 있으며, 국가?지역을 대표하는 기업, 국내?외 벤처캐피털 등 관계자들로부터 매년 뜨거운 관심과 집중을 받아왔다. 이번 행사에서는 DGIST의 우수기술에 기반한 3개의 스타트업(짐보로보틱스, 인피닉스, 사바나뮤직)의 투자 IR 발표가 진행된다. 또한, 가상 박람회 부스를 통한 ▲DGIST 스타트업 전시 ▲메타버스 퍼포먼스 공연 ▲O,X퀴즈 등 다양한 볼거리와 즐길 거리를 통해 참여자의 흥미를 유발하고 적극적인 참여를 유도하고자 한다. DGIST 산학협력단 이동하 단장은 “우리 DGIST에서 국내 대학 최초로 진행하는 메타버스 기반 IR행사는 디지털 트렌드에 걸맞는 새로운 방식으로써 대면 행사에 대한 참가자들의 갈증을 해소해줄 수 있을 것으로 기대된다.”고 밝혔다. 또 “이같이 적극적으로 창업기업들을 지속적으로 발굴?육성한 결과 최근 3개 스타트업의 시리즈A 투자유치, 6개 예비창업팀의 예비창업패키지 지원 선정 등 괄목할만한 성과를 이루어내고 있다” 라며 “앞으로도 창업기업에 대한 전방위 지원을 통해 미래 혁신산업을 개척하여 지역사회와 국가 산업 발전에 기여하겠다.”고 덧붙였다.

DGIST 신물질과학전공 이성원 교수 연구팀은 단층 그래핀과 금속산화물 이종접합 물질을 이용해 얇고 유연하면서도 기계적 안정성이 우수한 에너지 저장소자 개발에 성공했다. 개발된 에너지 저장소자는 피부 부착형 웨어러블 기기의 보조 전원으로의 활용이 기대된다. DGIST 이성원 교수팀은 0.1mm 이하의 초박막 형태로 수퍼캐패시터를 제작, 접어서도 사용가능한 정도의 기계적 유연성을 확보했다. 특히 개발한 슈퍼캐패시터는 접어 사용하더라도 펼쳤을 때와 동일한 전기적 특성을 보장하는 장점을 가져, 웨어러블 제품의 에너지 소자로 피부에 부착되더라도 자유로운 움직임 속에서 특성의 변화 없는 안정적인 에너지 공급이 가능하다. 이번 연구를 통해 개발된 슈퍼캐패시터는 단층 그래핀 위에 금속 산화물을 성장·접합시켜 제작한 것으로, 산업 현장에서의 실질적인 활용이 많지 않던 단층 그래핀을 활용한 대표적인 사례로서의 의미가 크다. 뿐만 아니라, 금속산화물을 다른 물질과 접합시킬 때 나타나는 복잡한 변화에 대해서도 관찰함으로써, 향후 관련 연구 분야 가이드라인으로서의 의미도 함께 지닌다. DGIST 신물질과학전공 이성원 교수는 “이번 연구를 통해 완성한 수퍼캐패시터는 총 두께 30μm(마이크로미터), 단위 면적당 저장용량 7.76mF/cm2로, 1000번의 충전과 방전을 시행하여도 거의 동일한 저장용량을 보장해, 물성이 변하지 않는 장점을 갖고 있다”며 “여러 장점이 많은 슈퍼캐패시터지만 현재 다른 상용 배터리보다 다소 낮은 총 에너지 저장용량을 해결하기 위해 추가적인 연구를 계속해나갈 예정이다”고 밝혔다. 이번 연구는 DGIST 신물질과학전공 난다나팔리(Nandanapalli) 박사 후 연구원 등이 참여했고, 에너지 분야 국제학술지 ‘나노 에너지(Nano Energy)’에 지난 6월 24일 온라인 게재됐다.

