스킵네비게이션

○강 연 일: 2017년 2월 3일(금)

 

○강 연 자: 임기무교수(금오공과대학교 메디컬IT융합공학과 ​)

 

그림 1 오클랜드 대학교 의공학과 피터헌터 교수팀이 제작한 피지오믹스 기반 가상심장 구조의 모식도

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○ 연구배경

- 심장은 인체의 모든 기관으로 혈액을 이동하여 각 장기 및 조직으로 필요한 산소와 영양분을

공급하는 기능을 합니다. 심장은 물리적인 거동을 하는 인체내의 몇 안되는 장기로서 생체전기의

 생성 및 전달에 의해 전체 조직의 수축과 이완을 반복하는 전기적 / 기계적 거동이 결합된 활동을

 보이는 장기라고 할 수 있습니다.

- 최근 수십여년간 피지오믹스가 대두됨으로써 컴퓨터를 이용한 심장시뮬이션 연구가 심장질환에

 대한 원인규명과 기전을 밝히기 위하여 활발히 진행되고 있습니다. 피지오믹스는 근원적인 한계

에 부딪힌 게놈프로젝트의 대안으로 유전자, 단백질, 세포, 장기 등 여러 수준에서 얻은 지식들을

 모으고 이를 통합하여 인체 기능을 거시적으로 파악하기 위한 새로운 통합 생물학이라 할 수 있습

니다. 피지옴 연구는 주로 IT기술력을 바탕으로 방대한 양의 생체정보를 정량화하고 저장한 다음

 수학, 공학, 의학 등의 지식베이스를 이용하여 그림1과 같이 컴퓨터에 유전자 레벨부터 단백질-세

포-조직-장기의 모델을 만들어 생체 혹은 인체의 생명현상을 통합적인 관점에서 연구하는 학문입

니다.

 

 

○ 강연 소개

- 가상심장 연구는 첨단 컴퓨팅자원을 이용하여 부정맥 또는 심부전 환자에게서 나타나는 심근조

직의 전기생리학적 / 심장역학적 장애의 근본적인 기전을 밝히고, 이러한 장애의 치료를 위해 더

 나은 방법론을 개발하는 것입니다. 의학(Medicine)과 생물학 (Biology)적 실험을 통해 귀납적으

로 밝혀진 원리를 공학(Engineering)적인 방법으로 수학적 공식화하여 실험적 방법으로 측정하기

 힘든 정량적 데이터들을 첨단 클러스터 컴퓨터를 이용하여 수치적으로 계산하는 융합학문으로써

, 대표적인 의공학 (Biomedical Engineering) 의 연구분야라 할 수 있습니다.

- 본 연구를 수행하기 위해 심장의 전기생리학 및 심장 역학적 기전을 공적인 관점에서 이해를 해

야합니다. 현재까지 밝혀진 심장의 생리학적 현상과 원리를 전기장이론과 뉴턴역학적 접근방법에

 의한 고체역학 및 유체역학, 열역학적 이론에 기반하여 수학적 모델을 만듭니다. 구성된 수학적

모델은 미분방정식(Differential equations)의 형태로 표현이 되며, 이 미분방정식을 수치해석적인

 기법(Numerical method)을 이용해서 다양한 환경적 조건에 따른 정량적 결과들을 도출합니다.

즉, 생체내 (in vivo) 또는 생체외(ex vivo) 실험, 시험관실험 (in vitro) 과 같이 전통적인 생물학적

 실험으로는 현실적으로 불가능한 다양한 실험들을 첨단컴퓨터를 통해 (in silico) 가상적으로

실험할수 있는 시스템을 구축하고, 이를 통해 중요한 생물학적/생리학적 문제들을 해결하는것이

 본 연구의 미션입니다.

 

○ 연구팀 및 연구 소개

- 금오공과대학교 메디컬IT융합공학과 임기무교수 연구팀은 2016년 교육과학기술부의 일반연구자

 지원사업으로 “심장의 전기생리학과 FSI기술을 이용한 유전성 부정맥 기전 규명” 연구를 수행하

고 있으며, 또한 첨단사이언스 교육허브 개발사업으로 “의공학 교육/연구/산업용 시뮬레이션 소프

트웨어 개발 및 활용” 연구를 수행하고 있다. 이 두 국가사업은 피지오믹스를 기반으로한 가상심장

을 활용하여, 유전성 심장질환의 기전을 밝히고, 또한 의학/약학/의공학자 양성을 위한 첨단 교육

용 소프트웨어를 개발하는 것을 목표로 하고 있다.

- 이 두 사업의 성공적 수행을 통해 개발될 가상심장 소프트웨어는 심장질환 치료를 위한 치료법

 및 신약개발에 활용이 될 것이며, 이는 기존의 설계 및 개발기간을 크게 단축시킬 뿐 아니라 소요

되는 큰 예산절감의 효과를 가지고 올 것이다.

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