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보고서 초록
요약문
SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 연구개발과제의 개요 15
제2장 국내·외 기술개발 현황 16
제3장 연구개발 수행내용 및 결과 18
제1절 연구개발 수행내용 18
제2절 연구결과 및 고찰 20
제4장 연구개발목표 달성도 및 관련 분야에의 기여도 28
제5장 연구개발결과의 활용계획 31
제6장 연구개발과정에서 수집한 해외 과학기술정보 33
제7장 참고문헌 36
[첨부1] 수정보완 대비표 : 최종보고서 수정·보완요구사항 반영내역
Table 1. Summary of fetal outcome after sham, neutron or gamma-ray exposures at 11.5 days after conception 22
Table 2. Malformations among offspring after sham, neutron or gamma-ray exposures at 11.5 days after conception. 23
Table 3. Empirical and theoretical values for the induced malformations in mice by gamma-rays (Vg), neutron-gamma mixed radiation (Vn+g ) and neutrons (Vn). 24
Table 4. The effects of priming dose at 0.3 Gy of gamma-rays on day 10.5 of gestation prior to a challenging dose at 0.8 Gy of neutrons on day 11.5 of gestation on the fetal outcome in mice 25
Table 5. The effects of priming dose at 0.3 Gy of gamma-rays on day 10.5 of gestation prior to a challenging dose at 0.8 Gy of neutrons on day 11.5 of gestation on the malformations in mice 26
Figure 1. Malformed fetus:... 27
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I. 제목
태자 이상을 지표로 중성자선의 상대생물학적 효과 및 적응응답반응 평가
II. 연구개발의 목적 및 필요성
-기술적 측면
-중성자선이 태자에 미치는 생물학적 영향 및 감수성 평가를 위한 기초 자료 획득 필요
-중성자선 임신 장해 경감제 개발 및 효능 평가를 위한 모델 확립 필요
-방사선 에너지의 생물학적 영향 평가에 따른 전자선의 활용 효율성 극대화 및 장해 정도파악을 위한 피폭선량-반응 관계 규명의 필요
-중성자선에 의한 태아 장해 발현의 분자생물학적 이론 규명을 위한 자료 획득 및 치료기술 선진화 기대
-방사선 생물학적 영향 평가 및 치료 방안의 개선 및 적용 다양화를 위해 방사선 민감 생체지표 발굴과 동시에 이를 이용한 RBE 산정 및 생물학적 영향 평가법 확립
-경제·산업적측면
-국내 원자력산업의 확충과 대외 경쟁력 향상에 필요한 새로운 방사선 영향 평가 기술 및 첨단 의료 기술과의 접목을 위한 기술 개발이 필수적임
-방사선 생물학 연구의 저변 확대 및 국내 관련 전문가의 연구력 향상 필요성 대두
-선진 기술 도입과 기술자의 영입 없이 자체적으로 전자선의 활용 극대화를 위한 생물학적 영향 평가 기술 구축에 대한 체계적인 연구기술 개발이 필요
-우주화 시대를 대비한 우주방사선 연구 분야에 기초 자료 제공
-사회·문화적측면
-중성자선의 생물학적 영향 평가 기술의 확립으로 중성자선의 이용 증가 및 원자력 산업의 인식 저변확대를 위한 기초 자료로 적용
-방사선의 의학적 이용 다양화 및 적용 기술 개발을 위한 자료 제공
-중성자선의 활용을 위한 첨단 기술 개발에 관한 연구사업에의 국가적인 투자는 원자력 정책전반에 관한 국민의 신뢰도를 증진시킬 것임
-원자력 시설 주변의 환경 모니터링 적용 가능성 파악 및 주변 환경에 대한 무조건적 불신해소를 위한 영향 평가 자료로 활용
-우주방사선에 대한 사회적 인식 자료 제공
본 연구에서는 출생 전 방사선에 의한 기형발생이 가장 민감한 시기에 최고에너지가 35MeV인 가속기(cyclotron) 유래의 속중성자선 조사에 의한 태자이상을 감마선의 결과와 비교하였으며 이를 근거로 상대생물학적 효과를 산출하고, 적응응답반응 유무를 확인하였다.
III. 연구개발의 내용 및 범위
중성자선의 기형발생 및 태자이상 유발 효과를 파악하고, 감마선에 대한 상대생물학적 효과(RBE)를 비교분석하며, 방사선 적응응답반응 유무를 평가하여 중성자선의 생물학적 효과 파악 및 적용 확대를 위한 자료를 획득한다.
