초록 ▼

연구목표
▷ AFM, EFM, SPM, Confocal microscopy와 같은 각종 광학현미경에 기반하여 살아있는 세포의 세포막 경계면에 대한 고해상도 미세구조 영상획득 기술 확립

▷ 고해상도 광학현미경 영상들을 이용한 세포 내부구조 프랙탈 차원 분석을 통해 암세포의 형태적, 물리적 특성 규명

▷ 고해상도 광학영상으로부터 세포 미세구조 정보 추출이 가능한 영상분석기술 개발

▷ 살아있는 세포에서 미세구조 프랙탈 차원 분석기술의 고속화 및 자동화와 high throughput/high co

연구목표
▷ AFM, EFM, SPM, Confocal microscopy와 같은 각종 광학현미경에 기반하여 살아있는 세포의 세포막 경계면에 대한 고해상도 미세구조 영상획득 기술 확립

▷ 고해상도 광학현미경 영상들을 이용한 세포 내부구조 프랙탈 차원 분석을 통해 암세포의 형태적, 물리적 특성 규명

▷ 고해상도 광학영상으로부터 세포 미세구조 정보 추출이 가능한 영상분석기술 개발

▷ 살아있는 세포에서 미세구조 프랙탈 차원 분석기술의 고속화 및 자동화와 high throughput/high content screening이 가능한 융합시스템 개발을 위한 기반기술 제공

연구내용
o 원자력주사현미경(AFM)을 이용하여 살아있는 정상세포와 암세포의 형태적 특이성을 세포막 미세구조에 대한 프랙탈(fractal) 차원 분석을 통해 규명

1. 정상세포와 질환세포의 형태적 및 물리적 특성 규명
- 다양한 질환세포와 정상세포들의 배양조건 확립하고 세포의 3차원적 특성분석

2. 살아있는 단일세포에서 세포막 경계면에 대한 고해상도 영상기술 개발
- 배양 세포막 경계면의 실시간 차원 분석 기법 개발

o AFM을 이용한 프랙탈 차원분석과 EFM기술에 기반한 세포의 전기적 특성 분석기술을 융합하여, 단일세포의 형태적·물리적 특성을 동시에 분석할 수 있는 세포연구용 바이오 툴을 개발

1. AFM을 이용한 프랙탈 차원분석의 최적화 및 유의성 검증
- 다양한 암세포를 대상으로 프랙탈 차원분석을 통한 유의성 분석
- AFM을 이용한 세포표면 측정 속도 및 영상분석 효율성 제고

2. 탐침 현미경의 액상 EFM 측정을 이용한 배양 세포의 물리적 특성 분석
- 액상 EFM 분석을 통한 암세포와 정상세포의 전기적 특성 비교분석

3. 단일세포에서 프랙탈 차원 분석과 물리적 특성 분석이 동시에 가능한 융합 SPM 개발 및 유의성 검증
- 융합 SPM 시스템을 이용한 암세포의 특성 도출

o 암세포가 갖는 다양한 물리적 특성을 살아있는 세포에서 동시에 분석할 수 있는 고해상도 광학영상 기반 프랙탈 차원 분석기술의 개발 및 고속화와 자동화

1. 고해상도 광학 영상 기반 세포 미세구조 프랙탈 차원 기술 개발
- Confocal microscopy 기반 고해상도 세포표면 미세구조 영상 획득 기술 확립
- 다양한 암세포의 광학 영상으로부터 프랙탈 차원 분석의 유의성과 타당성 검증

2. 살아있는 세포에서 미세구조 프랙탈 차원 분석 기술의 고속화 및 자동화
- 살아있는 세포의 고해상도 영상을 획득하고, 세포 미세구조의 프랙탈 차원 계산이 실시간으로 가능한 영상분석 프로그램 개발