DGIST D-PIC(디지털제조혁신사업단) 사업단은 최근 기업이 필요로 하는 기술지원 및 혁신을 위한 17개 연구 과제를 기업 수요기술 조사를 통해 최종 선정했다. 이는 모두 기업의 실질적인 기술 고도화 및 다양한 원천 연구를 포함한 것으로 향후 대구·경북 지역 기반의 기업들의 산업 기반을 향상시키는데 도움을 줄 것으로 기대된다. 올해 1월, D-PIC사업단은 지역제조기업의 전통적인 생산 공정 혁신과 이를 위한 연구 및 첨단제조솔루션개발 지원을 핵심 목표로 운영을 시작했다. D-PIC사업단은 출범 이후 기업이 필요로 하는 기술의 수요기술 조사를 통해 17개 연구 과제를 선정했다. 이는 모두 DGIST가 직접 보유중이거나 혹은 지원 가능한 기술을 활용, 지역 기업의 기술 관련 수요에 맞춰 지원책을 수립·운영한 결과이다. 해당 연구과제들은 크게 2가지 유형으로 구분되어 기업과의 협업으로 진행될 예정이다. 두 유형은 각각 ▲원천연구형 기업지원연구과제, ▲응용연구형 기업지원연구과제다. ‘원천연구형 기업지원연구과제’는 기업이 제품·공정 등을 개발하는데 필요한 독창적이고 지속적으로 부가가치를 창출할 수 있는 연구자 중심의 연구이며, ‘응용연구형 기업지원연구과제’는 기업이 예산과 인력 등 현실적인 한계로 인해 진행이 어려웠던 연구주제를 발굴·진행해 이를 제품 제작과 및 관련 공정에 적용함으로써 기업의 경쟁력 향상을 도모할 수 있는 협업연구이다. 이번에 선정된 연구과제들은 향후 5년간 지역기업과의 파트너십 형태로 진행된다. 연구가 진행될 기술 분야는 ▲인공지능기술을 활용한 소재생산공정 및 품질개선, ▲내연기관 자동차 부품기업의 전기자동차 부품기업으로의 변환지원, ▲로봇기술을 활용한 생산공정 및 물류환경개선, ▲다중센서의 융합을 갖는 플랫폼개발 등 현재 급변하는 시장 환경 변화에 발 빠르게 대처하는데 있어 필수적인 분야다. D-PIC 강태훈 사업단장(DGIST 연구본부장)은 “D-PIC 사업단은 지역 소재 기업들이 신성장산업 중심의 기업으로 발 빠르게 탈바꿈할 수 있도록 하는 산·학·연 합동 신개념 클러스터 구축을 1차 목표”라며, “향후 지역 제조혁신 생태계를 조성, 관련 일자리 창출을 통한 고용 안정화 등을 위하여 새로운 제조산업을 구상하고 있다”고 말했다. 덧붙여, 강태훈 사업단장은 “변화하는 환경에 대응하는 역량이 부족한 기업을 적극 발굴해, 기업의 가치를 높일 수 있는 과제 발굴에 더욱 더 노력할 것”이라고 말했다.

DGIST 지능형로봇연구부 이현기 박사 연구팀이 개발 중인 ‘고정밀 마커 시스템’과 ‘3차원 측정 시스템’이 문화체육관광부 지정공모사업인 ‘2021년 지역사회기반 장애인 재활운동 서비스 기술개발(R&D)사업’에 선정됐다. 이번 사업은 국민의 건강 증진 및 국민 건강 데이터를 확보하기 위해 시행됐다. 사업에 선정된 DGIST 이현기 박사 연구팀 과제는 장애인 및 고령자 인적 및 신체 기능의 과학적 분석을 바탕으로 인지·신체의 상호보완적이며 지속 가능한 복합중재 재활운동 유도 및 지원 디바이스 기술 개발을 목표로 한다. 선정된 과제는 3년간 44억원의 연구비를 지원받게 된다. 연구팀은 고정밀 마커 시스템과 3차원 측정 시스템으로 정밀한 인간 동작 측정 가능 시스템을 개발해 인체의 ROM(Range of Motion, 관절을 움직일 수 있는 범위)을 측정 하고, 사람의 보행 해석을 진행해 왔다. 또한 상업용 인체 역동역학 해석 프로그램인 ‘ANYBODY 소프트웨어’를 활용해 인간의 동작 해석에 관한 연구를 진행해 왔다. 연구팀의 개발시스템은 기존 고가 장비에 의존했던 인간의 동작 측정 시스템을 저렴하고 정확하게 측정할 수 있는 시스템으로 대체 가능하다. 특히 인체 관절부의 ROM은 인체 모션 중 관절부의 정확한 위치를 정량적으로 측정하기 어려웠으나, 확률적인 방법을 이용해 관절부의 위치를 예측하고 높은 수준의 ROM을 측정 할 수 있게 됐다. 이를 바탕으로 경북대학교병원 및 경상대학교 병원, 한동대학교와 다양한 공동 연구를 진행하며, 현재 국내 기업들과 사업화를 진행 중이다. 이 박사는 “우리가 개발한 동작 추적 시스템을 이용하면 고령층 및 장애인 등 기존 동작 측정이 어려웠던 계층의 보행 및 다양한 동작들의 인체 역동역학 해석이 가능하다”며, “이를 토대로 데이터베이스 구축, 개인 맞춤형 재활기기 설계 및 제작, 운동/재활 프로토콜 개발 등을 효과적으로 수행할 수 있을 것으로 기대된다.”고 밝혔다. 이번 과제는 이현기 박사를 비롯해 DGIST 지능형로봇연구부 이동하 박사, 윤현수 박사, 구교권 박사가 참여한다. 아울러 선문대학교 이규중 교수팀, 단국대학교 김지태 교수팀(현, 한국특수체육학회 회장), 동국대학교 일산병원 권범선 교수팀 (현, 동국대 일산병원 병원장), 재활공학연구소 장윤희 박사팀, 국립재활원 배영현 사무관팀이 공동 수행하게 된다.

