대사질환에서 바이오마커로서 엑소좀과 미소낭포

이성규 대한비만학회 2014 The Korean journal of obesity Vol.23 No.3

대사질환에서 현재 사용되고 있는 바이오마커는 질병의 발병 단계들을 모니터하기에는 적합지 않고, 발병경로 및 병태생리가 제각기 다른 환자들의 차이를 모니터하기에도 적합지 않은 것으로 생각된다. 정상적인 상태, 스트레스 상태, 발병상태에 따라서 다양한 조직 및 세포,그리고 혈구에서 분비되는 엑소좀과 미소낭포는 기원 세포의 여러 상태를 반영하는 여러 종류의 단백질, mRNA, microRNA 등을 함유하고 있으므로, 기존의 바이오마커의 한계성을 보완할 수 있는 새로운바이오마커로서 가능성이 있다. 향후 엑소좀과 미소낭포의 특성이 보다 더 잘 규명되고, 혈액에서 쉽게 측정 가능한 검출 방법이 개발된다면 비만을 포함한 대사질환의 예측, 진단, 치료 및 예후에서 엑소좀과미소낭포는 새로운 바이오마커로 사용될 수 있을 것으로 사료된다. Currently used biomarkers in metabolic diseases are neither sufficient for monitoring the stage of disease development nor for monitoring differences among patients with different underlying pathogenetic pathways and pathogenesis. Exosomes and microvesicles, which are released from a wide variety of tissues, cells and blood cells in response to normal or stressed state, and under pathogenic conditions, contain various proteins, mRNAs, miRNAs and etc. that reflect the diverse functional and dysfunctional states of the releasing cells and tissues. Therefore, exosomes and microvesicles could be the next potential new biomarkers that could help predict, diagnose, treat and monitor prognosis of metabolic diseases as in obesity. Exosomes and microvesicles may overcome limitations of current biomarkers once their characteristics are clarified and methods for easier detection are developed.

만성 질환자들의 운동 증상 예측을 위한 모바일 환경 기반의 행동 디지털 바이오마커 통합 시스템 제안

이현탁(Hyuntak Lee),주미니나(Minina Ju),김민욱(Minuk Kim),김진우(Jinwoo Kim) 한국HCI학회 2024 한국HCI학회 학술대회 Vol.2024 No.1

행동 디지털 바이오마커는 만성질환 환자들의 운동 증상을 정량적으로 측정할 수 있어, 조기 진단 및 질병 예방 및 관리 영역에서 잠재력을 지니고 있다. 그러나, 모바일 기반 환경에서 운동 증상 판별을 위한 현재의 행동 디지털 바이오마커는 임상 기준에 충족하지 못하는 상황에서 사용성 및 기술적 한계로 인해 유용성이 확보되지 않은 실정이다. 따라서, 본 연구는 사용성 및 기술력을 확보한 만성 질환자들의 운동 증상을 복합적으로 예측하기 위한 행동 디지털 바이오마커 통합 시스템을 제안한다. 먼저 임상적 기준을 토대로 시스템의 실현 가능성을 확보하기 위하여 문헌 연구를 살펴본 후, 선정된 보행, 앉았다 일어서기, 한발서기, 손글씨 쓰기, 팔 상하 운동, 태핑 평가, 총 6 개에 대한 예측 시스템을 설계 및 구현하였다. 디지털 바이오마커 임상 연구 프레임워크에 기반하여 시스템에 해당되는 센서의 정확도를 검증하고자 관련 전문가들을 대상으로 시스템 정확도 테스트를 진행하였다. 본 연구팀에서 제안한 행동 디지털 바이오마커 통합 시스템은 다양한 운동 증상을 다각적으로 평가하는 기회를 제공하여 개별 환자의 증상에 대한 맞춤형 진단 및 치료 프로토콜을 개발하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