-최다 이상 발생 임신기에서 감마선 용량별 태자 이상 발생 평가
-최다 이상 발생 임신기에서 중성자선 용량별 태자 이상 발생 평가
-태자 이상을 지표로 중선자선의 선량 -반응관계 파악
-태자 이상을 지표로 감마선의 선량 -반응관계 파악
-태자 이상 지표에 대한 상대생물학적 효과 평가
-감마선 및 중성자 병행 조사 후 태자 이상 지표 중 일반 이상에 대한 적응응답반응 유무평가
-감마선 및 중성자 병행 조사 후 태자 이상 지표 중 기형 발생에 대한 적응응답반응 유무평가
IV. 연구개발결과
-최다 이상 발생 임신기에서 감마선 및 중성자선 용량별 태자 이상 발생 평가
감마선 조사 용량에 따른 치사율 변화는 2 Gy까지 대조군과 유사하였으나 4 Gy 노출군에서 유의성 있게 증가하였다. 중성자선 조사군에서는 0.8 Gy에서부터 증가의 경향을 나타냈고 1.6 Gy에서 유의성 있게 증가하였다. 성장지연과 소두는 감마선 또는 중성자선을 조사한 모든 군에서 유의성 있게 증가하였다. 감마선 조사군의 경우, 조사용량에 비례하여 증가하였으며 2.0 Gy에서 100%의 발생이 관찰되었고, 특히 중성자선 조사군의 경우 0.4 Gy에서부터 전체 개체에서 관찰되었다. 중성자선의 경우 0.8 Gy의 비교적 낮은 선량에서도 증가의 경향을 나타내어 감마선에 비해 민감도가 높을 것으로 사료된다. 평균체중의 감소가 관찰되는 성장지연 태아의 숫자는 주기관형성기에 노출된 태아에서도 관찰되었다. 이러한 결과는 임신 10일 또는 11일에 방사선조사가 최대의 체중감소 효과를 나타낸다는 결과 및 체중감소를 지적한 결과와도 일치하였다. 두부크기(길이 및 폭)가 감소하였다. 성장지연태아의 숫자는 0.5 Gy의 감마선 노출군에서도 증가가 확인되었으며 용량의존적으로 증가하였다. 체중, 체장 및 두부 크기 모두 유사하게 용량에 따라 감소하는 것을 확인하였다. 감마선의 효과에 비하여 중성자선 조사시 성장지연 및 소두의 발생이 현저하였으며 이에 대한 저선량 중성자선 효과의 추가검토가 요구된다.
기형의 발생은, 외부기형의 경우 감마선 및 중성자 모두 주로 사지 및 꼬리의 기형이었으며, 내부장기 기형은 공히 뇌실확장, 구개열 이였고 감마선의 경우 신우확장의 개체가 용량 증가에 비례하여 관찰되었다. 골격 기형은 고선량 조사군에서 늑골, 흉골 및 말단기형이 일부 관찰되었다. 감마선조사에 의한 구개열 및 뇌실확장을 유발할 수 있는 방사선의 발단선량(threshold dose)은 1-2Gy 이었으며 사지기형을 유발하는 발단선량은 0.5-1 Gy 이었고, 중성자선 조사에 의한 기형유발 발단선량(threshold dose)은 대부분 0.4-0.8 Gy였다. 일부 방사선 노출군에서 다른 기형도 관찰되었으나 용량의존성은 없었다. 주기관형성기(임신 11.5일)에 감마선 또는 중성자선의 노출로 인한 가장 일반적인 기형의 유형은 구개열, 뇌실확장, 사지 및 꼬리기형 등이었다. 사지 말단기형은 단지, 결지, 합지가 관찰되었다. 방사선의 용량에 비례하여 구개열, 뇌실확장 및 사지기형이 관찰되었다. 기형을 가진 개체는 하나이상의 기형을 동시에 가졌다. 특히 고용량 방사선에 노출된 군에서 앞발과 뒷발 모두 또는 양쪽발 모두에서 기형이 관찰되었다. 앞다리와 뒷다리에 많은 기형을 가진 태아의 경우 하나로 검수하였다. 사지기형의 태아숫자는 감마선 1 Gy 노출군에서도 크게 증가하였으며 이러한 사지기형은 구개열보다 더 많은 수가 관찰되었다. 이러한 결과는 기관형성기 동안 방사선 노출에 가장 효과적인 지표로 사지 기형을 평가한 기존의 연구결과와 일치하였으며, 방사선 용량 의존적으로 증가하였다. 방사선 노출군에서는 일부 다른 기형도 관찰되었으나 이러한 기형은 낮은 빈도로 방사선 노출에 따른 일반적인 상관성을 찾을 수는 없었다.
