표적항암치료를 위한 겸형적혈구의 응용 및 치료 효과

최세운,Choe, Se-woon 한국정보통신학회 2016 한국정보통신학회논문지 Vol.20 No.12

암 환자들을 대상으로 하는 항암치료법은 나노입자, 폴리머 중합체, 지질, 리포솜 등을 치료 전달체로 이용하여 항암치료를 진행하는 방법들이 주로 활발하게 사용되고 있다. 이러한 전달체는 항암 치료제를 직접 암세포로 정확하게 표적 운반하는 정확성, 정확하게 운반한 후 선택적으로 항암치료제를 방출해야하는 유출제어, 다른 일반 세포들을 약물로부터 보호하는 기능 등을 동시에 가지고 있어야 하지만, 대부분 항암약물의 독성에 기인한 부작용이 발생하고 있다. 겸형적혈구는 암세포주변 혈관세포와 멤브레인 표면에 존재하는 리셉터 사이에의 점착성이 존재하며 추가적 생화학처리 없이 암세포 주변에 표적화가 가능함을 보인다. 또한, 암세포 주변의 혈관의 구조적 변화특성은 겸형적혈구의 중합화 반응을 증가시킨다. 따라서 본 논문에서는 겸형적혈구를 이용한 새로운 항암치료법의 효과를 정량적 혈관분석 방법을 통해 제시하고자 한다. Conventional drug carriers such as liposomes, nanoparticles, polymer micelles, polymeric conjugate and lipid microemulsion for cancer chemotherapy shield normal tissues from toxic drugs to treat cancer cells in tumors. However, inaccurate tumor targeting uncontrolled drug release from the carriers and unwanted accumulation in healthy sites can limit treatment efficacy with current conventional drug carriers with insufficient concentrations of drugs in the tumors and unexpected side effects as a result. Sickle red blood cells show natural tumor preferential accumulation without any manipulation due to the adhesive interaction between molecular receptors on the membrane surface and counter-receptor on endothelial cells. In addition, structural changes of microvascular in tumor sites enhances polymerization of sickle red blood cells. In this research, we examined the use of sickle red blood cells as a new drug carrier with novel tumor targeting and controlled release properties to quantify its therapeutic effects.

Gompertz modeling을 이용한 약물유출 예측시스템의 최적화

최세운(Se-woon Choe),우영운(Young Woon Woo) 한국컴퓨터정보학회 2014 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.19 No.12

Gompertz modeling은 고령화 사회에 접어들기 시작하며 노령인구 예측에 성공적인 결과를 보여줌으로써 최근 많은 주목을 받고 있다. 또한 항암 치료제의 독성으로 인해 발생할 수 있는 부작용을 미연에 방지하고자 보다 효과적인 치료제의 사용에 관한 의료 생체분야에서 활발한 개발이 시도되어 왔으나 전임상 및 임상실험으로의 응용이 가능한 모델링은 극히 제한적이며, 모델링의 검증을 위한 생체실험의 분석 시스템의 최적화가 힘들다는 한계가 있다. 본 논문에서는 Gompertz modeling을 응용하여 새로운 겸형적혈구의 약물유출 예측시스템을 개발하고, 여기된 광증감제의 겸형적혈구 부착을 통해 효과적인 약물유출 제어방법을 ex-vivo 실험을 통해 검증하여 최적화된 예측시스템의 결과를 비교 분석 할 수 있었다. 따라서 이와 같이 최적화된 Gompertz modeling을 이용한 새로운 약물전달 시스템이 항암치료에 반영된다면 부작용에 기인한 환자들의 신체적 고통과 치료를 위한 경제적 부담을 경감시키는 효과를 유도하며, 나아가 항암 치료제의 정확한 전달률을 증가시켜 보다 효과적인 항암치료를 기대할 수 있다. A Gompertz modeling, sigmoid in shape, is a widely used application for social science, natural science, engineering, and medical research to allow confident approximation and accurate analysis and has been applied to estimate an elderly population on aging of population. Due to the high toxicity of currently available drug delivery vehicles, various efforts have been made to reduce side-effects in clinical fields, but its application to preclinical and clinical studies is limited and there are some difficulties to optimize the parameters of Gompertz modeling applicable to preclinical studies. Therefore, in this study, we demonstrated the ability of sickle red blood cells loaded by hypotonic dialysis then photosensitized and light-activated ex vivo for controlled release and simultaneously optimized Gompertz function to evaluate controlled drug release properties of photosensitized sickle red blood cells to reduce pain-related treatments in cancer patients.