사회연결망 분석을 통한 바이오마커 공백기술 도출 연구 - 한미 기술의 비교 방법론을 중심으로

권기석,안주명,정석봉 한국혁신학회 2017 한국혁신학회지 Vol.12 No.4

In general, technology planning aims to decide how to allocate R&D resource efficiently in various technology sectors in order to create socioeconomic value in the future. To do this, we make various efforts for exploration of new valuable technologies at researcher, organizational and national levels as well as specific technologies. In this vein, this research attempts not only to suggest a novel methodology but also to provide empirical findings on the basis of the method. We have found R&D key words of South Korea and the United States. Moreover, we have counted frequency changes of the key words, network analysis, and visualization of the network. According to the results, we have shown that biomarker technology is the major technology sector among genomics area. Moreover, the researchers in the United States have focused on various part of bodies covering wide age groups. Aging, metabolism, prevention, and individualization are suggested as cooperative research themes. The methodology integrating social network analysis, visualization, and country comparison suggested in this study contribute to technology planning of interdisciplinary area as well as other technology areas. Furthermore, the new method identifying relative strength based on key words of R&D projects are highly promising for upcoming studies. 미래에 사회경제적 가치를 창출하기 위해 어떤 기술에 연구자원을 투입할 것인가를 결정하는 것이 기술기획의 목표 중 하나다. 이를 위해 특정 기술 분야는 물론, 국가, 기관, 연구자 수준 등 다양한 관점에서 신규 기술개발 대상을 탐색에 노력을 기울이고 있다. 본 연구에서는 국가전략 융합기술의 공백기술 분석을 통해, 향후 추진할 세부 분야를 발굴하기 위한 새로운 방법론적 도입과 경험적 발견을 시도하였다. 방법론에 있어, 국가전략융합기술의 중점기술별로 키워드를 도출하였다. 이를 바탕으로 국가적으로 어떤 세부 영역에 연구개발이 수행되고 있으며, 어떤 영역이 상대적으로 미흡한 지에 대한 시계열 비교, 네트워크분석, 연결망 시각화 등을 수행하였다. 분석결과, 국가전략 융합기술 중 바이오마커 기술의현황과 공백기술이 도출되었다. 즉 유전체 정보이용 기술 중 투자 규모가 가장 큰 바이오마커 기술에 대한 공백기술 분석 결과, 미국이 상대적으로 여러 연령대와 신체의 다양한 부위를 대상으로 연구가 이루어지고 있는 것을 알 수 있었다. 노화관련 질환 또는 대사성질환, 예방, 맞춤의학의 주제어가 한국과 미국의 협력분야의 주제어로 도출되었다. 본 연구에 제시된 연구 영역의 주제어 도출을 위한 네트워크분석, 시각화, 선진국과의 비교 분석 등을 결합하는 새로운 방법론을 통해, 융합기술 뿐 만 아니라 타 연구 영역의 연구개발 기획에도 활용할 수 있을 것이다. 더 나아가 주제어를 기반으로 한 상대적 강점영역의 도출과 이의 시각화는 향후 다양한 적용 영역을 가지는 기법으로 자리매김할 것이다.

두경부 종양에서 암 줄기세포 유전자 바이오마커(cancer stem cell gene signature)와 예후와의 연관성

김수일(Su Il Kim) 경희대학교 학술단체협의회 2022 高凰論集 Vol.70 No.-

현재까지 두경부 종양에서 다양한 암 줄기세포 바이오마커 (cancer stem cell; CSC biomarker)와 이를 암호화하는 유전자들이 인식되어 평가되어 왔다. 그러나, 두경부 종양에서 이들의 유효성에 대해서는 아직까지 의문이 제기되고 있으며, 특히 암 줄기세포 바이오마커를 암호화하는 유전자들의 경우에는 명확히 확인되지 않은 채 남아있다. 이 연구에서, 우리는 공개적으로 이용 가능한 다섯 개의 두경부 종양코호트를 이용하여 두경부 종양에서 암 줄기세포 유전자 바이오마커(CSC gene signature)의 임상적 중요성을 검증하고자 하였다. 두경부 종양 환자의 예후를 예측하기 위해서, 우리는 TCGA 코호트를 이용해서 4개의 암 줄기세포 유전자 –CD44, MET, ALDH1A1, BMI1 – 중 최소 1개의 유전자와 mRNA 발현량에서 상관관계를 보여주는 CSC gene signature를 발견하였다. TCGA 코호트 내의 환자들은 CSC gene signature를 이용하여 CSC gene 관련 고위험군 (CSC gene-associated high risk; CSC-HR, n=285)과 CSC gene 관련 저위험군 (CSC gene-associated low risk; CSC-LR, n=281)으로 분류되었다. 5년 전체 생존율과 재발없는 생존율이 통계적으로 유의하게 CSC-LR 보다 CSC-HR 에서 더 낮게 관찰되었다 (p=0.04, 0.02). CSC gene signature의 임상적 중요성은 다른 4개의 공개적 코호트를 이용하여 검증되었다. 콕스 위험 비율 분석 (Cox proportional hazards models) 결과 CSC gene signature는 두경부 종양 환자 예후의 독립적 예측 인자로 관찰되었다. 게다가, CSC gene signature 는 두경부 환자의 방사선 치료에 대한 반응성, 그리고 HPV (-) 두경부 종양 환자의 예후와도 관련이 있었다. 결론적으로, CSC gene signature는 두경부 종양 환자의 예후와 관련되며, 각 환자의 개별적인 치료 접근 계획을 세우는 데에 도움을 줄 것으로 생각된다. Various cancer stem cell (CSC) biomarker and encoding genes in head and neck squamous cell carcinoma (HNSCC) have been identified and evaluated. However, validity of those in prognosis of HNSCC has been questioned and remains to be ascertained. In this study, we examined the clinical significance of CSC biomarker genes in HNSCC using five publicly available HNSCC cohorts. To predict prognosis of patients with HNSCC, we developed CSC gene signatures whose mRNA expression was correlated with at least one of 4 CSC genes –CD44, MET, ALDH1A1, BMI1. Patients with TCGA HNSCC cohort were classified into CSC gene-associated high risk (CSC-HR; n=285) and CSC gene-associated low risk (CSC-LR; n=281) subgroups. The five-year overall survival and recurrence-free survival rates were significantly lower in the CSC-HR subgroup than in the CSC-LR subgroup (p=0.04 and 0.02, respectively). The clinical significance of CSC gene signature was validated using four independent cohorts. Cox proportional hazards models showed that the CSC gene signature was an independent prognostic factor for HNSCC patients. In addition, CSC gene signature was associated with the prognosis of HNSCC patients who have received radiotherapy, or those with HPV (-) status. In conclusion, the CSC gene signature was associated with prognosis of HNSCC patients and may help personalized treatments for HNSCC patients.