DGIST 에너지공학과 이종수 교수 연구팀은 높은 색재현율을 갖는 녹색발광 비카드뮴 양자점 합성기술을 개발했다. 이번에 개발된 양자점 소재는 차세대 디스플레이를 포함한 AR/VR 등 다양한 광전소자에 활용될 수 있을 것으로 기대된다 양자점(Quantum Dot)은 머리카락 굵기의 수만 분의 1에 불과한 초미세 나노 크기 반도체 나노입자다. 특히 자연색을 그대로 재현할 만큼 높은 색 재현력을 갖고 있어 초고화질 디스플레이에 적용되는 HDR(High Dynamic Range) 기술에 최적화된 소재다. 여기에 다른 발광체보다 색 순도와 광 안정성이 높아, 차세대 디스플레이를 포함한 다양한 광전소자 분야에서 꿈의 신소재로 각광받고 있다. 이 때, 양자점의 발광파장의 반치폭이 좁을수록 높은 색 재현력를 갖게 되는데, 현재까지는 녹색발광 비카드뮴 양자점의 발광피크 반치폭은 35nm가 한계였다. 이종수 교수팀은 승온법을 이용, InP계 양자점 합성공정을 최적화 했으며, 염화아연(ZnCl2)과 옥타놀(1-Octanol)을 이용해 양자점 표면의 안정화 처리를 진행해 양자점 발광파장의 반치폭을 33nm이하로 줄이는데 성공했다. 또한 양자효율 80%이상 달성과 더불어 기존 양자점과 동일한 수준의 안정성 확보에도 성공하며 양자점을 정제하는 과정에서 발생하던 양자효율 손실 및 안정화 감소의 문제도 해결했다. 이 교수는 “이번 연구는 비카드뮴계 양자점의 한계로 알려진 30nm 이하의 발광피크 반치폭이 가능하다는것을 증명한 연구”라며 “향후 후속 연구를 통해 30nm이하의 발광 반치폭과 함께 100%에 근접하는 양자효율을 갖는 친환경 양자점 개발을 진행해 차세대 디스플레이 및 관련 산업분야에 기여하고자 한다”고 말했다. 이번 결과는 한국연구재단에서 지원하는 중견연구자지원사업 및 대구경북과학기술원 그랜드챌린지연구혁신프로젝트(Pre-CoE) 초연결미래소자밸리트로닉스 연구단 지원을 통하여 수행되었으며, 재료화학분야의 최고 권위있는 학회지중의 하나인 재료화학(Chemistry of Materials)에 5월 28일 지면에 게재됐다.