혈관질환의 조기 진단 및 치료 효과 검증을 위한 시스템개발

최세운(Se-woon Choe) 한국정보통신학회 2019 한국정보통신학회 종합학술대회 논문집 Vol.23 No.2

섬유아세포 증식을 위한 이동형 자극 시스템

최세운(Se-woon Choe) 한국정보통신학회 2020 한국정보통신학회 종합학술대회 논문집 Vol.24 No.1

전임상 혈관분석을 위한 초분광 이미징 시스템의 활용

최세운(Se-woon Choe),우영운(Young Woon Woo) 한국컴퓨터정보학회 2015 韓國컴퓨터情報學會論文誌 Vol.20 No.4

본 논문에서는 초분광 이미징시스템을 이용하여 획득된 헤모글로빈 포화이미지와 다양한 이미지프로세싱을 통해 얻어진 실시간 혈관 변화과정을 마이크로미터/밀리초 부터 밀리미터/시간에 이르는 시공간 해상도로 제공하여, 다양한 질병에 기인한 혈관의 생성 및 변화 등과 같은 고유한 생리적 특성뿐만 아니라 혈관간의 산소이동, 혈관질환의 치료효과의 검증 등 다목적 영상장비로의 개발이 가능하다. 이는 질병으로 인한 혈관의 변이과정을 관찰하기 위해 최근 다양한 임상 및 전임상 영상장비들이 개발되고 있으나 높은 개발비용과 환자들이 감수해야하는 위험부담에 비해 상대적으로 낮은 해상도와 제한된 만족도를 제공한다 한계점을 극복할 수 있다. 새로운 혈관의 생성 및 기존의 모세혈관 변화는 암 전이 및 발전과정 뿐만 아니라 다양한 질병의 종류에 따라 다른 특성을 보이며 이를 통한 생리학적 분석이 가능하므로 혈관의 연구를 통한 질병종류 및 유무의 판단은 진단 과정의 핵심 요소이며 새로운 치료법의 효과를 평가할 수 있는 중요한 근거가 될 것으로 기대한다. We present microscopy based hyperspectral imaging system that successively shows high spatial (micrometer) and temporal resolutions (milisecond), and acquired pseudocolor hemoglobin saturation map a result of various image processing techniques can provide additional information such as oxygen transport, abnormal vascularity and therapeutic effects besides structural and physiological measurements in various diseases. To increase understanding of vascular defects several optical methods of imaging for preclinical/clinical assessment have been developed so far. However, they have some limitations for outcoming resolution and user satisfaction level compared to its cost. A hyperspectral imaging system has shown a wide range of vascular characteristics associated with hypervascularity, aberrant angiogenesis or abnormal vascular remodeling in many diseases. This vascular characteristic is considered as a key component to diagnose and detect a type of disease as evidenced by them.

PFCM 클러스터링 기법의 개선

허경용,최세운,우영운,Heo, Gyeong-Yong,Choe, Se-Woon,Woo, Young-Woon 한국정보통신학회 2009 한국정보통신학회논문지 Vol.13 No.1