인공지능 : 두 가지 유형의 바이오마커를 이용한 파킨슨병의 진단과 신경섬유 경로의 특징 분석

강신태 ( Shin Ttae Kang ),이욱 ( Wook Lee ),박병규 ( Byung Kyu Park ),한경숙 ( Kyung Sook Han ) 한국정보처리학회 2014 정보처리학회논문지. 소프트웨어 및 데이터 공학 Vol.3 No.10

Like Alzheimer`s disease, Parkinson`s Disease(PD) is one of the most common neurodegenerative brain disorders. PD results from the deterioration of dopaminergic neurons in the brain region called the substantia nigra. Currently there is no cure for PD, but diagnosing in its early stage is important to provide treatments for relieving the symptoms and maintaining quality of life. Unlike many diagnosis methods of PD which use a single biomarker, we developed a diagnosis method that uses both biochemical biomarkers and imaging biomarkers. Our method uses α-synuclein protein levels in the cerebrospinal fluid and diffusion tensor images(DTI). It achieved an accuracy over 91.3% in the 10-fold cross validation, and the best accuracy of 72% in an independent testing, which suggests a possibility for early detection of PD. We also analyzed the characteristics of the brain fiber pathways of Parkinson`s disease patients and normal elderly people.

뇌졸중의 바이오마커

방오영 대한뇌졸중학회 2011 Journal of stroke Vol.13 No.2

Background: Most major clinical trials have failed during the last 2 decades, including large clinical trials of secondary prevention and neuroprotection. These results suggest the presence of heterogeneity among stroke patients. Biomarker is defi ned as a biological molecules found in blood, other body fl uids or tissues that is evaluated as an indicator of normal biological processes,pathogenic processes, or pharmacologic responses to a therapeutic intervention. Stroke biomarkers may provide the information on the heterogeneity among patients with ischemic cerebrovascular disease. In addition, stroke biomarkers could be a guiding tool for more effective personalized therapy. Main contents: Three aspects of stroke biomarkers are discussed. First, the role of biomarkers in stroke patients is presented. Second, limitations of current biomarkers (especially protein biomarkers) in the stroke fi eld are discussed with possible reasons. Lastly, types of biomarkers, including protein, genetic and microparticles, are presented with their advantages and disadvantages focusing on the importance of comprehensive approaches using various types of biomarkers. Expectations: Although biomarkers are not recommended as a routine practice in stroke patients, there have been numerous effects to overcome current limitations. The studies reviewed herein suggest that using various biomarkers to improve the understanding of individual pathophysiologies will further promote the development of screening tool of highrisk patients, predicting model of stroke outcome and rational stroke therapy tailored to the specifi cs of each case. (Korean J Stroke 2011;13:57-62)

디지털 바이오마커를 이용한 침상 하지 운동 및 자세 인식 딥러닝 모델의 설계 및 구현

한인호(In-Ho Han),최진우(Jin-Woo Choi),이정환(Jung-Hwan Lee),백윤주(Yunju Baek) 한국정보통신학회 2023 한국정보통신학회논문지 Vol.27 No.5