DGIST 뇌·인지과학전공 고재원 교수, 엄지원 교수 공동연구팀이 뇌 신경회로 내 억제성 시냅스 신경전달을 조절해 불안장애를 교정할 수 있는 신규 후보표적을 발견했다. 이번 연구 성과는 불안장애를 수반하는 뇌 정신질환인 우울증이나 외상 후 스트레스 장애(PTSD) 등 신규 치료제 개발을 위한 새로운 연구 방향을 제시할 것으로 기대된다. 고재원?엄지원 교수 공동연구팀은 지난 2016년 억제성 시냅스 단백질인 IQSEC3를 최초 발굴했다. 또한 지난해에는 IQSEC3가 기억, 학습 등 뇌의 고등기능을 매개하는 부위인 해마 치아이랑(hippocampal dentate gyrus)의 신경회로 활성과 소마토스타틴(somatostatin) 펩타이드 양을 조절해, 억제성 시냅스 발달을 조절하는 핵심 인자임을 규명한 바 있다. 이러한 연구결과를 바탕으로 이번 연구에서는 IQSEC3 단백질이 외부자극에 반응해 억제성 시냅스 발달을 매개하는 핵심 전사인자인 Npas4 단백질의 하위 인자로 작동하면서, 뇌의 해마영역 내 소마토스타틴을 분비하는 특정 억제성 신경세포의 시냅스 신경전달을 조절함을 증명했다. 또 연구팀은 화학유전학(chemogenetics) 기법을 통해 상위 인자인 Npas4와 하위인자인 IQSEC3의 작동경로가 뇌 속 억제성 신경세포 활성을 관장해 불안 행동을 조절함을 규명했다. 특히 IQSEC3 단백질이 신경세포들의 활성을 억제하는 신경전달물질인 가바(GABA)의 분비를 촉진하여 해마 내 네트워크 활성 조절을 통한 특정 행동을 제어하는 신규 메커니즘을 제시했다. 고 교수는 “엄지원 교수팀과의 지속적인 공동연구를 통해 IQSEC3 단백질이 뇌 억제성 신경회로 활성을 조절하는 일관된 단서들을 꾸준히 확보하고 있다”라며, “본 연구는 IQSEC3이 흥분성-억제성 균형을 유지하는 핵심 인자로서 작동하는 새로운 규칙을 규명해, 불안장애 등 뇌정신질환의 치료제 개발에 도움을 줄 수 있을 것”으로 소감을 밝혔다. 이번 연구성과는 DGIST 뇌·인지과학전공 김승준, 박동석, 김진후 석박사통합과정생이 공동 제1저자로 참여했으며, 국제학술지 ‘셀 리포트(Cell Reports)’에 20일자 온라인 게재됐다. 아울러 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 ‘뇌과학원천기술개발사업’, ‘중견연구사업’, 그리고 대구경북과학기술원의 ‘미래선도형특성화연구’의 지원을 받아 수행됐다.

DGIST 정보통신융합전공 임성훈 교수 연구팀이 딥러닝 기술을 활용해 복잡하고 다양한 이미지에서 영상의 환경 정보를 분리, 변환하는 인공지능 신경망 모듈을 개발했다. 향후 이미지 변환, 도메인 적응 등 인공지능 분야 발전에 획기적인 기여가 기대된다. 임성훈 교수 연구팀은 이미지 정보의 구성이 도메인마다 다를 수 있고 선형적 구성처럼 단순한 구성이 아닐 것이라는 가설을 세웠다. 연구팀은 이미지 정보를 전체적인 형태 정보와 스타일 정보로 뚜렷하게 나눌 수 있는 분리기를 설계했다. 이를 이용해 도메인마다 다른 가중치를 사용해 도메인 간의 차이를 반영할 수 있게 했다. 또한 분리된 이미지 정보들 간의 연관성을 이용해 각 이미지 구성에 알맞은 스타일 정보를 찾는 새로운 신경망 구조를 개발하는 데 성공했다. 연구팀이 개발한 신경망은 한 모델로도 여러 도메인의 이미지 변환이 자유자재로 가능한 장점이 있다. 이에 시각 인지 문제에 연구팀이 개발한 도메인 적응 알고리즘을 적용했을 때, 기존보다 2배 높은 정확도를 보일 수 있었다. 임 교수는 “이번 연구를 통해 개발한 신경망은 이미지 정보에 대한 새로운 분석이 담긴 신경망”이라며 “향후 관련 기술을 좀 더 개선한다면 많은 분야들에 적용되어 인공지능 분야의 발전에 긍정적인 영향을 줄 것으로 기대된다”고 말했다. 이번 연구 결과는 제1저자인 정보통신융합전공 이승훈 학위연계과정생이 참여했다. 아울러 인공지능 분야 최우수 국제학술지 ‘IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition’에 게재 및 지난 6월 25일 온라인 발표됐다.