• Genomics & Informatics
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• 제13권3호
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• pp.70-75
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• 2015

MicroRNAs (miRNAs) have been demonstrated to play an important role in carcinogenesis. Previous studies revealed that miRNAs are present in human plasma in a remarkably stable form that is protected from endogenous RNase activity. In this study, we measured the plasma expression levels of three miRNAs (miR-21, miR-27a, and miR-155) to investigate the usefulness of miRNAs for gastric cancer detection. We initially examined plasma miRNA expression levels in a screening cohort consisting of 15 patients with gastric cancer and 15 healthy controls from Korean population, using TaqMan quantitative real-time polymerase chain reaction. We observed that the expression level of miR-27a was significantly higher in patients with gastric cancer than in healthy controls, whereas the miR-21 and miR-155a expression levels were not significantly higher in the patients with gastric cancer. Therefore, we further validated the miR-27a expression level in 73 paired gastric cancer tissues and in a validation plasma cohort from 35 patients with gastric cancer and 35 healthy controls. In both the gastric cancer tissues and the validation plasma cohort, the miR-27a expression levels were significantly higher in patients with gastric cancer. Receiver-operator characteristic (ROC) analysis of the validation cohort, revealed an area under the ROC curve value of 0.70 with 75% sensitivity and 56% specificity in discriminating gastric cancer. Thus, the miR-27a expression level in plasma could be a useful biomarker for the diagnosis and/or prognosis of gastric cancer.

• 한국진공학회:학술대회논문집
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• 한국진공학회 2013년도 제45회 하계 정기학술대회 초록집
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• pp.88-89
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• 2013

A variety of influenza A viruses from animal hosts are continuously prevalent throughout the world which cause human epidemics resulting millions of human infections and enormous industrial and economic damages. Thus, early diagnosis of such pathogen is of paramount importance for biomedical examination and public healthcare screening. To approach this issue, here we propose a fully integrated Rotary genetic analysis system, called Rotary Genetic Analyzer, for on-site detection of influenza A viruses with high speed. The Rotary Genetic Analyzer is made up of four parts including a disposable microchip, a servo motor for precise and high rate spinning of the chip, thermal blocks for temperature control, and a miniaturized optical fluorescence detector as shown Fig. 1. A thermal block made from duralumin is integrated with a film heater at the bottom and a resistance temperature detector (RTD) in the middle. For the efficient performance of RT-PCR, three thermal blocks are placed on the Rotary stage and the temperature of each block is corresponded to the thermal cycling, namely $95^{\circ}C$ (denature), $58^{\circ}C$ (annealing), and $72^{\circ}C$ (extension). Rotary RT-PCR was performed to amplify the target gene which was monitored by an optical fluorescent detector above the extension block. A disposable microdevice (10 cm diameter) consists of a solid-phase extraction based sample pretreatment unit, bead chamber, and 4 ${\mu}L$ of the PCR chamber as shown Fig. 2. The microchip is fabricated using a patterned polycarbonate (PC) sheet with 1 mm thickness and a PC film with 130 ${\mu}m$ thickness, which layers are thermally bonded at $138^{\circ}C$ using acetone vapour. Silicatreated microglass beads with 150~212 ${\mu}L$ diameter are introduced into the sample pretreatment chambers and held in place by weir structure for construction of solid-phase extraction system. Fig. 3 shows strobed images of sequential loading of three samples. Three samples were loaded into the reservoir simultaneously (Fig. 3A), then the influenza A H3N2 viral RNA sample was loaded at 5000 RPM for 10 sec (Fig. 3B). Washing buffer was followed at 5000 RPM for 5 min (Fig. 3C), and angular frequency was decreased to 100 RPM for siphon priming of PCR cocktail to the channel as shown in Figure 3D. Finally the PCR cocktail was loaded to the bead chamber at 2000 RPM for 10 sec, and then RPM was increased up to 5000 RPM for 1 min to obtain the as much as PCR cocktail containing the RNA template (Fig. 3E). In this system, the wastes from RNA samples and washing buffer were transported to the waste chamber, which is fully filled to the chamber with precise optimization. Then, the PCR cocktail was able to transport to the PCR chamber. Fig. 3F shows the final image of the sample pretreatment. PCR cocktail containing RNA template is successfully isolated from waste. To detect the influenza A H3N2 virus, the purified RNA with PCR cocktail in the PCR chamber was amplified by using performed the RNA capture on the proposed microdevice. The fluorescence images were described in Figure 4A at the 0, 40 cycles. The fluorescence signal (40 cycle) was drastically increased confirming the influenza A H3N2 virus. The real-time profiles were successfully obtained using the optical fluorescence detector as shown in Figure 4B. The Rotary PCR and off-chip PCR were compared with same amount of influenza A H3N2 virus. The Ct value of Rotary PCR was smaller than the off-chip PCR without contamination. The whole process of the sample pretreatment and RT-PCR could be accomplished in 30 min on the fully integrated Rotary Genetic Analyzer system. We have demonstrated a fully integrated and portable Rotary Genetic Analyzer for detection of the gene expression of influenza A virus, which has 'Sample-in-answer-out' capability including sample pretreatment, rotary amplification, and optical detection. Target gene amplification was real-time monitored using the integrated Rotary Genetic Analyzer system.

• Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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• 제13권4호
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• pp.1563-1567
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• 2012

To investigate the relationship between serum miRNA-21 (miR-21) expression in esophageal squamous cell carcinomas (ESCCs) and its clinicopathologic features, a 1:1 matched case-control study including 21 patients with ESCC and 21 age- and gender-matched healthy controls was carried out. Serum specimens were taken from all subjects. Total RNA was extracted and the stem-loop real time polymerase chain reaction was used to measure serum miR-21 in both groups. Clinical parameters were assessed to determine associations with serum miR-21 concentrations. Serum miR-21 expression in ESCC samples was significantly higher than in paired cancer-free samples (P<0.05). Metastasis was associated with mir-21 expression in serum (P<0.05), ESCC patients with metastasis having 8.4-fold higher serum miR-21 concentrations than healthy controls. There were no statistically significant associations between miR-21 expression and clinicopathologic parameters, such as gender (P>0.05), age (P>0.05), tumor location (P>0.05), cell differentiation (P>0.05), TNM staging (P>0.05), whether chemo/radiotherapy had been administered (P>0.05), or whether surgery had been performed (P>0.05). These findings suggest that the detection of microRNA-21 in serum might serve as a new tumor biomarker in diagnosis and assessment of prognosis of ESCCs.

• 전자공학회논문지
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• 제51권6호
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• pp.50-59
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• 2014

모바일 헬스케어 서비스에서 환자의 응급 상태를 정확하게 응급 감지하고 신속히 알리는 것이 매우 중요하다. 기존의 헬스케어 서비스에서는 전달된 생체 정보를 의료진 또는 의료 서비스 공급자가 항시 모니터링을 하여 환자의 상태를 판단하게 된다. 하지만 의료진이 항시 모니터링을 해야 하기 때문에 다수 환자를 실시간으로 동시에 모니터링하기에는 어렵다. 더구나, 환자마다의 고유한 환자의 건강 상태의 특징 (나이, 성별, 병력 기록 등)들이 있기 때문에 통계적인 의료 지식으로 환자의 상태를 진단하는 것은 더욱 힘든 일이다. 이러한 기존의 문제점을 해결하기 위해서 본 논문에서는 사용자 맞춤형 응급관리를 위한 모바일 헬스케어 시스템을 제시한다. 제안된 모바일 헬스케어 시스템의 특징은 환자의 고유한 건강 상태의 특징을 정책으로 정의하고 이를 기반으로 환자로부터 측정된 생체 정보에 대해 응급 상태를 판단하는 것이다. 제안된 모바일 헬스케어 시스템의 개념을 입증하기 위해 프로토타입을 구현하였다.

• 대한의용생체공학회:의공학회지
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• 제19권6호
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• pp.571-575
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• 1998