3. High throughput/high content screening용 융합시스템 개발의 기반 기술 제공
- 광학현미경 시스템에 프랙탈 분석시스템을 접목시켜 고속으로 프랙탈 차원분석이 가능한 시스템 구축

기대효과
(응용분야 및 활용범위 포함)
본 연구를 통해 살아있는 세포에서 프랙탈 차원으로 표현되는 형태학적 특성이나 전기적 특성과 같은 다양한 물리적 특성을 동시에 효율적으로 분석할 수 있는 융합시스템 개발이 실현된다면, 기존의 세포 수준에서의 질병 진단 및 신약개발에 소요되는 비용과 효율성이 획기적으로 개선될 수 있을 것으로 기대됨. 아울러 광학기기가 주요 연구장비로 사용되는 세포생물학 분야의 학문발전에 전기를 마련할 수 있을 것임

(출처 : 요약문 2p)

Abstract ▼

Purpose
▷ Establishment of image acquisition methods for nanostructures of cell surface using AFM, EFM, SPM, and confocal microscopy

▷ Fractal analysis of cell boundary nanostructures of cancer cell vs normal cells based on optical images of live cells

▷ Development of image extract

Purpose
▷ Establishment of image acquisition methods for nanostructures of cell surface using AFM, EFM, SPM, and confocal microscopy

▷ Fractal analysis of cell boundary nanostructures of cancer cell vs normal cells based on optical images of live cells

▷ Development of image extraction techniques of cellular nanostrucutes from high resolution optic images

▷ Development of high speed automatic system for fractal analysis of live cells

Contents
o Characterization of morphological features of live cancer cells vs normal cells using AFM through fractal analysis of cell boundary nanostructures

1. Charaterization and comparison of morphological and physical properties of cancer cells vs normal cells
2. Development of imaging tools for fractal analysis of live cells using AFM

o Development of cell biological research tool for analyzing the morphological and electrostatic features of single cells simultaneously by combining the fractal analysis method using AFM and electric property analysis of cells by using EFM
1. Optimization and validation of fractal analysis using AFM
2. Characterization of fast scanning AFM and image analysis software
3. Development of hybrid technique allowing for the analysis of fractal dimension and electric property of single cells simultaneously

o Development of high resolution analysis program for fractal analysis with high speed and automation, compatible with optic devices, for investigating diverse physical properties of cancer cells
1. Fractal analysis of cell boundary nanostructures using confocal microscopy
2. Development of high speed automatic system for fractal analysis of live cells
3. Development of platform technology for high throughput/high content screening multimodal system measuring diverse physical parameters of live cells

Expected Contribution
(응용분야 및 활용범위 포함)

▷ Development of a high speed automatic system for fractal dimension analysis of living cells

▷ Development of a cell-based diagnosis system based on the diverse physical parameters of living cells

▷ Development of high throughput/high content drug screening system based on the physical parameters of living cells

(출처 : SUMMARY 3p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 한 글 요 약 문 ... 2
• SUMMARY ... 3
• 보 안 성 검 토 ... 4
• 연 구 분 야 ... 4
• 목차 ... 5
• 1. 과제 개요 ... 6
• 2. 총 연구기간 연구개발 실적 ... 7
• 1) 최종 연구개발 목표 및 달성도 ... 7
• 2) 연구개발 전략 및 방법 ... 8
• 3) 연구개발 내용 및 결과 ... 12
• 4) 연구개발 실적(논문, 특허, 기술이전 등) ... 42
• 5) 연구개발 결과의 활용방안 및 기대효과 ... 55
• 6) 연구비 집행 실적 ... 56
• 7) 중대형 연구 장비 구축 현황 ... 57
• 8) 주요 변경 사항 ... 57
• 3. 연구개발결과 활용계획서 ... 57
• 1) 연구성과 및 활용 현황 ... 57
• 2) 연구개발결과 활용 계획 ... 62
• 3) 기대효과 ... 63
• 4) 문제점 및 건의사항 ... 64
• 4. 후속 연구개발 계획 ... 65
• 1) 국·내외 연구 동향 ... 65
• 2) 연구개발 방향 및 핵심전략 ... 66
• 3) 연구개발 결과의 활용방안 및 기대효과 ... 66
• 4) 연구책임자 ... 66
• 5) 참고문헌 ... 67
• 6) 참고사항 ... 67
• 7) 평가의견에 대한 수정·보완 대비표 ... 67
• 대 표 연 구 성 과 ... 69
• 끝페이지 ... 92