Cluster analysis or clustering is a kind of unsupervised learning method in which a set of data points is divided into a given number of homogeneous groups. Fuzzy clustering method, one of the most popular clustering method, allows a point to belong to all the clusters with different degrees, so produces more intuitive and natural clusters than hard clustering method does. Even more some of fuzzy clustering variants have noise-immunity. In this paper, we improved the Possibilistic Fuzzy C-Means (PFCM), which generates a membership matrix as well as a typicality matrix, using Gath-Geva (GG) method. The proposed method has a focus on the boundaries of clusters, which is different from most of the other methods having a focus on the centers of clusters. The generated membership values are suitable for the classification-type applications. As the typicality values generated from the algorithm have a similar distribution with the values of density function of Gaussian distribution, it is useful for Gaussian-type density estimation. Even more GG method can handle the clusters having different numbers of data points, which the other well-known method by Gustafson and Kessel can not. All of these points are obvious in the experimental results. 클러스터링은 주어진 데이터 포인트들을 주어진 개수의 그룹으로 나누는 비지도 학습의 한 방법이다. 클러스터링의 방법 중 하나로 널리 알려진 퍼지 클러스터링은 하나의 포인트가 모든 클러스터에 서로 다른 정도로 소속될 수 있도록 함으로써 하나의 클러스터에만 속할 수 있도록 하는 K-means와 같은 방법에 비해 자연스러운 클러스터 형태의 유추가 가능하고, 잡음에 강한 장점이 있다. 이 논문에서는 기존의 퍼지 클러스터링 방법 중 소속도(membership)와 전형성(typicality)을 동시에 계산해 낼 수 있는 Possibilistic Fuzzy C-Means(PFCM) 방법에 Gath-Geva(CG)의 방법을 적용하여 PFCM을 개선한다. 제안한 방법은 PFCM 장점을 그대로 가지면서도, GG의 거리 척도에 의해 클러스터들 사이의 경계를 강조함으로써 분류 목적에 적합한 소속도를 계산할 수 있으며 전형성은 가우스 형태의 분포에서 생성된 포인트들의 분포 함수를 정확하게 모사함으로써 확률 밀도 추정의 방법으로도 사용될 수 있다. 또한 GG 방법은 Gustafson-Kessel 방법과 달리 클러스터에 포함된 포인트의 개수가 확연히 차이나는 경우에도 정확한 결과를 얻을 수 있다. 이러한 사실들은 실험 결과를 통해 확인할 수 있다.

경계선 강도 허프 변환에서 직선 왜곡의 최소화 방안

허경용,최세운,박충식,우영운,Heo, Gyeong-Yong,Choe, Se-Woon,Park, Choong-Shik,Woo, Young-Woon 한국정보통신학회 2008 한국정보통신학회논문지 Vol.12 No.2

허프 변환(Hough transform)은 영상에서 몇 개의 파라미터로 표현되는 기하학적 요소 추출을 위해 널리 사용되고 있는 방법 중 하나이다. 하지만 허프 변환은 영상의 한 픽셀이 허프 공간(Hough space)의 한 방정식에 대응되는 일대다 특성으로 인해 잡음에 민감한 특성을 갖는다. 이러한 잡음 민감성은 검출되는 직선의 개수뿐만이 아니라 검출된 직선의 품질에도 영향을 미칠 수 있다. 즉, 실제 직선에서 벗어난 직선이 검출되거나 하나의 실제 직선에 대해 여러 개의 직선이 검출되는 등의 직선 왜곡이 발생할 수 있다. 이러한 직선 왜곡은 잡음 이외에도 허프 공간의 설정, 특히 각 해상도의 설정에 영향을 받는다. 따라서 본 논문에서는 기존의 허프 변환에서 발생하는 이러한 직선 왜곡을 분석하고, 잡음 민감성을 줄이기 위해 제안된 경계선 강도 허프 변환(Edge Strength Hough Transform, ESHT)에서 이러한 왜곡이 적게 발생함을 보인다. 하지만 허프 공간의 크기는 허프 변환 이전에 정해지므로, 정해진 허프 공간에 대해 왜곡의 발생이 최소가 되도록 하는 방법을 제시한다. 또한 경계선 강도 허프 변환의 경계선 확장과 강도 설정 과정을 통해 경계선 강도 허프 변환에서만 발생할 수 있는 직선 왜곡을 분석하고 이를 해결하는 방법을 제시한다. 실험 결과에서는 제시한 방법이 직선의 왜곡이 감소하는 것을 확인하였다. Though the Hough transform(HT) is a well-known method for detecting analytical shape represented by a number of free parameters, the basic property of the HT, the one-to-many mapping from an image spare to a Hough space, causes the innate problem, the sensitivity to noise. This basic problem also deteriorates the quality of detected lines and makes the detected line deviated from the real one or generates some bogus, multiple lines where only one real line exists. The size of Hough space also affects the quality of detected lines. In this paper, we analyzed the line distortions in the traditional Hough transform and showed that the distortions are relieved in the edge strength Hough transform(ESHT), which is a modified HT. However the usage of expanded edge and edge strength in ESHT can cause some new line distortions which do not exist in the HT. These new ones can be solved by a proper setting of decreasing and broadening parameter values and the optimal values can be determined only by some pre-determined values. We also illustrated several examples to show the distortion-decreasing property of ESHT.

