- 해마 속 과립세포의 위치정보를 기억하는 장소세포가 공간을 기억하도록 변화 - 해마의 역할을 이해함으로써, 기억 관련 네트워크 모델링 해마 손상 관련 뇌질환 이해 새로운 도시를 방문하면 모든 게 낯설게 느껴지고 건물들과 주변 지표들을 확인해가며 길을 잃지 않도록 신경을 쓰게 된다. 하지만 점차 익숙해지면 주변 지표들을 굳이 일일이 확인하지 않아도 길을 헤매는 일은 없어진다. 이런 학습을 통한 공간 기억이 생기는 원리를 국내 연구진이 밝혔다. 뇌의 영역 중 해마는 주변 환경과 자신의 위치 정보를 제공하며 새로운 사실을 학습하고 기억하는 기능을 하는 중요한 기관이다. 알츠하이머와 같은 뇌질환이 진행될 때 가장 먼저 손상되는 곳이기도 하다. 세포의 활동을 통해 위치를 인지할 수 있는 장소 세포 발견 이후 뇌의 위치추적 메커니즘이 점차 규명되었으며 공간의 탐색과 기억에 대한 많은 연구들이 발표되었다. 하지만 공간에 익숙해지면서 기억하게 되는 장소 세포가 어떻게 생성 되며 변화 하는지는 밝혀지지 않았었다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 뇌과학운영단 세바스쳔 로열 박사팀이 해마 속 과립세포가 이끼세포 등 다양한 신경 네트워크를 통해 장소를 학습하게 되는 원리를 규명했다고 밝혔다. KIST 세바스쳔 로열 박사팀은 해마의 장소 정보 입력이 시작되는 부위로 알려진 치아이랑의 뇌 세포를 관찰하여 새로운 환경을 학습하면서 장소 세포가 생성되는 과정을 연구 하였다. 공간훈련장치인 트레드밀에서 실험용 생쥐를 27일 동안 훈련하며 치아이랑을 구성하는 뇌세포인 이끼세포와 과립세포의 변화를 관찰하였다. 장소를 기억하는 여러 특성을 갖고 있는 과립세포를 관찰한 결과, 새로운 공간에 놓였을 때 과립세포 내에 존재하는 장소세포는 사물의 위치 정보를 나타내거나 일정한 간격의 거리의 정보를 나타냈다. 점차 공간에 익숙해지고 학습된 후에는 사물의 위치 정보와 거리 정보를 나타내는 세포들은 소멸되고 특정 장소를 나타내는 장소세포들이 점차 늘어났다. KIST 연구진은 이러한 학습에 따른 점진적 세포 활동의 변화를 신경망 모델중 하나인 경쟁학습 모델을 통해 재현하였고, 이끼세포 또한 과립세포와 상호작용을 통해 장소 기억에 관여함을 밝혔다. 이끼세포 자신은 공간 학습에 따른 큰 변화는 없었지만 이끼세포의 활동이 과립세포가 사물 위치 정보에서 공간의 위치기억으로 변화하는데 큰 역할을 한다고 밝혔다. KIST 세바스쳔 로열 박사는 “해마의 역할을 이해하는데 크게 공헌함으로써 인공지능 기반의 신경공학에 기여할 뿐 아니라 기억 상실, 알츠하이머, 인지장애와 같은 해마의 손상과 관련된 뇌질환을 이해하고 치료 예방하는데 새로운 방향을 제시할 수 있을 것이다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업으로 수행되었으며, 연구결과는 ‘Nature Communications’ (IF: 12.12, JCR 분야 상위 7.75%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) Place cell maps slowly develop via competitive learning and conjunctive coding in the dentate gyrus - (제 1저자) 한국과학기술연구원 김소연 박사후연구원 - (교신저자) 한국과학기술연구원 세바스쳔 로열 <그림설명> [그림1] 트레드밀 학습 중 세포 활동 기록 [그림2] 트레드밀 학습을 위한 컴퓨터 모델

안녕하세요 대구경북과학기술원 윤현수입니다. 저는 KIST에 박사후연구원으로 재직하다 2019년 12월 31일에 퇴직하였습니다. 그런데 아직까지도 KIST에서 재직자에게 보내지는 문자들이 모두 저에게 발송되고 있습니다. 확인하시고 발신중지 처리 부탁드립니다.

