항공기 체결부위 변형률 측정값과 FEM 해석의 오차율 연구

이현민 경상국립대학교 항공우주특성화대학원 2024 국내석사

항공기 구조물 상세 해석 시, FEM을 이용한 유한 요소 해석법이 널리 쓰이고 있다. 모델은 해석 방법에 따라서 내부 하중 추출 시에는 Coarse Grid FE Model, 내부 하중을 이용해 수계산이 어려울 경우에는 Refine Grid FE Model 및 Detail FEM을 사용한다. FEM을 이용한 구조물 Sizing이 완료되면 사용된 FEM에 대한 신뢰성이 입증되어야 하는데, 이를 위해 전기체 정적시험을 수행한다. 전기체 정적 시험은 총 24조건으로 구성되며, 본 연구를 위해서 2개 조건을 선정하였다. 각각의 조건은 동체에 양의 방향 또는 음의 방향 최대 수직 굽힘 모멘트를 유발하며 조종실 압력, 연료 탱크 압력, 흡입구 운용압력과 조합된다. 이 시험으로부터 획득된 시험값을 이용하여 FEM의 신뢰성을 입증하기 위해서는 시험값과 예측값의 오차율이 10% 이내라는 것을 확인하여야 한다. 예측값을 10% 이내로 맞춘다는 것은 신뢰성 측면 뿐만 아니라 안전한 시험을 수행하는데 있어서도 중요한 사항이다. 부정확한 예측값으로 시험에 들어가게 되면, 시험체가 유해한 변형이나 파손이 생기는 것을 피할 수 없게 된다. 예측값과 시험값의 오차율을 줄이기 위해서는 어떤 FEM을 사용하는 지가 중요한 요소가 된다. 일반적으로 Refine Grid FE Model을 이용하지만, Strain Gage의 부착 위치에 따라 오차율이 높아지기도 한다. 본 연구의 대상이 되는 Strain Gage는 단면 해석 결과 최소 마진을 가지는 위치에 실제 응력 수준을 측정하기 위해서 설치되었는데 Fastener 사이에 위치해 있다 보니 오차율이 높게 나타나는 것을 확인하였다. 본 논문에서는 전방동체 Weapon Bay 구역 Beam의 Fastener 체결부 사이에 부착된 Strain Gage 오차율 정도가 FEM Mesh Density 및 Fastener Hole 구현 유무에 따라 어떻게 달라지는 알아보았다.

면내 곡률이 있는 날개의 공력 및 플러터 해석

조영빈 경상국립대학교 항공우주특성화대학원 2023 국내석사

Long-range international air travel has increased significantly and will continue to increase well. This trend and advances in flight technologies, such as aircraft structures, materials, propulsion, and electronics, have resulted in a renewed interest in supersonic cruise aircraft. The concept of curving the leading and trailing edges of the wings can improve aerodynamic performance and reduce the pitch-up instability associated with highly swept wings. Computational fluid dynamics (CFD) and time-domain flutter analyses have been conducted to investigate the effects of planform curvature (curving the leading and trailing edges of a wing in the x-y plane) on both aerodynamic and flutter characteristics of a series of three moderately swept-back wing models. For three-different wing models, moderate angle-of-attack conditions corresponding to cruise flight and high angle-of-attack conditions to landing are considered in this study. In addition, effective time-domain flutter analyses based on transonic small-disturbance equations have been conducted and compared with previous NASA wind-tunnel flutter test.