-태자 이상을 지표로 중선자선 및 감마선의 선량 -반응관계 파악
전체 기형발생율을 근거로 각 방사선질의 선량 -반응식을 산출한바, 감마선은 linear-quadratic curve에, 중성자선은 linear curve에 가장 높은 일치도를 나타냈다. 감마선의 경우 기형발생율이 2.0 Gy에서 97.5%, 4.0 Gy에서 100%를 나타내어 2.0 Gy 용량까지의 반응을 적용하였다. 최적 일치 곡선은 감마선의 경우, y = (25.564 ± 3.176) D² + ( -2.6268 ± 5.726) D (r²=0.996), 중성자선의 경우, y = (64.35714 ± 7.885473) D (r²=0,911) 였다. y는 기형발생율 (%), D는 방사선 조사량(Gy)을 나타낸다. 실험적 중성자선(empirical neutron)에는 감마선이 혼합되어있으며 본 연구에서는 14.2%이다. 따라서 순수 이론적 중성자선(theoretical neutron)의 효과를 평가하기 위해서는 다음의 식이 필요하다. 실험적 중성자선에서의 기형 유도율(Vn+g)은, Vn+g = pVn + (1-p)Vg로 표시되고, p는 총실험적 중성자선에서 감마선의 비율이며, Vn은 실험적 중성자선의 기형 유도율을 나타낸다. 이식을 근거로 이론적 중성자선의 기형유도율은, Vn = Vg + (Vn+g - Vg) + p의 식으로 구할 수 있다. 이상에서 순수 이론적 중성자의 효과식은 y = (70.18266 ± 9.19) D (r²=0.91) 였다.
-태자 이상 지표 중 기형 발생에 대한 상대생물학적 효과 평가
선량-반응식으로 RBE를 구하기 위해 y = aD + bD² + c의 식은 D = [-a ± √{a²-4b(c-y)}] ÷ 2b로 재구성하고, 산출한 감마선에 대한 중성자선의 기형발생 RBE는 기형발생율 30-70% 사이에서 2.14 ± 0.48이었다. 본 연구에서 선량 -반응식을 도출하기 위해 적용된 감마선 및 중성자선 조사 후 기형발생은 감마선의 경우 2.0 Gy에서 97.5%, 4.0 Gy에서 100%의 발생율을 나타내어 2.0 Gy 이상의 용량은 기형유도의 최대용량으로 평가되며 따라서 선량-반응식 산출의 적용 대상에서 감마선 4.0 Gy의 성적은 배제하였다. 본 연구의 결과 한 가지 이상의 기형이 발생된 개체를 기준으로 기형발생율 30-70% 사이 중성자선의 RBE는 약 2.14로서 이전의 보고와 유사하였다. 선량 -반응식을 근거로 작성된 기형발생율에서 10%의 발생이 예상되는 선량에서는 4.78의 높은 예상 RBE수치를 나타내어 저용량 조사에서 높은 RBE 수치를 나타내는 보고와 같은 경향이었다.
-감마선 및 중성자 병행 조사 후 태자 이상 지표 중 일반 이상 및 기형 발생에 대한 적응응답반응 유무 평가
감마선 및 중성자 병행 조사 후 태자 이상 지표 중 일반 이상 및 기형 발생에 대한 적응응답반응은 모두에서 관찰되지 않았다.
V. 연구개발결과의 활용계획
-중성자선이 태자에 미치는 생물학적 영향 및 감수성 평가를 위한 기초 자료로 활용
-중성자선 임신 장해 경감제 개발 및 효능 평가를 위한 모델로 활용
-방사선 에너지의 생물학적 영향 평가에 따른 전자선의 활용 효율성 극대화 및 장해 정도파악을 위한 피폭선량 -반응 관계 규명에 적용
-중성자선에 의한 태아 장해 발현의 분자생물학적 이론 규명을 위한 자료 획득 및 치료기술 선진화에 자료로 활용
-방사선 생물학적 영향 평가 및 치료 방안의 개선 및 적용 다양화를 위해 방사선 민감 생체 지표 발굴과 동시에 이를 이용한 RBE 산정 및 생물학적 영향 평가법으로 적용
-중성자선의 태자 이상 유도 및 기형발생에 대한 체계적 연구 모델로 추가 연구에 적용
-중성자선에 의한 태자 일반이상 및 기형 발생에 대한 상대생물학적 효과 자료로 제공
-중성자선에 의한 태자 일반이상 및 기형 발생을 지표로 적응응답 반응 연구자료로 제공
-중성자선을 이용한 환자치료에 적용
-임신기 중성자선 피폭 또는 조사에 의한 태자 이상에 대한 생물학적 평가 기술로 활용
-국내 원자력산업의 확충과 대외 경쟁력 향상에 필요한 새로운 방사선 영향 평가 기술 및 첨단 의료 기술과의 접목을 위한 기술로 적용
-방사선 생물학 연구의 저변 확대 및 국내 관련 전문가의 연구력 향상
-선진 기술 도입과 기술자의 영입 없이 자체적으로 전자선의 활용 극대화를 위한 생물학적 영향 평가 기술 구축에 대한 체계적인 연구기술로 활용
-중성자선을 이용한 환자치료에 적용될 다양한 결과 도출.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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