- 집속 초음파 기술에서 주변 조직을 파괴하는 2차 미세 기포 생성 원리 규명 - 타겟 생체 조직만을 정밀하게 제거할 수 있는 기반 마련 초음파 에너지를 신체 내 원하는 타겟 위치에 모아 고열을 발생 시키면 외과적 수술 없이 조직을 태워 괴사 시킬 수 있다. 현재 이러한 방법은 자궁근종, 전립선비대증, 전립선암, 전이성 골종양 등에서 종양을 열을 이용해 파괴하는 치료 방법으로 임상에서 다양하게 사용되고 있다. 하지만 고열을 통해 조직을 태우다보니 열확산 현상에 의해서 종양 주변 조직까지도 태울 수 있는 문제가 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 박기주 박사팀은 2019년에 기존 초음파 기술보다 수십 배 더 강력한 수십 메가파스칼(MPa)의 음향 압력 세기를 갖는 초음파, 즉 고강도 집속초음파를 이용하면 열에 의한 신체의 손상없이 칼로 자른 듯 종양을 깨끗하게 파괴할 수 있음을 확인하고, 그 원리를 밝혀낸 바 있다.(※Ultrasonics Sonochemistry. 2019, 53, 164-177) 열을 이용하지 않고 물리적으로 조직을 파괴하는 이 기술에서 강력한 초음파를 받은 목표 지점에는 수증기 기포가 생겨나는데, 발생되는 1차 기포의 운동에너지에 의해서 목표한 종양 조직을 물리적으로 파괴할 수 있다. 하지만 목표 지점뿐만이 아니라 그 주변에서도 순차적으로 주변에 2차로 여러 미세 기포들이 동시 다발적으로 생성되어 원치 않는 부위까지 파괴될 수 있어 이들의 생성 원인을 파악하고 발생 위치를 정확히 예측해야 할 필요가 있었다. KIST 연구팀은 후속연구를 통해 집속초음파를 이용하여 종양조직을 제거 할 때 생성되는 2차 미세 기포의 발생 원리를 밝히기 위해 수학 모델을 개발 하고, 초음파에 의해 생긴 1차 수증기 기포가 초음파 진행에 미치는 영향을 연구했다. 그 결과, 수증기 기포에 의해서 전방위로 퍼져나가는 초음파와 지속적으로 입사되는 집속 초음파의 간섭이 그 원인이고 간섭되는 범위에서 2차 기포가 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 초고속카메라를 이용하여 촬영한 결과와 비교하였더니, 초음파가 간섭되는 범위와 2차 미세기포가 실제 생성되는 위치가 일치하는 것을 확인하였다. 이 연구 결과는 2차 미세 기포가 생성되는 원리를 설명 하는 것뿐만 아니라, 그 범위를 예측함으로써 보다 안전하게 타겟 조직만을 정밀하게 제거 할 수 있는 가능성을 제시하였다. KIST 박기주 박사는 “이번 연구는 초음파 초점에서 수증기 기포 발생 후에 초음파 산란효과에 의해서 미세 기포들이 순차적으로 생성된다는 것을 규명한 것으로, 개발된 수학 모델을 이용하면 기포의 발생 위치 및 파괴되는 종양 조직의 범위를 사전에 예측 하는 것이 가능할 전망이다.”라고 말하며, “개발하고 있는 초음파 기술이 외과적인 수술 없이 종양조직만의 물리적 파쇄가 가능한 초정밀 집속 초음파 수술 기술로 발전되어 향후 임상에서 적용되길 기대한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 음향(Acoustics) 분야 권위지인 ‘Ultrasonics Sonochemistry’ (IF: 6.513, JCR 분야 상위 1.562%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) The interaction of shockwaves with a vapour bubble in boiling histotripsy: The shock scattering effect - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 박기주 선임연구원 <그림설명> [그림1] 고강도 집속초음파 기반 생체조직 파쇄 기술 개념도 [그림2] 2차 미세기포 생성 메커니즘 및 그 형상