중소기업의 지식재산권 활용 지원을 위한 지자체의 역할에 관한 연구 : 경상남도를 중심으로

정재욱 경상국립대학교 대학원 2024 국내석사

지식재산은 4차 산업혁명 시대를 맞이하여 그 중요성이 더욱 커지고 있다. 4차 산업혁명 시대에는 아이디어 자체가 기업의 경쟁력이기 때문이다. 기업은 특허나 상표권과 같은 다양한 지식재산권을 창출하며 창조적 경제활동을 이끌고 있다. 나아가 기업은 지식재산권을 자본화하여 기업의 위험을 최소화하고 기업의 경쟁력을 강화하여 이익을 창출한다. 그러나 선출원 과정을 제대로 모르는 기업 특히 중소기업의 경우 이와 같은 제도를 활용하는 것이 시간 및 비용 측면에서 쉽지 않다. 최근에는 특허 괴물(patent troll)과 특허분쟁으로 인해 사업에 문제가 발생하는 상황이 대기업뿐만이 아니라 중소기업과 소상공인 심지어 개인에게까지 나타나고 있다. 어렵게 창출한 지식재산권을 제대로 활용하는 것은 앞으로 경제활동을 영위하는 모든 주체에게 꼭 필요한 덕목이 되고 있다. 국가 차원에서도 지식재산권을 만들어 내고 활용하는 기업이 많아져야 국가 경쟁력 및 지역 경쟁력이 높아지는 만큼 이에 대한 지원에 총력을 기울여야 한다. 그리고 지방분권의 시대를 맞아 개별 지자체도 다양한 지역기업의 지식재산권 창출과 활용을 적극적으로 지원해야 한다. 하지만 문제는 지식재산권도 수도권 중심으로 지역 쏠림 현상이 심하다는 것이다. 예컨대 특허 출원의 경우 서울특별시가 29.3% 경기도가 31.7%로 총 61%로 대부분을 차지하고 있다는 점이다. 기타 광역지자체 중에서는 대전이 6%로 가장 높은데 상위 2개 지자체와 격차가 상당히 크게 나타나고 있다. 이러한 현상은 우리나라 경제와 산업 생태계의 불균형을 초래하여 지역 균형발전을 저해하고 지방 소멸의 길로 접어들게 하고 있다. 지방의 현실이 이러하나 지자체의 지식재산권 창출 및 활용지원 방안에 관한 연구도 많지 않은 현실이다. 본 연구는 이러한 문제 인식을 기반으로 지역기업이 지식재산권을 창출하고 활용하는 것에 얼마나 취약한지를 검토하고 지자체의 역할을 제시하는 것을 목적으로 한다. 특히 광역지자체 중에서도 인구와 중소기업분포 순위가 4위인 경상남도의 사례를 중심으로 비교·검토한다. 이를 기초로 경상남도의 지식재산권 활용 현황을 평가함과 동시에 앞으로 필요한 정책과 방향을 제언하고자 한다. 본 연구의 연구대상은 경상남도에 소재하는 기업으로 지식재산권을 보유하거나 활용하고 있는 중소기업 및 중견기업이다. 경상남도 중소기업과 비교를 위해 타 지자체인 광역단체와 시도 지자체 지역 중소기업의 사례를 비교하였다. 사례연구 중에서는 벤치마킹이 가능한 사례를 중심으로 비교 검토하였다. 연구 방법으로 문헌 조사, 사례조사, 관계자 면담을 통한 사례연구(case study)를 진행하였다. 필요한 경우에는 기존의 이론이나 통계 및 2차 자료를 활용하였다. 사례분석은 과학적 접근을 통한 일반화 작업을 수행하는 점에서 일정한 한계가 있으나 간접적으로 보편적인 명제를 정립하고, 이론 정립에 기여할 수 있다는 점에서 유효한 연구 방법이기 때문이다. 본 연구는 다음과 같은 의의가 있다. 첫째, 첫째, 경상남도의 중소기업 및 중견기업 대상 지식재산권 창출 및 활용에 대한 “실제” 지원 현황을 파악할 수 있었다. 둘째 이를 기초로 경상남도 지식재산권 지원을 위한 정책 방향을 제시하거나 정책을 제언하였다. 셋째 본 연구는 다음 단계 연구를 위한 기초자료가 될 수 있다.

압력 하중을 받는 곡면 패널의 3차원 비선형 구조해석의 신뢰성 연구

유형선 경상국립대학교 항공우주특성화대학원 2024 국내석사

Recently, in the aerospace industry, the importance about analysis is increasing, demanding more accurate and reliable results for structural integrity. Therefore, one common approach in the aerospace industry is to evaluate the structural integrity of the structures using commercial FEM programs, which are based on the finite element method. Sheet metal components such as the aircraft's external skin or inlet duct skin are usually designed with curvature to enhance aerodynamic efficiency. Additionally, for weight reduction, the process of Chemical Milling, which involves controlled corrosion to adjust the thickness, is applied. In such cases, stress concentration occurs in the area for rapidly decreased thickness due to chemical milling. However, these challenges can be mitigated by applying reinforcement measures such as application of stiffeners or thickness increase to ensure structural integrity. Generally, when analyzing panel with curvature subjected to pressure loads normal to the surface, linear analysis results in the same stress distribution regardless of the load direction, with internally applied loads yielding results with opposite signs. However, in nonlinear analysis, if the panel is subjected to bursting loads (positive pressure, acting from the concave side outboard), it exhibits similar behavior to the linear analysis. On the other hand, when subjected to crushing loads (negative pressure, acting from the convex side inboard), the panel's displacement changes abruptly even with a slight increase in pressure, leading to the occurrence of oil canning phenomena, which depend on the panel's curvature, thickness, load magnitude, and shape. In this study, we investigated the difference between linear and nonlinear analyses when applying pressure normal to the surface of panels with curvature and chemical milling. Furthermore, we examined stress concentrations at the edge, which is the weak point, when oil canning phenomena occur. We also evaluated the structural effect for reinforced designs, such as a application of stiffeners or thickness increase, to prevent oil canning. Finally, reliability of the analysis is confirmed by comparing the predicted values with structural tests.