LED를 활용한 저가의 암세포 증식제어 모듈 개발 및 효과

조경래,최세운,Cho, Kyoungrae,Choe, Se-woon 한국정보통신학회 2018 한국정보통신학회논문지 Vol.22 No.9

광 역학 치료법은 그 효과가 특정 위치의 암세포에 국한되어있어 주변의 정상 세포에 큰 영향을 미치지 않기 때문에 다양한 부작용이 존재하는 현재의 암 치료법의 대안으로 제안되어 왔다. 이러한 광 역학 치료에는 광감응제를 선택적으로 자극시키기 위해 레이저를 이용하고 있으나, 고가의 치료비용과 높은 발열현상으로 사용에 제한적이다. 그러나 다양한 파장의 빛을 발할 수 있는 소형 발광 다이오드가 저가로 개발됨에 따라 대체가 가능하며, 이는 광 역학 치료 장비의 소형화 및 저가의 치료 장비 개발에 큰 영향을 미치고 있다. 현재 활발하게 연구되는 광 역학 치료법은 다양한 광감응제를 이용하여 암세포의 사멸을 유도하는데 목적이 있으나, 특정한 파장을 중심으로 진행된 연구는 상대적으로 미비한 실정이다. 따라서 본 논문에서는 저렴하며, 발열현상이 작고, 다양한 파장대의 광원지원이 가능한 발광 다이오드를 사용하고 이를 아두이노로 제어하여 새로운 저가의 암세포 증식 억제 모듈을 개발함으로써, 그 효과를 정량적으로 분석하고 새로운 항암치료법을 제시하고자 한다. Photodynamic therapy has been suggested as an alternative treatment to current cancer therapy which resulting in a variety of side effects because photodynamic therapy targets specific cancer cells and does not have a significant effect on normal cells. Typically, laser was used as a photodynamic therapy, but this was limited due to high cost and heat reaction. However, compact light emitting diodes that can emit light of various wavelengths have been developed at a low cost, which has a great influence on the low cost development of photodynamic therapy equipment. On the other hand, in the study of photodynamic therapy, the data on the direct effect of visible light are relatively small. Therefore, in this paper, we propose a novel cancer therapeutic module by developing a cancer cell proliferation inhibition module based on an Arduino that is relatively inexpensive, and able to use light of various wavelengths.