- 집속 초음파 기술에서 주변 조직을 파괴하는 2차 미세 기포 생성 원리 규명 - 타겟 생체 조직만을 정밀하게 제거할 수 있는 기반 마련 초음파 에너지를 신체 내 원하는 타겟 위치에 모아 고열을 발생 시키면 외과적 수술 없이 조직을 태워 괴사 시킬 수 있다. 현재 이러한 방법은 자궁근종, 전립선비대증, 전립선암, 전이성 골종양 등에서 종양을 열을 이용해 파괴하는 치료 방법으로 임상에서 다양하게 사용되고 있다. 하지만 고열을 통해 조직을 태우다보니 열확산 현상에 의해서 종양 주변 조직까지도 태울 수 있는 문제가 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 박기주 박사팀은 2019년에 기존 초음파 기술보다 수십 배 더 강력한 수십 메가파스칼(MPa)의 음향 압력 세기를 갖는 초음파, 즉 고강도 집속초음파를 이용하면 열에 의한 신체의 손상없이 칼로 자른 듯 종양을 깨끗하게 파괴할 수 있음을 확인하고, 그 원리를 밝혀낸 바 있다.(※Ultrasonics Sonochemistry. 2019, 53, 164-177) 열을 이용하지 않고 물리적으로 조직을 파괴하는 이 기술에서 강력한 초음파를 받은 목표 지점에는 수증기 기포가 생겨나는데, 발생되는 1차 기포의 운동에너지에 의해서 목표한 종양 조직을 물리적으로 파괴할 수 있다. 하지만 목표 지점뿐만이 아니라 그 주변에서도 순차적으로 주변에 2차로 여러 미세 기포들이 동시 다발적으로 생성되어 원치 않는 부위까지 파괴될 수 있어 이들의 생성 원인을 파악하고 발생 위치를 정확히 예측해야 할 필요가 있었다. KIST 연구팀은 후속연구를 통해 집속초음파를 이용하여 종양조직을 제거 할 때 생성되는 2차 미세 기포의 발생 원리를 밝히기 위해 수학 모델을 개발 하고, 초음파에 의해 생긴 1차 수증기 기포가 초음파 진행에 미치는 영향을 연구했다. 그 결과, 수증기 기포에 의해서 전방위로 퍼져나가는 초음파와 지속적으로 입사되는 집속 초음파의 간섭이 그 원인이고 간섭되는 범위에서 2차 기포가 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 초고속카메라를 이용하여 촬영한 결과와 비교하였더니, 초음파가 간섭되는 범위와 2차 미세기포가 실제 생성되는 위치가 일치하는 것을 확인하였다. 이 연구 결과는 2차 미세 기포가 생성되는 원리를 설명 하는 것뿐만 아니라, 그 범위를 예측함으로써 보다 안전하게 타겟 조직만을 정밀하게 제거 할 수 있는 가능성을 제시하였다. KIST 박기주 박사는 “이번 연구는 초음파 초점에서 수증기 기포 발생 후에 초음파 산란효과에 의해서 미세 기포들이 순차적으로 생성된다는 것을 규명한 것으로, 개발된 수학 모델을 이용하면 기포의 발생 위치 및 파괴되는 종양 조직의 범위를 사전에 예측 하는 것이 가능할 전망이다.”라고 말하며, “개발하고 있는 초음파 기술이 외과적인 수술 없이 종양조직만의 물리적 파쇄가 가능한 초정밀 집속 초음파 수술 기술로 발전되어 향후 임상에서 적용되길 기대한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 음향(Acoustics) 분야 권위지인 ‘Ultrasonics Sonochemistry’ (IF: 6.513, JCR 분야 상위 1.562%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) The interaction of shockwaves with a vapour bubble in boiling histotripsy: The shock scattering effect - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 박기주 선임연구원 <그림설명> [그림1] 고강도 집속초음파 기반 생체조직 파쇄 기술 개념도 [그림2] 2차 미세기포 생성 메커니즘 및 그 형상