지리산국립공원 10개소 습지의 식물상 특성 분석

윤용환 경상국립대학교 대학원 2023 국내박사

This study was conducted to analyze the flora and vegetation characteristics of 10 wetlands scattered in Jirisan National Park. In order to analyze the flora within the wetland and the vegetation outside the wetland, the flora and vegetation were divided into each wetland and investigated. In the vascular plants of 10 wetlands, 84 families, 228 genera, 319 species, 4 subspecies, 39 varieties, 7 variety, and 369 taxa appeared. Vascular plants for each wetland appeared as follows. In the vascular plants of Seseok wetland, 25 families, 43 genera, 50 species, 7 varieties, 1 variety and 58 taxa appeared. There are 4 taxa of rare plants such as Abies koreana, Gentiana jamesii, Allium microdictyon, Tripterospermum japonicum, etc., Korean endemic plants were 6 taxa such as Abies koreana, Pseudostellaria okamotoi, Filipendula formosa, Saussurea seoulensis, Allium thunbergii, Heloniopsis tubiflora, etc. and 17 taxa of floristic regional indicator plants have appeared. In the vascular plants of Yeongsinbong wetland, 28 families, 45 genera, 51 species, 1 subspecies, 5 varieties, 1 variety and 58 taxa appeared. There are 4 taxa of korean endemic plants such as Salix koriyanagi, Filipendula formosa, Weigela subsessilis, Allium thunbergii, etc. were 17 taxa of floristic regional indicator plants have appeared. In the vascular plants of Manbokdae wetland, 37 families, 66 genera, 71 species, 1 subspecies, 12 varieties, 3 variety and 87 taxa appeared. There are 6 taxa of rare plants such as Daphne pseudomezereum var. koreana, Lysimachia leucantha, Gastrodia elata, Pogonia japonica, Viola albida, Iris ensata, etc., Korean endemic plants were 2 taxa such as Salix koriyanagi, Pseudostellaria okamotoi etc. and 19 taxa of floristic regional indicator plants have appeared. In the vascular plants of Deokpyeongbong wetland, 24 families, 33 genera, 33 species, 1 subspecies, 3 varieties, 3 variety and 38 taxa appeared. There are 2 taxa of rare plants such as Abies koreana, Viola albida, korean endemic plants were 2 taxa such as Abies koreana, Heloniopsis koreana, Carex okamotoi, etc. and 10 taxa of floristic regional indicator plants have appeared. In the vascular plants of Jeongryeongchi wetland, 28 families, 45 genera, 51 species, 1 subspecies, 5 varieties, 1 variety and 58 taxa appeared. Rare plants were Iris ensata, and korean indigenous plants were Pseudostellaria okamotoi and Philadelphus schrenkii. In the vascular plants of Seongsamjae wetland, 39 families, 59 genera, 60 species, 7 varieties, 1 variety and 70 taxa appeared. There were 3 taxa such as Viola albida, Lilium distichum and Lysimachia leucantha for rare plants, Pseudostellaria okamotoi for korean endemic plants, and 14 taxa for phylogenetic specific plants. In the vascular plants of Wangdeungjae wetland, 28 families, 36 genera, 42 species, 4 varieties, 1 variety and 47 taxa appeared. There are 4 taxa of rare plants such as Lysimachia leucantha, Tricyrtis macropoda, Acorus calamus, etc., korean endemic plants were 3 taxa such as Salix koriyanagi, Miscanthus changii, Carex sabynensis var. leiosperma, etc. and 7 taxa of floristic regional indicator plants have appeared. In the vascular plants of seolsan wetland, 46 families, 72 genera, 80 species, 2 subspecies, 6 varieties, 3 variety and 91 taxa appeared. There were 3 taxa such as Tricyrtis macropoda, Iris ensata, and Pogonia japonica for rare plants, 3 taxa for korean endemic plants such as Salix koriyanagi, Weigela subsessilis, Arundinaria