초음파 영상 진단 장비의 중요한 특징 중의 하나는 실시간으로 생체내의 연부 조직에 대한 정보를 보여준다는 것이다. 심초음파도는 심장판막 및 심벽의 상태를 실시간 단면 영상으로 보여줄 수 있으므로 심장 질환 진단에 널리 이용되고 잇다. 그러나, 초음파 영상은 스펙클 잡음이나 영상 탈락 등으로 인하여 화질이 많이 열화되어 있다. 그러므로, 이러한 초음파 영상을 개선시킬 수 있는 새로운 기술을 개발하는 것이 매우 중요하다. 본 연구에서는 심초음파도의 개선된 이진 영상을 검출하기 위한 영상 처리 기술을 제안한다. 아날로그 영상인 심초음파도로부터 디지털 동영상 파일을 만들고, 이것을 다시 프레임 단위로 각각 8bit 그레이 레벨을 갖는 정지 영상으로 변환하여 저장하였다. 효율적인 영상 처리를 위해 심중격과 삼첨판을 중심으로 한 심장 부위를 관심 영역으로 두었고, 스펙클 잡음이 포함된 각각의 영상은 영상 개선 필터와 모폴러지 필터를 이용하여 처리되었다. 그 결과, 원 영상이나 문턱치에 의한 이진 영상에 비해 명확한 윤곽선을 가진 개선된 이진 영상을 얻을 수 있었다. 결론적으로, 본 논문에서 제안한 장법은 보다 최적의 초음파 이진 영상 처리 기술 개발과 심초음파 영상의 좌심실벽 운동과 같은 정량적 분석에 중요한 심벽 윤곽선 검출 등에 기여할 수 있을 것이라 생각된다.

• Journal of Genetic Medicine
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• 제8권1호
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• pp.1-16
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• 2011

현재 사용되고 있는 침습적 산전진단법(양수천자, 융모막샘플링)은 1-2%의 태아 손실이 초래되어, 비침습적 산전진단법이 산전진단의 궁극적인 목표로 대두되어 왔다. 1997년 Dr. Lo에 의해서 임신부 혈장 내에 세포 유리 태아 DNA (cffDNA)의 존재가 발견된 후 비침습적 산전진단의 새로운 가능성이 열렸으며, 과거 10년간 이에 대한 연구의 많은 진전을 보여주고 있다. 최근에 cffDNA를 이용한 Hemophilia A와 듀센형 근이영양증 등 반성 유전병(X-linked disorders) 진단에 필수적인 산전태아의 성 판정과 RhD-음성 임신부에서 태아의 RhD유전자 핵형 분석 등이 이미 외국에서 임상적으로 적용되고 있으나, 한국에서는 아직 실용화되지 않고 있다. CffDNA의 임상 사용에는 여전히 많은 제약점이 있으며, 이는 임신부 혈장 내 cffDNA 양에 비해 많은 양의 모태 DNA가 존재하고, 종래에 사용되었던 특이적인 Y염색체 유전자(Y-specific gene)는 남아 태아 임신 시에만 적용된다는 것에 기인한 다. 따라서 모든 태아에 적용할 수 있는 태아 성과 무관한 마커(sex-independent universal fetal marker as internal positive controls)가 요구되며, 이를 이용하여 정확한 태아 DNA를 검출할 수 있다. 본 연구진은 국내 처음으로 임신부 혈장 내에 cffDNA를 이용하여 SRY 유전자, RhD-exon 7, 태아 성과 무관한 DNA마커(universal fetal DNA marker)로써 RASSF1A 유전자를 실시간 중합효소연쇄반응(RT- PCR)을 사용하여 뛰어난 결과를 얻었다. 이는 한국에서 처음으로 성공적으로 시도된 것이다. 연구결과에서 산전 태아 성 판별과 산후 태아의 성이 100% 일치하였으며, 임신 주기별 SRY 수치는 임신이 진행할수록 증가함을 확인할 수 있었다. 따라서 이러한 방법은 혈우병 A, 듀센형 근이영양증, 선천성 부신증식증과 연골 무형성증의 진단과 치료 상담에 이용할 수 있으며 50%에서 침습적인 방법을 줄일 수가 있다. 또한, RhD-음성 임신부 대상으로 태아의 성 판정과 RhD 태아 유전자형을 분석한 결과 RhD-음성 태아를 정확히 검출함으로써 앞으로 기존 양수천자 등 침습적 검사를 대체할 수 있을 것이다. 특히 이는 치료가 필요 없는 RhD-음성 태아에서 RhD-면역글로불린의 예방적 치료를 사전에 막을 수 있어, 임신부 건강을 보호하고 의료 비용을 줄일 수 있는 큰 장점을 가진다. 한국에서 최초로 시도된 임신부 혈장 내 cffDNA를 이용한 본 연구의 성공은 비침습적 산전진단 임상 적용의 새 길을 제시하였다. 따라서 이를 각 유전질환의 산전진단에 유용하게 활용하는 것은 태아와 임신부의 건강 증진과 의료비용 절약 등 개인과 국가에 많은 기여를 할 것으로 사료된다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제17권9호
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• pp.292-301
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• 2016

