폐암 전 단계 ‘종양 친화적 미세환경’ 세계 최초 규명

예방 중심 치료 전략 제시

GIST 최진욱 교수 연구팀은 MSK 이주현 교수 연구팀과 폐암 발생 전 돌연변이 세포가 주변 조직을 암 친화적 미세환경으로 바꾸는 과정을 세계 최초로 규명했다. 암피레귤린 신호 차단을 통해 발병 자체를 겨냥하는 예방 중심 치료의 가능성과 정밀 맞춤형 치료의 방향을 제시했다.

GIST 생명과학과 최진욱 교수 연구팀이 미국 메모리얼 슬론 케터링 암센터(MSK) 이주현 교수 연구팀과 공동으로, 폐암이 종양으로 성장하기 이전 단계에서 돌연변이 폐 줄기세포(AT2)가 주변 세포를 암 친화적 ‘섬유화 미세환경’으로 길들이는 3단계 연쇄 반응 구조를 규명했다. 마우스 모델과 3차원 폐 오가노이드 실험에서 돌연변이 세포가 분비하는 신호 물질 암피레귤린(AREG)이 섬유아세포의 섬유화 전환을 유도하고, 이어 대식세포를 통한 염증 증폭으로 ‘자기 증폭 회로’가 완성됨을 확인했다. AREG 신호 축을 차단했을 때 섬유화 환경 형성이 억제되며 폐암 초기 발생이 저지됐으며, 세브란스병원과의 협력으로 구축한 환자 유래 오가노이드 모델에서도 동일한 현상이 재현됐다. 최진욱 교수는 “암세포와 주변 환경의 ‘대화’를 차단해 암 발생을 근본적으로 막는 전략을 제시했다는 데 의의가 있다”며 “차세대 예방 및 정밀 맞춤형 치료 패러다임을 여는 전환점이 될 것”이라고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 《Nature》에 게재됐다.

초기 폐암에서 돌연변이 줄기세포가 주변 환경을 바꾸는 과정도. 초기 폐암 과정에서 돌연변이를 가진 줄기세포(빨간색)가 섬유아세포(초록색)와 대식세포(흰색)에 신호를 보내 이들의 성질을 변화시킨다. 이로 인해 주변 조직이 암이 자라기 쉬운 환경으로 재구성되며, 종양 성장이 촉진되는 것으로 나타났다.

세라마이드 생성 억제로 파킨슨병 진행 늦춰

핵심 병리 경로 차단 전략 제시

GIST 오창명 교수 연구팀이 뇌 세포 내 세라마이드 축적이 알파-시누클레인 단백질 응집과 신경세포 손상의 핵심 원인임을 확인하고, 세라마이드 생성을 억제해 파킨슨병 진행을 늦출 수 있는 치료 전략을 개발했다. 동물모델과 환자 유래 세포 모델에서 운동 기능 개선 및 신경세포 보호 효과를 입증했다.

GIST 의생명공학과 오창명 교수 연구팀이 파킨슨병 환자 뇌 조직 분석과 동물모델 실험을 통해 세라마이드가 파킨슨병 핵심 병리를 유발하는 원인임을 밝혔다. 루이소체 치매(LBD) 환자 뇌에서 정상 대비 19종의 세라마이드가 크게 늘었고, 세라마이드 생성 효소 관련 유전자(CERS5, CERS6 등)의 활동도 도파민 신경세포에서 높아져 있었다. 파킨슨병 마우스에 세라마이드 억제제 마이리오신을 5~7개월 투여한 결과, 단백질 응집 감소, 운동 기능·기억력 개선, 도파민 신경세포 손상 저감 효과가 나타났다. 환자 유래 중뇌 오가노이드에서도 같은 결과가 재현됐으며, 세라마이드를 외부에서 추가 투여하면 병리가 다시 악화돼 세라마이드의 직접적 역할이 입증됐다. 오창명 교수는 “단순히 증상을 완화하는 것이 아니라 단백질 응집과 신경세포 사멸로 이어지는 질병의 근본 경로를 차단할 수 있는 가능성을 제시했다”며 “향후 임상 적용을 위한 안전한 합성 억제제 개발과 장기 독성 검증을 이어갈 계획”이라고 밝혔다.

파킨슨병 환자 뇌에서 세라마이드 증가와 관련 유전자 변화. 파킨슨병 환자 뇌에서 특정 지방 성분(세 라마이드)이 정상보다 많이 증가했다(a). 파킨슨병 환자의 도파민 신경세포에서 세라마이드를 만들거 나 처리하는 데 관여하는 유전자(CERS5, CERS6, DEGS1, GBA 등)의 활동이 정상에 비해 전반적으 로 증가했다(b).