munsuensis, Floristic regional indicator plants for 4 taxa, and invasive alien plants for Stellaria media. In the vascular plants of Oegok wetland, 52 families, 99 genera, 106 species, 2 subspecies, 18 varieties, 3 variety and 129 taxa appeared. There were 3 taxa such as Tricyrtis macropoda, Iris ensata, and Acorus calamus for rare plants, 7 taxa for korean endemic plants such as Salix koriyanagi, Thalictrum actaeifolium, Philadelphus schrenkii, Fraxinus chiisanensis, Weigela subsessilis, Saussurea seoulensis, Carex sabynensis var. leiosperma, etc. Floristic regional indicator plants for 6 taxa, and invasive alien plants for Erigeron annuus. In the vascular plants of Hwangjeon wetland, 34 families, 63 genera, 72 species, 1 subspecies, 10 varieties, 1 variety and 84 taxa appeared. Korean endemic plants were Salix koriyanagi, phylogenetic specific plants are 3 taxa, and invasive alien plants are 5 taxa, Phytolacca americana, Veronica arvensis, Bidens frondosa, Crassocephalum crepidioides, Festuca arundinacea, etc.. The species diversity within the wetland ranged from 0.7988 to 1.3870, with Oegok wetland the highest and Deokpyeongbong wetland the lowest. The species diversity outside the wetland ranged from 0.2235 to 1.0726, with the snow mountain wetland the highest and the Seseok wetland the lowest. 본 연구는 지리산국립공원 10개소 습지의 식생과 식물상을 조사하여 향후 기후변화에 대한 습지식물의 동태와 위협요소를 파악하여 산지 습지 생태계의 보전과 체계적인 관리, 습지의 생물 다양성 연구, 습지의 교육 및 홍보를 위한 자료를 얻고자 수행하였다. 본 연구의 데이터는 지리산의 습지를 건강하게 유지하고 보전하는 데 중요한 역할을 할 것이다. 10개소 습지의 관속식물은 84과 228속 319종 4아종 39변종 7품종 369분류군이 출현하였다. 희귀식물은 9과 13속 11종 2변종 13분류군이 출현하였고, 이들 중 CR등급은 비로용담과 산마늘, EN등급은 두메닥나무와 물까치수염, LC등급은 구상나무, 태백제비꽃, 말나리, 뻐꾹나리 등의 6분류군, VU등급은 덩굴용담, 천마, 큰방울새란 등의 3분류군이 출현하였다. 한국특산식물은 구상나무, 키버들, 지리산개별꽃 등의 12과 14속 13종 3변종 16분류군이 출현하였다. 식물구계학적 특정식물은 29과 52속 56종 1아종 3변종 60분류군이 출현하였다. 이들 중Ⅰ등급은 관중, 잣나무, 동자꽃 등의 16분류군, Ⅱ등급은 퍼진고사리, 가래고사리, 동의나물 등의 21분류군, Ⅲ등급은 진저리고사리, 구상나무, 산오이풀 등의 12분류군, Ⅳ등급은 지리터리풀, 두메닥나무, 곤달비 등의 9분류군, Ⅴ등급은 비로용담과 덩굴용담이 출현하였다. 세석습지의 관속식물은 25과 43속 50종 7변종 1품종 58분류군이 출현하였고, 희귀식물은 구상나무, 비로용담, 산마늘, 덩굴용담 등의 4분류군, 한국특산식물은 구상나무, 지리산개별꽃, 지리터리풀, 분취, 둥근산부추, 숙은처녀치마 등의 6분류군, 구계학적 특정식물은 17분류군이 출현하였다. 영신봉습지의 관속식물은 28과 45속 51종 1아종 5변종 1품종 58분류군이 출현하였고, 한국특산식물은 키버들, 지리터리풀, 병꽃나무, 둥근산부추 등의 4분류군, 구계학적특정식물은 18분류군이 출현하였다. 만복대습지의 관속식물은 37과 66속 71종 1아종 12변종 3품종 87분류군이 출현하였고, 희귀식물은 두메닥나무, 물까치수염, 천마, 큰방울새란, 태백제비꽃, 꽃창포 등의 6분류군, 한국특산식물은 키버들, 지리산개별꽃 등 2분류군, 구계학적특정식물은 19분류군이 출현하였다. 덕평봉습지의 관속식물은 24과 33속 33종 1아종 3변종 1품종 38분류군이 출현하였고, 희귀식물은 구상나무와 태백제비꽃 2분류군, 한국특산식물은 구상나무, 처녀치마, 지리대사초 등의 3분류군, 구계학적특정식물은 10분류군이 출현하였다. 정령치습지의 관속식물은 33과 52속 51종 10변종 2품종 63분류군이 출현하였고, 희귀식물은 꽃창포, 한국특산식물은 지리산개별꽃과 고광나무가 출현하였다. 성삼재습지의 관속식물은 39과 59속 60종 7변종 3품종 70분류군이 출현하였고, 희귀식물은 태백제비꽃, 말나리, 물까치수염 등의 3분류군, 한국특산식물은 지리산개별꽃, 구계학적특정식물은 14분류군이 출현하였다. 왕등재습지의 관속식물은 28과 36속 42종 4변종 1품종 47분류군이 출현하였고, 희귀식물은 물까치수염, 뻐꾹나리, 꽃창포, 창포 등의 4분류군, 한국특산식물은 키버들, 장억새, 지리실청사초 등의 3분류군, 구계학적특정식물은 7분류군이 출현하였다. 설산습지의 관속식물상은 46과 72속 80종 2아종 6변종 3품종 91분류군이 출현하였고, 희귀식물은 뻐꾹나리, 꽃창포, 큰방울새란 등의 3분류군, 한국특산식물은 키버들, 병꽃나무, 문수조릿대 등의 3분류군, 구계학적특정식물은 4분류군, 침입외래식물은 별꽃이 출현하였다. 외곡습지의 관속식물은 52과 99속 106종 2아종 18변종 3품종 129분류군이 출현하였고, 희귀식물은 뻐꾹나리. 꽃창포, 창포 등의 3분류군, 한국특산식물은 키버들, 은꿩의다리, 고광나무, 물들메나무, 병꽃나무, 분취, 지리실청사초 등의 7분류군, 구계학적특정식물은 6분류군, 침입외래식물은 개망초가 출현하였다. 황전습지의 관속식물은 34과 63속 72종 1아종 10변종 1품종 84분류군이 출현하였고, 한국특산식물은 키버들, 구계학적특정식물은 3분류군이 출현하였으며, 침입외래식물은 미국자리공, 선개불알풀, 미국가막사리, 주홍서나물, 큰김의털 등의 5분류군이 출현하였다. 귀화식물은 설산습지, 외곡습지, 황전습지 등지에서 출현하였다. 습지 내의 종다양도는 0.7988∼1.3870으로 외곡습지가 가장 높게 나타났고, 덕평봉습지가 가장 낮게 나타났다. 습지 외부의 종다양도는 0.2235~1.0726으로 설산습지가 가장 높게 나타났으며 세석습지가 가장 낮게 나타났다.