- 집속 초음파 기술에서 주변 조직을 파괴하는 2차 미세 기포 생성 원리 규명 - 타겟 생체 조직만을 정밀하게 제거할 수 있는 기반 마련 초음파 에너지를 신체 내 원하는 타겟 위치에 모아 고열을 발생 시키면 외과적 수술 없이 조직을 태워 괴사 시킬 수 있다. 현재 이러한 방법은 자궁근종, 전립선비대증, 전립선암, 전이성 골종양 등에서 종양을 열을 이용해 파괴하는 치료 방법으로 임상에서 다양하게 사용되고 있다. 하지만 고열을 통해 조직을 태우다보니 열확산 현상에 의해서 종양 주변 조직까지도 태울 수 있는 문제가 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 박기주 박사팀은 2019년에 기존 초음파 기술보다 수십 배 더 강력한 수십 메가파스칼(MPa)의 음향 압력 세기를 갖는 초음파, 즉 고강도 집속초음파를 이용하면 열에 의한 신체의 손상없이 칼로 자른 듯 종양을 깨끗하게 파괴할 수 있음을 확인하고, 그 원리를 밝혀낸 바 있다.(※Ultrasonics Sonochemistry. 2019, 53, 164-177) 열을 이용하지 않고 물리적으로 조직을 파괴하는 이 기술에서 강력한 초음파를 받은 목표 지점에는 수증기 기포가 생겨나는데, 발생되는 1차 기포의 운동에너지에 의해서 목표한 종양 조직을 물리적으로 파괴할 수 있다. 하지만 목표 지점뿐만이 아니라 그 주변에서도 순차적으로 주변에 2차로 여러 미세 기포들이 동시 다발적으로 생성되어 원치 않는 부위까지 파괴될 수 있어 이들의 생성 원인을 파악하고 발생 위치를 정확히 예측해야 할 필요가 있었다. KIST 연구팀은 후속연구를 통해 집속초음파를 이용하여 종양조직을 제거 할 때 생성되는 2차 미세 기포의 발생 원리를 밝히기 위해 수학 모델을 개발 하고, 초음파에 의해 생긴 1차 수증기 기포가 초음파 진행에 미치는 영향을 연구했다. 그 결과, 수증기 기포에 의해서 전방위로 퍼져나가는 초음파와 지속적으로 입사되는 집속 초음파의 간섭이 그 원인이고 간섭되는 범위에서 2차 기포가 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 초고속카메라를 이용하여 촬영한 결과와 비교하였더니, 초음파가 간섭되는 범위와 2차 미세기포가 실제 생성되는 위치가 일치하는 것을 확인하였다. 이 연구 결과는 2차 미세 기포가 생성되는 원리를 설명 하는 것뿐만 아니라, 그 범위를 예측함으로써 보다 안전하게 타겟 조직만을 정밀하게 제거 할 수 있는 가능성을 제시하였다. KIST 박기주 박사는 “이번 연구는 초음파 초점에서 수증기 기포 발생 후에 초음파 산란효과에 의해서 미세 기포들이 순차적으로 생성된다는 것을 규명한 것으로, 개발된 수학 모델을 이용하면 기포의 발생 위치 및 파괴되는 종양 조직의 범위를 사전에 예측 하는 것이 가능할 전망이다.”라고 말하며, “개발하고 있는 초음파 기술이 외과적인 수술 없이 종양조직만의 물리적 파쇄가 가능한 초정밀 집속 초음파 수술 기술로 발전되어 향후 임상에서 적용되길 기대한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 음향(Acoustics) 분야 권위지인 ‘Ultrasonics Sonochemistry’ (IF: 6.513, JCR 분야 상위 1.562%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) The interaction of shockwaves with a vapour bubble in boiling histotripsy: The shock scattering effect - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 박기주 선임연구원 <그림설명> [그림1] 고강도 집속초음파 기반 생체조직 파쇄 기술 개념도 [그림2] 2차 미세기포 생성 메커니즘 및 그 형상