전기차 수천 대 묶는 ‘가상 배터리’ 기술 개발

최대 14.9% 비용 절감, V2G 상용화 기대

GIST 김윤수 교수 연구팀이 개별 차량 민감 정보 없이 전기차 군집을 하나의 ‘가상 배터리’로 통합하는 제어 기술을 개발했다. 전력시장 입찰과 차량별 충·방전을 정확히 구현해 5천 대 규모에서도 적용 가능성을 확인하고 최대 14.9% 비용 절감 효과를 입증하며 V2G 상용화 기반을 새롭게 마련했다.

GIST 전기전자컴퓨터공학과 김윤수 교수 연구팀이 여러 대의 전기차를 하나의 ‘강건한 가상 배터리(Robust Virtual Battery)’로 묶어 실제 전력시장 거래까지 가능하게 하는 기술을 개발했다. 기존 기술은 전체 전력 계획을 개별 차량에 나눠 실행하는 과정에서 오차가 생기고, 차량별 배터리 상태 정보를 수집해야 해 개인정보 유출 우려도 있었다. 연구팀은 목표 충전량과 충전기 연결 시간이라는 최소 정보만으로 운용이 가능한 수학적 모델을 고안하고, 전체 계획이 개별 차량 충·방전으로 오차 없이 구현됨을 수학적으로 증명했다. 8개월간 수천 대 데이터 기반 전력시장 시뮬레이션에서 운영 비용을 최소 8.8%, 최대 14.9% 줄였으며, 5천 대 규모에서도 빠른 연산 속도로 확장성을 확인했다. 김윤수 교수는 “대규모 전기차를 하나의 신뢰성 있는 전력 자원으로 활용할 수 있는 기반을 마련했다”며 “전기차-전력망 연계기술(V2G) 상용화를 앞당기고 전력망의 유연성과 안정성을 높이는 데 기여할 것”이라고 말했다. 연구 결과는 교통 과학·기술 분야 세계 최고 권위 학술지 《eTransportation》에 게재됐다.

전력 시장 참여를 위한 전기차 통합 가상 배터리 프레임워크. 여러 대의 전기차가 가진 각각의 배터리 여유 공간을 하나로 합쳐 시간에 따라 크기가 변하는 커다란 ‘가상 배터리’ 한 개로 만드는 과정을 시각 화했다.

머리카락 1/100 굵기로 차폐 성능 100배 향상

세계 최고 수준 초박막 전자파 차폐막 개발

GIST 연한울 교수 연구팀이 서울대 주영창 교수 연구팀과 공동으로 금속과 맥신(MXene)을 결합한 EXIM 이종접합 구조를 개발해 두께 1~2μm에서 기존 대비 100배 이상 높은 전자파 차폐 성능을 달성했다. 반도체 차폐막의 오랜 과제인 ‘두께-성능 딜레마’를 해소한 성과다.

GIST 신소재공학과 연한울 교수 연구팀이 서울대 주영창 교수, 고려대 김명기 교수, KIST 이성수 박사 연구진과 공동으로 세계 최고 수준의 초박막 전자파 차폐 기술을 개발했다. 기존 컨포멀 전자파 차폐막은 두께를 줄이면 차폐 성능이 급격히 떨어지는 딜레마가 있어 경량화와 고성능을 동시에 구현할 수 없었다. 연구팀은 기공 없이 기존 반도체 패키징 공정 장비만으로 금속과 맥신 박막을 층층이 쌓는 EXIM 구조를 고안해, 두께 2μm 미만에서 70~80dB의 초고성능 차폐 효과를 냈다. 크롬-알루미늄 캐핑층을 더해 고온(85°C 이상)·고습(85% RH) 환경에서도 48시간 이상 성능이 유지됐으며, 실제 USB 플래시 드라이브와 플렉서블 소자에서도 공정 호환성을 확인했다. 연한울 교수는 “전자파 차폐재에서 오랫동안 해결되지 않았던 ‘두께-성능 딜레마’를 극복한 성과”라며 “차세대 반도체 패키징과 스마트기기, 플렉서블 전자소자 등 다양한 분야에 폭넓게 활용될 것”이라고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 《Nature》에 게재됐다.

반도체 패키징용 전자파 차폐막 종류 및 컨포멀 EXIM 차폐막. 금속 캔 타입 차폐막은 성능이 우수하지 만 두껍고 무겁다는 큰 단점이 존재하며, 다공성 차폐막은 두께 대비 성능이 우수하지만 기공 형성에 따른 여러 가지 한계가 있다. 연구팀의 EXIM 차폐막은 금속과 맥신 박막의 적층 구조를 가지며 맥신 층 에 전자파를 가둠으로써 얇은 두께에서도 성능 극대화를 유도할 수 있다.