전기체 정적 시험 모델에 대한 비선형 좌굴해석

김보은 경상국립대학교 항공우주특성화대학원 2023 국내석사

대학통합을 겪은 행정직원의 정서경험에 대한 현상학적 연구

김복정 경상국립대학교 교육대학원 2024 국내석사

본 연구는 대학통합을 겪은 행정직원을 대상으로 정서적 경험은 어떠했으며, 조직적응 과정에서의 정서경험에 대한 현상학적 연구를 하는데 목적을 두었다. 연구 방법으로는 비교적 규모가 작은 대학의 행정직원 6명을 면담하고, 연구참여자들이 공통적으로 체험한 정서경험에 대한 공통적 특성을 도출하고 기술하는 Giofgi의 현상학적 연구를 사용하였다. 본연구의 결과는 다음과 같다. 첫째, 통합에 대한 기대와 우려이다. 더 큰 조직에 대한 기대감, 변화에 대한 두려움 등이 있었다 둘째, 인사제도에 대한 불안감이다. 승진에 대한 우려, 소규모대학 출신의 불리함 등 피해의식이 팽배하였다. 셋째, 당초 기대와 다른 조직환경이다. 동료없이 혼자 해결해야 하는 부담과 중압감, 비협조적 업무태도를 경험하였다. 넷째, 심리정서적 위축 및 상실이다. 새로운 환경에서의 위축감과 무력감을 경험하였고 낮선환경에 대한 적응 스트레스가 발생하였다. 다섯째, 생존을 위한 조직 적응이다. 변화된 조직환경을 수용하고, 지지체계 및 동료를 통한 위로를 받으면서 더 나은 내일을 위한 노력하고 있었다. 본 연구는 향후 학령인구 감소, 대학 경쟁력 강화를 위해 대학통합은 지속적으로 이루어질 것이다. 대학통합의 과정에서 변화를 제일 많이 겪게 되는 행정직원의 적응을 위해 어떠한 제도가 있어야 하는 지 시사점을 제공한다.

대학 창업지원 프로그램이 기업가적 특성과 창업의지에 미치는 영향

민준홍 경상국립대학교 창업대학원 2024 국내석사

본 연구는 대학 창업지원 프로그램이 학생들의 기업 가적 특성과 창업의지에 미치는 영향을 탐구하고자 했 다. 창업지원 프로그램의 요인을 창업지원 교과, 비교 과, 창업 사업화지원 3가지로 설정하고. 학생들의 기업 가적 태도, 역량을 매개변수로, 창업의지를 종속변수로 설정하여 분석하였다. 연구 결과, 기업가적 특성은은 창업의지에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이는 대학생들의 기 업가적 태도와 역량의 변화는 현재 그리고 향후의 창 업의지에 많은 영향을 줄 수 있다는 것을 해석된다. 또한 창업 사업화 지원은 창업의지에 긍정적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 그러나 창업지원 교과, 비교 과 프로그램은 사업화 지원보다 낮은 영향을 미치는 것으로 분석 되었다. 해당 결과로부터 파악되는 바는 학생들이 현재 시점에서의 사업화 지원을 높이 평가한 다는 점이며, 이에 대학은 교과 및 비교과 프로그램을 더욱 다양하게 제공하여 학생들의 다양한 요구에 부응해야 한다는 것이다. 최종적으로, 본 연구를 통해 대학 창업지원 프로그 램은 학생들의 기업가적 태도와 역량, 창업의지에 영 향을 미친다는 결론을 도출하였다. 또한, 대학, 정부, 창업 유관기관은 대상에 따른 다양 하고 체계적인 창업 지원 프로그램 운영이 필요하며, 향후 연구에서는 국내 광범위한 학생 대상으로 분석이 확장되어야 할 것으로 보여진다. This study aimed to explore the impact of university entrepreneurship support programs on students' entrepreneurial characteristics and intentions. The factors of entrepreneurship support programs were categorized into three components: entrepreneurship support courses, extracurricular activities, and entrepreneurship business support. The students' entrepreneurial attitudes and competencies were considered as mediating variables, while entrepreneurial intentions were set as the dependent variable for analysis. The results indicated that entrepreneurial characteristics positively influenced entrepreneurial intentions. This implies that changes in students' entrepreneurial attitudes and competencies can significantly affect current and future entrepreneurial intentions. Furthermore, entrepreneurship business support showed a positive impact on entrepreneurial intentions. However, entrepreneurship support courses and extracurricular programs were found to have a lower impact compared to business support. These findings suggest that students highly value current business support, prompting universities to diversify and cater to various demands through different courses and extracurricular activities. In conclusion, this study revealed that university entrepreneurship support programs influence students' entrepreneurial attitudes, competencies, and intentions. It underscores the importance for universities, government bodies, and entrepreneurship-related institutions to operate diverse and systematic entrepreneurship support programs tailored to specific target groups. Future research should consider expanding the analysis to a broader spectrum of students nationwide.

A Study on Human Wharton’s Jelly Mesenchymal Stem Cells (WJ-MSCs) Differentiation into Insulin Producing Pancreatic Islet-like Cells