초음파와 LED를 이용한 일체형암세포 증식억제 모듈의 기초연구

조경래,최세운,Cho, Kyung-rae,Choe, Se-woon 한국정보통신학회 2018 한국정보통신학회논문지 Vol.22 No.8

최근 들어 초음파를 활용한 항암 치료법은 미세한 기포 또는 조영제를 환자에게 주입한 후 특정 주파수의 초음파를 발생시켜 세포의 괴사를 유도하는 치료법으로서, 항암치료 중 발생가능한 부작용을 현저히 감소시킬 수 있는 유용한 치료법으로 제안되고 있다. 이는 정기적인 세포의 사멸은 세포의 손상과 관계없이 필수적인 생물학적 프로세스이며, 초음파는 이러한 세포의 사멸을 유도 또는 증폭시키는 효과가 있기 때문으로 알려져 왔다. 한편, 광 역학 치료는 광원의 고유한 파장에 따라 반응하는 광감응제 등과 같은 화합물을 추가적으로 인체에 주입함으로써 특정 암세포의 괴사 유도가 가능하며 이를 위해 다양한 종류의 레이저 사용이 가능하다. 하지만, 고가의 광원과 대형화된 장비, 광원의 자극으로 인한 발열 현상 등의 한계로 제한적인 사용이 가능하여왔다. 이러한 기술적 한계는 소형 발광 다이오드가 개발됨에 따라 광 역학 치료 장비의 소형화와 발열현상의 제어가 가능하게 되었고, 그 결과 발광 다이오드는 레이저의 대체광원으로 인식되었다. 따라서, 본 논문에서는 의료용으로 광범위하게 사용되며, 부작용이 적고, 비교적 저주파인 1 MHz 초음파 발생장치와 저렴한 발광다이오드를 복합적으로 융합한 일체형 암세포 증식억제 모듈을 개발하고 이를 암세포에 적용시켜 효과를 정량적으로 분석하고자 한다. Ultrasonography and photodynamic therapy have been proposed as useful tools as a treatment for inducing necrosis of cells using reactive oxygen species. Apoptosis is an internal mechanism necessary for cells regardless of damage. Ultrasound has the effect of inducing the apoptosis of these cells, and the frequency of 1 MHz is the most applicable area for medical use. The laser which is generally used in photodynamic therapy has a heat reaction and the treatment is limited. However, as a small light emitting diode is developed, it shows possibility to minimize the equipment and reduce heat reaction. On the other hand, there are relatively few researches on direct effects of light compared with studies using photosensitizers, and the area is also limited. Therefore, in this paper, we have developed a cancer cell proliferation control module using ultrasonic and light emitting diodes, which have relatively few side effects, and quantitatively analyze the effect of the module to propose an optimal suppression technique.

형광 발현 암세포 탐지를 위한 맞춤형 검출시스템 개발

조경래,서정혁,최세운,Cho, Kyoungrae,Seo, Jeong-hyeok,Choe, Se-woon 한국정보통신학회 2019 한국정보통신학회논문지 Vol.23 No.3

Flow cytometry is an electrical detection system that provides precise and diverse optical properties to cells and micro particles. Flow cytometry, which provides multidimensional information including cell size and granularity through light scattering and fluorescence emission generated by the induction of light of a specific wavelength to the fluorescently treated cells or micro particles, plays an important role in biomedical and biophysical fields. However, it has some drawbacks such as high cost, size of the instrument and limitation in selecting fluorescent dyes. Therefore, in this paper, a low cost compact fluorescent detection system is developed using light-emitting diode and microcontroller. The proposed fluorescence detection system has a replaceable the light source/fluorescence filter/photodetector and constructed by 3D printer, so that the user can design a customized system according to the selected fluorescent dyes. The fluorescence intensity was measured by varying the number of fluorescently labeled cells, and the measured intensities showed a high linearity within the tested concentration ranges. 유동 세포 분석법은 세포나 입자에 대하여 정밀하고 다양한 광학적 특성을 제공해주는 전기적 탐지 기술이다. 형광 처리된 세포나 미립자에 특정한 파장의 빛을 가함으로써 발생 되는 광 산란과 형광 방출을 통해 세포의 크기와 입상도를 포함한 다차원적인 정보를 제공해주는 유동 세포 분석법은 생체 의학 분야 또는 생물 물리학 분야에서 중요한 역할을 수행한다. 그러나 유동 세포 분석법은 고가이며 장비 설치에 있어 적절한 공간이 필요하고 형광 염료 선택에 제한적이라는 단점을 가지고 있다. 따라서 본 논문에서는, 상용화된 유동 세포 분석에 사용되는 고가의 레이저와 운영시스템 대신 발광 다이오드, 마이크로 컨트롤러와 광 검출기를 사용한 저가의 형광세포 측정 시스템을 개발하여 사용자가 원하는 형광 염료에 대한 자유도를 높였다. 또한, 3D 프린터를 사용하여 모듈별 소형화 및 경량화를 통한 사용자 맞춤형 제작이 가능하도록 하였다. 그 결과, 형광처리 한 세포의 양에 변화를 주어 발광도를 측정하였을 때, 높은 선형성이 보임을 확인할 수 있었다.