- 집속 초음파 기술에서 주변 조직을 파괴하는 2차 미세 기포 생성 원리 규명 - 타겟 생체 조직만을 정밀하게 제거할 수 있는 기반 마련 초음파 에너지를 신체 내 원하는 타겟 위치에 모아 고열을 발생 시키면 외과적 수술 없이 조직을 태워 괴사 시킬 수 있다. 현재 이러한 방법은 자궁근종, 전립선비대증, 전립선암, 전이성 골종양 등에서 종양을 열을 이용해 파괴하는 치료 방법으로 임상에서 다양하게 사용되고 있다. 하지만 고열을 통해 조직을 태우다보니 열확산 현상에 의해서 종양 주변 조직까지도 태울 수 있는 문제가 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 박기주 박사팀은 2019년에 기존 초음파 기술보다 수십 배 더 강력한 수십 메가파스칼(MPa)의 음향 압력 세기를 갖는 초음파, 즉 고강도 집속초음파를 이용하면 열에 의한 신체의 손상없이 칼로 자른 듯 종양을 깨끗하게 파괴할 수 있음을 확인하고, 그 원리를 밝혀낸 바 있다.(※Ultrasonics Sonochemistry. 2019, 53, 164-177) 열을 이용하지 않고 물리적으로 조직을 파괴하는 이 기술에서 강력한 초음파를 받은 목표 지점에는 수증기 기포가 생겨나는데, 발생되는 1차 기포의 운동에너지에 의해서 목표한 종양 조직을 물리적으로 파괴할 수 있다. 하지만 목표 지점뿐만이 아니라 그 주변에서도 순차적으로 주변에 2차로 여러 미세 기포들이 동시 다발적으로 생성되어 원치 않는 부위까지 파괴될 수 있어 이들의 생성 원인을 파악하고 발생 위치를 정확히 예측해야 할 필요가 있었다. KIST 연구팀은 후속연구를 통해 집속초음파를 이용하여 종양조직을 제거 할 때 생성되는 2차 미세 기포의 발생 원리를 밝히기 위해 수학 모델을 개발 하고, 초음파에 의해 생긴 1차 수증기 기포가 초음파 진행에 미치는 영향을 연구했다. 그 결과, 수증기 기포에 의해서 전방위로 퍼져나가는 초음파와 지속적으로 입사되는 집속 초음파의 간섭이 그 원인이고 간섭되는 범위에서 2차 기포가 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 초고속카메라를 이용하여 촬영한 결과와 비교하였더니, 초음파가 간섭되는 범위와 2차 미세기포가 실제 생성되는 위치가 일치하는 것을 확인하였다. 이 연구 결과는 2차 미세 기포가 생성되는 원리를 설명 하는 것뿐만 아니라, 그 범위를 예측함으로써 보다 안전하게 타겟 조직만을 정밀하게 제거 할 수 있는 가능성을 제시하였다. KIST 박기주 박사는 “이번 연구는 초음파 초점에서 수증기 기포 발생 후에 초음파 산란효과에 의해서 미세 기포들이 순차적으로 생성된다는 것을 규명한 것으로, 개발된 수학 모델을 이용하면 기포의 발생 위치 및 파괴되는 종양 조직의 범위를 사전에 예측 하는 것이 가능할 전망이다.”라고 말하며, “개발하고 있는 초음파 기술이 외과적인 수술 없이 종양조직만의 물리적 파쇄가 가능한 초정밀 집속 초음파 수술 기술로 발전되어 향후 임상에서 적용되길 기대한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 음향(Acoustics) 분야 권위지인 ‘Ultrasonics Sonochemistry’ (IF: 6.513, JCR 분야 상위 1.562%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) The interaction of shockwaves with a vapour bubble in boiling histotripsy: The shock scattering effect - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 박기주 선임연구원 <그림설명> [그림1] 고강도 집속초음파 기반 생체조직 파쇄 기술 개념도 [그림2] 2차 미세기포 생성 메커니즘 및 그 형상