타쿠르 기티카 경상국립대학교 대학원 2022 국내박사

당뇨병은 만성 고혈당증으로 진단되는 대사질환으로, 인슐린 생산량이 부족하거나 췌장 인슐린 생산 세포가 파괴되어 발생한다. 현재 이 질병을 치료하기 위한 방법은 외부로부터 인슐린을 투여하는 방법이 유일하다. 따라서 당뇨병 환자들은 평생 동안 하루에도 몇 번씩 인슐린을 주사 하여야 하는 어려움이 있다. 이러한 어려움을 최소화하고 삶의 질을 향상시키기 위해 인슐린을 분비하는 β-유사 세포를 이용한 치료방법이 대안일 수 있다. 줄기세포 (인간유도만능 줄기세포: hiPSCs, 배아 줄기세포: hESCs, 중간엽 줄기세포: hMSCs)는 모든 주요 체세포 계통으로 분화할 수 있는 능력으로 인해 인슐린을 생성할 수 있는 아주 매력적인 공급원이다. 와튼 젤리 유래 중간엽 줄기세포는 탯줄의 다른 부분보다 높은 증식률, 다능성, 면역억제 능력과 광범위한 분화 능력을 가지고 있기 때문에 이상적인 공급원이다. 또한 배아줄기세포와 달리 중간엽 줄기세포는 어떠한 윤리적 문제점도 가지고 있지 않다. 본 연구에서는 인슐린을 생성하는 췌장섬 유사세포 분화를 위해 인간 탯줄에서 분리한 와튼 젤리 유래 중간엽 줄기세포를 사용하였다. Chapter I 에서는 와튼 젤리 유래 중간엽 줄기세포의 분리, 중간엽 줄기세포의 특성화 및 계통 분화를 in-vivo에서 검증하였다. Chapter II에서는 와튼 젤리 유래 중간엽 줄기세포를 micro-well, hanging drop, ULA plate 등 다양한 배양 방법을 통하여 3차원 배양하였고, 세포 생존력, 노화, 다계통 분화능, 항염증 또는 면역 조절 인자를 조사하여 2차원 배양된 중배엽성 줄기세포와 비교∙검정하였다. Chapter III 에서는 3차원 배양된 와튼 젤리 유래 중간엽 줄기세포가 인슐린을 생성하는 췌장섬 유사세포로의 분화 능력을 in-vitro에서 평가하고 2차원 배양된 중간엽 줄기세포와 비교∙검정 하였다. 사람 탯줄은 창원 경상국립대학교 병원(GNUCH)에서 출산 후 경상대학교 병원 공인 의료 지침에 따른 동의를 받아 만기 출생아로 부터 공급받았다. 탯줄 조직은 약 2~3 cm 길이의 조각으로 잘라 1% penicillin‐streptomycin이 함유된 DPBS (Dulbecco’s phosphate‐buffered saline)로 여러 번 세척하였다. 이후 동맥, 정맥과 표면 조직이 제거된 와튼 젤리 조직은 작은 조각으로 자른 후 배양 plate에 부착하였다. 부착된 조직은 ADMEM (Advanced Dulbecco’s modified Eagle’s medium)에서 배양되었고, 일주일에 2회 배양액을 교체하였다. 대략 2주내에 중간엽 줄기세포 표현형을 가진 군집형성을 보여주었다. 사람 탯줄 유래 중간엽 줄기세포에서 분리된 와튼 젤리 유래 중간엽 줄기세포는 3번의 계대배양 후 균질한 섬유아세포와 유사한 스핀들 형태를 보였다. 와튼 젤리 유래 중간엽 줄기세포의 표면항원 마커 분석 결과 중배엽성 표면항원인 CD44, CD73, CD105를 발현하는 반면, 음성 항원인 CD34, CD45는 발현하지 않았으며, 중배엽성 계통인 지방세포, 골세포, 연골세포로 분화되었다. 2차원 세포 배양 방법은 세포를 배양하는데 널리 사용되어 왔다. 하지만 2차원 배양은 생체 내 세포의 구조와 미세환경을 완벽히 모방하지 못한다. 3차원 배양을 통한 세포 배양은 생체내 미세환경을 모방하여 광범위하게 응용할 수 있다. 본 연구에서는 3차원 micro-well, hanging drop, ultra-low attachment plate 를 이용한 3차원 배양 방법을 비교하여 와튼 젤리 유래 중간엽 줄기세포의 형태, 생존력, 다능성, 세포 표면 항원 마커, 면역 조절 인자 및 분화 능력에 미치는 영향을 비교하였다. 3차원 배양된 와튼 젤리 유래 중간엽 줄기세포의 형태, 생존력 및 노화는 2차원 배양 세포와 유사하였다. 다능성 마커인 OCT4, SOX2, NANOG의 발현은 2차원배양에 비해 3차원 배양에서 2-8배 증가하였다. 또한 면역조절 인자인 IDO, IL-10, LIF, ANG1, VEGF는 ULA에서 3차원 배양된 와튼 젤리 유래 중간엽 줄기세포에서 유의하게 증가하였다. 3차원 배양에서 지방세포(ADP 및 C/EBP-α), 골세포(OPN 및 RUNX2) 및 definitive endodermal (DE) (SOX17, FOXA2, CXCR4)에 대한 와튼 젤리 유래 중간엽 줄기세포의 분화 능력이 유의하게 향상되었다. 또한 7일, 14일, 28일 동안 2차원 및 3차원 배양에서 와튼 젤리 유래 중간엽 줄기세포의 골세포와 지방세포의 분화 잠재성을 qRT-PCR을 통해 분석하였다. 3차원 배양세포의 분화능력은 7일 및 14일에 크게 증가하였다. 본 연구는 3차원 배양 조건에서 와튼 젤리 유래 중간엽 줄기세포의 줄기세포능이 크게 향상되었고, ULA 배양방법에서 다른 방법보다 높은 다능성 유전자 발현과 향상된 분화 잠재력을 보여주었다. 마지막으로, ULA 배양 방법을 통해 3차원 배양된 와튼 젤리 유래 중간엽 줄기세포를 사용하여 인슐린을 생성하는 췌장섬 유사세포로의 분화를 2차원 배양된 와튼 젤리 유래 중간엽 줄기세포와 비교하였다. 췌장섬 유사세포 분화는 체내의 췌장 발달과정을 모방하여 세포골격 탈중합체를 포함한 저분자를 적합한 시기에 적용하여 6단계로 수행되었다. 또한 돼지 췌장 유래 세포외 매트릭스(pancreatic tissue-derived extracellular matrix)를 사용하여 생체내 미세환경을 제공하였다. 와튼 젤리 유래 중간엽 줄기세포를 definitive endodermal (DE)로 유의하게 구별하는데 가장 적합한 매트릭스 농도는 1 mg/ml로 설정되었다. 또한 인슐린을 생성하는 췌장섬 유사세포 분화를 2차원 배양, ULA배양방법을 통한 3차원 배양, 돼지 췌장 유래 세포외 매트릭스 코팅된 2차원 배양, 돼지 췌장 유래 세포외 매트릭스 코팅된 3차원 배양 등 서로 다른 그룹에서 비교∙분석하였다. 분화된 와튼 젤리 유래 중간엽 줄기세포는 세포 형태에 급격한 변화를 보여주었으며, 섬모양의 세포형태가 관찰되었다. DE와 췌장 전구체의 마커 발현은 2차원 배양에 비해 3차원 배양된 와튼 젤리 중간엽 줄기세포에서 유의하게 높게 발현되었으며, 특히 돼지 췌장 유래 세포외 매트릭스로 코팅된 3차원 배양조건에서 가장 높게 발현되었다. 분화된 세포는 성숙한 β-세포 마커: PDX1, NKX6-1, NGN3, INS, 그리고 ISLET-1을 mRNA 수준에서 qRT-PCR을 통해 발현을 확인하였다. 또한 dithizone으로 염색하여 분화된 세포에서 아연의 생성을 확인하였다. 분화된 세포의 기능을 평가하기 위해 포도당 자극 인슐린 분비분석(GSIS)분석을 수행하였다. 분화된 세포는 포도당의 자극과 인슐린 분비 촉진 환경(저 포도당, 고 포도당 및 염화칼륨)에 의해 인슐린 분비를 확인하였다. 따라서, 본 연구에서 돼지 췌장 유래 세포외 매트릭스 코팅된 3차원 와튼 젤리 유래 중간엽 줄기세포가 in-vitro 환경에서 6단계 분화과정을 통해 인슐린을 생성하는 췌장샘 유사세포를 성공적으로 분화하였다. 향후 연구에서 당뇨병이 유도된 생쥐 모델에서 앞서 분화된 췌장섬 유사세포의 체내 효능을 검증하고자 한다. 