척추 수술 후 환자 등 상당수의 입원 환자들은 일정 기간 침상에서 생활하기 때문에 근육 약화로 인한 다양한 합병증에 노출된다. 이러한 위험을 예방하기 위해 의료진은 종종 환자에게 운동과 자세 변환의 중요성에 대해 교육하지만, 환자가 운동을 제대로 시행하는지 객관적으로 확인하기는 어렵다. 본 연구에서는 6축 관성(Inertial Measurement Unit, IMU) 센서와 표면 근전도(Surface ElectroMyoGram, sEMG) 센서로 구성된 단일 디지털 바이오마커를 사용하여 침상 하지 운동과 자세를 인식하는 Convolution Neural Network(CNN) 기반 딥러닝 모델을 설계 및 구현한다. 건강한 성인 20명의 데이터를 수집하여 다양한 환경에서 모델의 성능과 효용성을 평가하였으며, 모델은 8가지 자세와 14가지 운동에 대해 95.42%의 인식 정확도를 달성하였다. 본 연구 결과는 의료진이 침상 환자의 재활 운동과 자세를 모니터링할 수 있도록 도와주어 빠른 회복과 운동 효과 향상 및 합병증 예방에 기여할 수 있다. A considerable number of inpatients, including patients who have undergone spinal surgery, live in bed for a certain period of time, which exposes them to various complications caused by muscle weakness. To mitigate this risk, medical staff often educate patients about the importance of exercise and posture changes. However, it is challenging to objectively determine whether patients are performing exercises correctly. In this work, we design and implement a deep learning model that recognizes bedside lower extremity exercises and postures using a single digital biomarker. Data from 20 healthy adults were collected to evaluate the performance and utility of the model in various environments. The model achieved a recognition accuracy of 95.42% for 8 postures and 14 exercises. The findings of this study can contribute to faster recovery, improved exercise effects, and prevention of complications by assisting medical staff in monitoring the rehabilitation exercises and postures of bedside patients.

폐암의 바이오마커와 진단도구

이상훈,이은혜,김은영,최용준,차윤진,장윤수 대한의사협회 2021 대한의사협회지 Vol.64 No.1

Lung cancer is the leading cause of cancer-related deaths in developing to advanced countries worldwide. The incidence rate of lung cancer in Korea has been increasing steadily since 1997. Statistics show that in 2017 alone, the incidence and mortality rates for lung cancer were 52.7 and 34.8 per 100,000 people, respectively, accounting for the highest cause of cancer death in Korea. The process of accurately diagnosing lung cancer consists of several steps, starting with the discovery of pulmonary nodule(s) via a cancer screening test or various other methods followed by the collection of cells or tissues and the identification of target molecules. Thereafter, staging and the development of a therapeutic plan lead to improved clinical outcomes. After the completion of a pilot study, a nationwide lung cancer screening program was introduced in Korea; since 2019, this program has targeted population at high risk for lung cancer: men and women aged 54 to 74 years who had a smoking history of 30 pack-years or more. The frequency of detection of pulmonary nodules is increasing in proportion to the public interest in health and economic growth. In this review, we present diagnostic techniques and biomarkers that are widely used in the medical field in the hope that such information would benefit clinical practice.

알츠하이머 치매의 바이오마커-뇌영상 연구를 중심으로

원앙연,이창욱,Won, Wang-Youn,Lee, Chang-Uk 대한생물정신의학회 2011 생물정신의학 Vol.18 No.2

Recent advances in brain imaging research are remarkable. Among them, many results from a variety of neuroimaging modalities in Alzheimer's dementia accompanied by the development and growing of imaging techniques have been presented in the research field. In this review we are focused on the imaging biomarkers for the Alzheimer's dementia to investigate the pathophysiologic mechanism. Future research on biomarkers for Alzheimer's dementia will provide more diverse and complex mechanisms or hypotheses than have been proposed in the current hypothesis about the pathogenesis of Alzheimer's dementia.

급성 신장 손상 ; 급성 신손상: 새로운 바이오마커

이식 ( Sik Lee ) 대한내과학회 2015 대한내과학회지 Vol.88 No.4

Acute kidney injury (AKI) has various triggers, such as ischemia, nephrotoxins, radiocontrast, and bacterial endotoxins. It occurs in about one-third of patients treated in the intensive care unit. There is a higher mortality in patients with AKI compared with their non-AKI counterparts. The diagnosis of AKI usually depends on serum creatinine (SCr) measurements. However, SCr is a delayed and unreliable indicator of AKI. The lack of early biomarkers has limited the ability to manage AKI. Fortunately, understanding the early stress response of the kidney to injury has resulted in the identification and validation of several potential novel urine and blood biomarkers. Recently, new biomarkers of AKI with more favorable characteristics than SCr have been identified and studied in various experimental and clinical settings. This article reviews the most well-established biomarkers of AKI.