- 집속 초음파 기술에서 주변 조직을 파괴하는 2차 미세 기포 생성 원리 규명 - 타겟 생체 조직만을 정밀하게 제거할 수 있는 기반 마련 초음파 에너지를 신체 내 원하는 타겟 위치에 모아 고열을 발생 시키면 외과적 수술 없이 조직을 태워 괴사 시킬 수 있다. 현재 이러한 방법은 자궁근종, 전립선비대증, 전립선암, 전이성 골종양 등에서 종양을 열을 이용해 파괴하는 치료 방법으로 임상에서 다양하게 사용되고 있다. 하지만 고열을 통해 조직을 태우다보니 열확산 현상에 의해서 종양 주변 조직까지도 태울 수 있는 문제가 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 박기주 박사팀은 2019년에 기존 초음파 기술보다 수십 배 더 강력한 수십 메가파스칼(MPa)의 음향 압력 세기를 갖는 초음파, 즉 고강도 집속초음파를 이용하면 열에 의한 신체의 손상없이 칼로 자른 듯 종양을 깨끗하게 파괴할 수 있음을 확인하고, 그 원리를 밝혀낸 바 있다.(※Ultrasonics Sonochemistry. 2019, 53, 164-177) 열을 이용하지 않고 물리적으로 조직을 파괴하는 이 기술에서 강력한 초음파를 받은 목표 지점에는 수증기 기포가 생겨나는데, 발생되는 1차 기포의 운동에너지에 의해서 목표한 종양 조직을 물리적으로 파괴할 수 있다. 하지만 목표 지점뿐만이 아니라 그 주변에서도 순차적으로 주변에 2차로 여러 미세 기포들이 동시 다발적으로 생성되어 원치 않는 부위까지 파괴될 수 있어 이들의 생성 원인을 파악하고 발생 위치를 정확히 예측해야 할 필요가 있었다. KIST 연구팀은 후속연구를 통해 집속초음파를 이용하여 종양조직을 제거 할 때 생성되는 2차 미세 기포의 발생 원리를 밝히기 위해 수학 모델을 개발 하고, 초음파에 의해 생긴 1차 수증기 기포가 초음파 진행에 미치는 영향을 연구했다. 그 결과, 수증기 기포에 의해서 전방위로 퍼져나가는 초음파와 지속적으로 입사되는 집속 초음파의 간섭이 그 원인이고 간섭되는 범위에서 2차 기포가 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 초고속카메라를 이용하여 촬영한 결과와 비교하였더니, 초음파가 간섭되는 범위와 2차 미세기포가 실제 생성되는 위치가 일치하는 것을 확인하였다. 이 연구 결과는 2차 미세 기포가 생성되는 원리를 설명 하는 것뿐만 아니라, 그 범위를 예측함으로써 보다 안전하게 타겟 조직만을 정밀하게 제거 할 수 있는 가능성을 제시하였다. KIST 박기주 박사는 “이번 연구는 초음파 초점에서 수증기 기포 발생 후에 초음파 산란효과에 의해서 미세 기포들이 순차적으로 생성된다는 것을 규명한 것으로, 개발된 수학 모델을 이용하면 기포의 발생 위치 및 파괴되는 종양 조직의 범위를 사전에 예측 하는 것이 가능할 전망이다.”라고 말하며, “개발하고 있는 초음파 기술이 외과적인 수술 없이 종양조직만의 물리적 파쇄가 가능한 초정밀 집속 초음파 수술 기술로 발전되어 향후 임상에서 적용되길 기대한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 음향(Acoustics) 분야 권위지인 ‘Ultrasonics Sonochemistry’ (IF: 6.513, JCR 분야 상위 1.562%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) The interaction of shockwaves with a vapour bubble in boiling histotripsy: The shock scattering effect - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 박기주 선임연구원 <그림설명> [그림1] 고강도 집속초음파 기반 생체조직 파쇄 기술 개념도 [그림2] 2차 미세기포 생성 메커니즘 및 그 형상