또한 3차원 배양조건, 세포외 매트릭스 및 라트룬쿨린 A와 같은 다른 요소들이 세포 운명을 조절하는 신호 메커니즘에 대한 추가 연구를 통해, 췌장 세포를 더 쉽고 저렴하게 분화시킬 수 있는 방법을 밝혀 낼 수 있을 것으로 사료된다. The islet of Langerhans of the pancreas contains a majority of insulin-producing cells (70%) i.e. beta cells, which are essential for storing and releasing the insulin hormone to maintain blood glucose level. Both type 1 diabetes mellitus (T1DM), in which the patient's own immune system completely destroys the islets (autoimmune response), and type 2 diabetes mellitus (T2DM), in which patients are unable to respond to insulin because of insulin resistance and insufficient production, can result from abnormalities with the normal functioning of insulin producing cells. The current available strategy to cure the disease is exclusively dependent on the exogenous uptake of insulin. For this, patients need to inject exogenous insulin several times per day throughout their whole lives. To minimize those difficulties and improve their quality of life in the long term, cell therapy using insulin-secreting β-like cells may be one of the best treatments. Stem cells (hiPSCs: human induced pluripotent stem cells, hESCs: human embryonic stem cells, hMSCs: human mesenchymal stem cells) are a very fascinating source of surrogate insulin-producing cells due to their ability to differentiate into all major somatic cell lineages. MSCs from Wharton's jelly (WJ- MSCs) are an ideal source and superior to other parts of the umbilical cord as they have a high proliferation rate, extensive multipotency, hypo-immunogenicity, besides having a wide and efficacious differentiation perspective. Compared with embryonic stem cells (ESCs), MSCs do not have any ethical issues as ESCs. In the present study, WJ-MSCs isolated from the full-term human umbilical cord were used for the differentiation of pancreatic insulin-producing islet-like cells. In chapter I, the isolation, in-vitro characterization, and mesenchymal lineage differentiation of WJ-MSCs were studied. In chapter II, we have evaluated the different 3D culturing methods such as 3D micro-well spheroid, HD spheroid, and ULA plate-based spheroid methods for culturing WJ-MSCs. We examined cell viability, senescence, multilineage differentiation potential, anti-inflammatory or immunomodulatory factors of WJ-MSCs in 3D culturing and compared it to 2D cultured cells. Finally, in chapter III, in-vitro trans-differentiation potency of 3D cultured WJ-MSCs into insulin-producing pancreatic islet-like cells was evaluated and compared to that of 2D cultured WJ-MSCs. Human umbilical cords (UC) were obtained from full-term births at Gyeongsang National University Changwon Hospital (GNUCH) after getting the consent as per authorized medical guidelines set by the GNUH IRB‐2012‐09‐004. UC tissues were cut into pieces of approximately 2-3 cm lengths and rinsed several times with DPBS (Dulbecco’s phosphate‐buffered saline) containing 1% penicillin‐streptomycin. After the removal of two arteries, a vein, and surface tissues, Wharton's jelly (WJ) tissues were chopped into minute pieces with fine scissors and washed with DPBS. Advanced Dulbecco’s modified Eagle’s medium (ADMEM) was added to the dishes after the attachment of ex-planted tissues to the plate surface. The culture dishes were left undisturbed for a few days in the incubator and the media was changed twice a week. Approximately, the cells showed the formation of colonies with an MSCs phenotype within 2 weeks. The WJ-MSC isolated from the human umbilical cord exhibited adherent fibroblast-like spindle morphology that become homogeneous at passage 3 upon sub-culturing. WJ-MSCs were positive for CD44, CD73, and CD105, whereas negative for CD34 and CD45 marker expression. Further WJ-MSCs were successfully differentiated into mesenchymal lineages (adipocytes, osteocytes, and chondrocytes) in-vitro. The two-dimensional (2D) cell culture method has been widely used to culture cells. However, 2D monolayer culture fails to correctly imitate the architecture and microenvironments of in-vivo cell models. Alternatively, 3D culture may improve the simulations of in-vivo cell microenvironments with wide applications in cell culture and drug discovery. In the present study, we compared various 3D culturing techniques such as 3D micro-well (3D-S), hanging drop (HD), and ultra-low attachment (ULA) plate-based spheroid culture to study their effect on morphology, viability, pluripotency, cell surface markers, immunomodulatory factors, and differentiation capabilities of Wharton’s jelly-mesenchymal stem cells (WJ-MSCs). The cell morphology, viability, and senescence of 3D cultured WJ-MSCs were comparable to cells in 2D culture. The expression of pluripotency markers (OCT4, SOX2, and NANOG) was enhanced up to 2-8 fold in 3D cultured WJ-MSCs when compared to 2D culture. Moreover, the immunomodulatory factors (IDO, IL-10, LIF, ANG1, and VEGF) were significantly elevated in ULA-based 3D cultured WJ-MSCs. Furthermore, significant enhancement in the differentiation potential of WJ-MSCs towards adipocyte (ADP and C/EBP-α), osteocyte (OPN and RUNX2), and definitive endodermal (DE) (SOX17, FOXA2, and CXCR4) lineages in 3D culture conditions were observed. Additionally, the osteogenic and adipogenic differentiation potential of WJ-MSCs in 2D and 3D cultures over the time points 7 days, 14 days, and 28 days was also analyzed using qRT-PCR. The differentiation capacity in 3D cultured groups was significantly increased at 7 days and 14 days. Our study demonstrates that stemness properties of WJ-MSCs were significantly enhanced in 3D culture conditions and ULA-based culture outperformed other methods with high pluripotency gene expression and enhanced differentiation potential. Finally, ULA-based 3D cultured WJ-MSCs differentiation into insulin-producing pancreatic islet-like cells was evaluated and compared to that of 2D cultured WJ-MSCs. The differentiation was carried out using a six-step pancreatic differentiation protocol through the timed application of a combination of small molecules including a cytoskeletal depolymerizer from WJ-MSCs to enhance the differentiation technique by imitating in-vivo pancreatic development processes. We used pdECM (pancreatic tissue-derived extracellular matrix) to provide a more appropriate microenvironment as in-vivo. pdECM obtained from the porcine pancreas was isolated and characterized. A concentration of 1 mg/ml pdECM was found best to differentiate WJ-MSCs into DE significantly. Further, insulin-producing pancreatic islet-like cell differentiation was performed and comparatively analyzed in different groups such as 2D culture group, ULA-based 3D culture group, pdECM coated 2D cell group, and pdECM coated 3D cultured cell group. The differentiated WJ-MSCs have shown drastic changes in the cell morphology, where islet-like cell morphology has been seen. DE and pancreatic progenitor markers expression were significantly expressed in 3D cultured WJ-MSCs when compared to 2D culture, especially in the pdECM coated 3D culture group. Differentiated cells expressed mature beta-cell markers: PDX1, NKX6-1, NGN3, INS, and ISLET-1 at mRNA and protein levels as evaluated by qRT-PCR and immunocytochemistry, respectively. Moreover, the differentiation was also confirmed by staining cells with dithizone, which showed the presence of zinc in the differentiated cells. Further, glucose-stimulated insulin secretion (GSIS) assay was performed to evaluate the functionality of differentiated cells. Differentiated cells secreted insulin under the stimulus of glucose and insulin secretion secretagogues (low glucose, high glucose, and KCl). Therefore, we conclude that pdECM coated 3D cultured WJ-MSCs were successfully differentiated into insulin-producing pancreatic islet-like cells using 6 stage protocol in-vitro. In future studies, we would like to investigate the in-vivo efficacy of differentiated pancreatic islet-like cells in a diabetes model.

대학생 진로인식 및 진로교육프로그램 분석을 통한 대학 진로교육 개선 방안 연구

조지현 경상국립대학교 교육대학원 2023 국내석사

The purpose of this study was to suggest directions for the improvement of career education based on analysis of awareness and the program of undergraduate’s career education. 1,322 graduates answered 2022 G-university survey for career awareness and the programs preferring to participate in. The result was analyzed and differences in gender, grade, major field were found out. The conclusions based on the result and discussions are as follows. First, undergraduates’ having more chances to understand themselves and collect information related with their major through better career exploration programs. Second, improving career preparation behaviors not to postpone the period of the future career decision. Third, supporting proper programs according to personal career preparation levels. key words: career education, awareness, career preparation behavior