- 집속 초음파 기술에서 주변 조직을 파괴하는 2차 미세 기포 생성 원리 규명 - 타겟 생체 조직만을 정밀하게 제거할 수 있는 기반 마련 초음파 에너지를 신체 내 원하는 타겟 위치에 모아 고열을 발생 시키면 외과적 수술 없이 조직을 태워 괴사 시킬 수 있다. 현재 이러한 방법은 자궁근종, 전립선비대증, 전립선암, 전이성 골종양 등에서 종양을 열을 이용해 파괴하는 치료 방법으로 임상에서 다양하게 사용되고 있다. 하지만 고열을 통해 조직을 태우다보니 열확산 현상에 의해서 종양 주변 조직까지도 태울 수 있는 문제가 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 박기주 박사팀은 2019년에 기존 초음파 기술보다 수십 배 더 강력한 수십 메가파스칼(MPa)의 음향 압력 세기를 갖는 초음파, 즉 고강도 집속초음파를 이용하면 열에 의한 신체의 손상없이 칼로 자른 듯 종양을 깨끗하게 파괴할 수 있음을 확인하고, 그 원리를 밝혀낸 바 있다.(※Ultrasonics Sonochemistry. 2019, 53, 164-177) 열을 이용하지 않고 물리적으로 조직을 파괴하는 이 기술에서 강력한 초음파를 받은 목표 지점에는 수증기 기포가 생겨나는데, 발생되는 1차 기포의 운동에너지에 의해서 목표한 종양 조직을 물리적으로 파괴할 수 있다. 하지만 목표 지점뿐만이 아니라 그 주변에서도 순차적으로 주변에 2차로 여러 미세 기포들이 동시 다발적으로 생성되어 원치 않는 부위까지 파괴될 수 있어 이들의 생성 원인을 파악하고 발생 위치를 정확히 예측해야 할 필요가 있었다. KIST 연구팀은 후속연구를 통해 집속초음파를 이용하여 종양조직을 제거 할 때 생성되는 2차 미세 기포의 발생 원리를 밝히기 위해 수학 모델을 개발 하고, 초음파에 의해 생긴 1차 수증기 기포가 초음파 진행에 미치는 영향을 연구했다. 그 결과, 수증기 기포에 의해서 전방위로 퍼져나가는 초음파와 지속적으로 입사되는 집속 초음파의 간섭이 그 원인이고 간섭되는 범위에서 2차 기포가 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 초고속카메라를 이용하여 촬영한 결과와 비교하였더니, 초음파가 간섭되는 범위와 2차 미세기포가 실제 생성되는 위치가 일치하는 것을 확인하였다. 이 연구 결과는 2차 미세 기포가 생성되는 원리를 설명 하는 것뿐만 아니라, 그 범위를 예측함으로써 보다 안전하게 타겟 조직만을 정밀하게 제거 할 수 있는 가능성을 제시하였다. KIST 박기주 박사는 “이번 연구는 초음파 초점에서 수증기 기포 발생 후에 초음파 산란효과에 의해서 미세 기포들이 순차적으로 생성된다는 것을 규명한 것으로, 개발된 수학 모델을 이용하면 기포의 발생 위치 및 파괴되는 종양 조직의 범위를 사전에 예측 하는 것이 가능할 전망이다.”라고 말하며, “개발하고 있는 초음파 기술이 외과적인 수술 없이 종양조직만의 물리적 파쇄가 가능한 초정밀 집속 초음파 수술 기술로 발전되어 향후 임상에서 적용되길 기대한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 음향(Acoustics) 분야 권위지인 ‘Ultrasonics Sonochemistry’ (IF: 6.513, JCR 분야 상위 1.562%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) The interaction of shockwaves with a vapour bubble in boiling histotripsy: The shock scattering effect - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 박기주 선임연구원 <그림설명> [그림1] 고강도 집속초음파 기반 생체조직 파쇄 기술 개념도 [그림2] 2차 미세기포 생성 메커니즘 및 그 형상

- 집속 초음파 기술에서 주변 조직을 파괴하는 2차 미세 기포 생성 원리 규명 - 타겟 생체 조직만을 정밀하게 제거할 수 있는 기반 마련 초음파 에너지를 신체 내 원하는 타겟 위치에 모아 고열을 발생 시키면 외과적 수술 없이 조직을 태워 괴사 시킬 수 있다. 현재 이러한 방법은 자궁근종, 전립선비대증, 전립선암, 전이성 골종양 등에서 종양을 열을 이용해 파괴하는 치료 방법으로 임상에서 다양하게 사용되고 있다. 하지만 고열을 통해 조직을 태우다보니 열확산 현상에 의해서 종양 주변 조직까지도 태울 수 있는 문제가 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진)은 바이오닉스연구센터 박기주 박사팀은 2019년에 기존 초음파 기술보다 수십 배 더 강력한 수십 메가파스칼(MPa)의 음향 압력 세기를 갖는 초음파, 즉 고강도 집속초음파를 이용하면 열에 의한 신체의 손상없이 칼로 자른 듯 종양을 깨끗하게 파괴할 수 있음을 확인하고, 그 원리를 밝혀낸 바 있다.(※Ultrasonics Sonochemistry. 2019, 53, 164-177) 열을 이용하지 않고 물리적으로 조직을 파괴하는 이 기술에서 강력한 초음파를 받은 목표 지점에는 수증기 기포가 생겨나는데, 발생되는 1차 기포의 운동에너지에 의해서 목표한 종양 조직을 물리적으로 파괴할 수 있다. 하지만 목표 지점뿐만이 아니라 그 주변에서도 순차적으로 주변에 2차로 여러 미세 기포들이 동시 다발적으로 생성되어 원치 않는 부위까지 파괴될 수 있어 이들의 생성 원인을 파악하고 발생 위치를 정확히 예측해야 할 필요가 있었다. KIST 연구팀은 후속연구를 통해 집속초음파를 이용하여 종양조직을 제거 할 때 생성되는 2차 미세 기포의 발생 원리를 밝히기 위해 수학 모델을 개발 하고, 초음파에 의해 생긴 1차 수증기 기포가 초음파 진행에 미치는 영향을 연구했다. 그 결과, 수증기 기포에 의해서 전방위로 퍼져나가는 초음파와 지속적으로 입사되는 집속 초음파의 간섭이 그 원인이고 간섭되는 범위에서 2차 기포가 발생한다는 사실을 밝혀냈다. 초고속카메라를 이용하여 촬영한 결과와 비교하였더니, 초음파가 간섭되는 범위와 2차 미세기포가 실제 생성되는 위치가 일치하는 것을 확인하였다. 이 연구 결과는 2차 미세 기포가 생성되는 원리를 설명 하는 것뿐만 아니라, 그 범위를 예측함으로써 보다 안전하게 타겟 조직만을 정밀하게 제거 할 수 있는 가능성을 제시하였다. KIST 박기주 박사는 “이번 연구는 초음파 초점에서 수증기 기포 발생 후에 초음파 산란효과에 의해서 미세 기포들이 순차적으로 생성된다는 것을 규명한 것으로, 개발된 수학 모델을 이용하면 기포의 발생 위치 및 파괴되는 종양 조직의 범위를 사전에 예측 하는 것이 가능할 전망이다.”라고 말하며, “개발하고 있는 초음파 기술이 외과적인 수술 없이 종양조직만의 물리적 파쇄가 가능한 초정밀 집속 초음파 수술 기술로 발전되어 향후 임상에서 적용되길 기대한다.”라고 밝혔다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 최기영) 지원으로 KIST 주요사업 및 국가과학기술연구회 창의형융합연구사업 지원으로 수행되었으며, 연구결과는 음향(Acoustics) 분야 권위지인 ‘Ultrasonics Sonochemistry’ (IF: 6.513, JCR 분야 상위 1.562%) 최신호에 게재되었다. * (논문명) The interaction of shockwaves with a vapour bubble in boiling histotripsy: The shock scattering effect - (제 1저자, 교신저자) 한국과학기술연구원 박기주 선임연구원 <그림설명> [그림1] 고강도 집속초음파 기반 생체조직 파쇄 기술 개념도 [그림2] 2차 미세기포 생성 메커니즘 및 그 형상