구제역 발생에 따른 피해는 매우 크기 때문에 구제역의 피해를 최소화하기 위해서는 선제적인 구제역 진단 및 대응이 필수적이다. 주요 구제역 증상은 소의 체온 상승, 식욕 부진, 유량 감소, 입 발굽 유방에 물집 형성 등이며, 이중 확인하기 가장 쉽고 빠른 방법은 체온을 검사하는 방법이다. 본 논문에서는 선제적 구제역 대응을 위해 소 발굽 검출 알고리즘을 개발 구현하고, 축사에 고해상도 카메라 모듈과 열화상 카메라, 온습도 모듈 설치하여 발굽 검색 테스트를 시행하였다. 본 연구에서 개발한 알고리즘과 시스템을 통해 구제역 의심 가축의 조기 상황 대처를 할 수 있으며, 가축의 최적 성정 환경을 조성할 수 있다. 특히, 본 연구에서는 기존의 휴대용이 아닌 열화상 카메라를 활용한 구제역 대응 시스템은 축사에 고정으로 부착하여 별도 인력을 필요로 하지 않고 이미지 알고리즘을 통하여 가축의 발굽 온도를 자동 측정하는 기능과 스마트 폰을 활용한 자동 경고 기능을 가지고 있다. 이러한 시스템은 실시간을 구제역 가능성 예측을 가능케 하며, 별도의 인력이 없이 가축 질병에 대한 초동 방역 대응을 할 수 있다.

• 한국인터넷방송통신학회논문지
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• 제20권1호
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• pp.163-169
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• 2020

최근 4차 산업혁명의 핵심기술인 인공지능, 빅데이터, 사물인터넷의 발전으로 산업 현장에서 가동되는 기계의 자동화 및 무인화에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 이러한 공정 기계들은 부착된 다양한 센서들로부터 수집된 데이터를 기반으로 제어되고 이를 통해 공정이 관리된다. 만약 센서에 고장이 발생한다면 센서 데이터 이상으로 인해 자동화 기계들이 오작동함으로써 공정 손실 발생뿐만 아니라 인명피해로도 이어질 수 있다. 전문가가 센서의 이상 여부를 주기적으로 확인하여 관리하고 있으나 산업 현장의 여러 가지 환경요인 및 상황으로 인하여 고장점검 시기를 놓치거나 고장을 발견하지 못하여 센서 고장으로 인한 피해를 막지 못하는 경우가 발생하고 있다. 또한 고장이 발생하여도 즉각 감지하지 못함으로써 공정 손실을 더욱 악화시키고 있는 실정이다. 따라서 이러한 돌발적인 센서 고장으로 인한 피해를 막기 위해 자체적으로 임베디드 시스템에서 센서의 고장 유무를 실시간으로 파악하고 빠른 대응을 위해 고장 진단 및 유형을 판별하는 것이 필요하다. 본 논문에서는 대표적인 센서 고장 유형인 erratic fault, hard-over fault, spike fault, stuck fault를 분류하기 위해 딥 뉴럴 네트워크 기반의 고장 진단 시스템을 설계하고 라즈베리 파이를 활용하여 구현하였다. 센서 고장 진단을 위해 구글이 제안한 MobilieNetV2의 Inverted residual block 구조를 사용하여 네트워크를 구성하였다. 본 논문에서 제안하는 방식은 기존 CNN 기법을 사용한 경우보다 메모리 사용량이 줄고 성능이 향상되며, 입력 신호에 대해 구간별로 센서 고장을 분류하여 산업 현장에서 효과적으로 사용될 것으로 기대된다.

• Tuberculosis and Respiratory Diseases
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• 제72권3호
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• pp.293-301
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• 2012

Background: Ventilator-associated pneumonia (VAP) requires prompt and appropriate treatment. Since methicillin-resistant Staphylococcus aureus (MRSA) is a frequent pathogen in VAP, rapid identification of it, is pivotal. Our aim was to evaluate the utility of quantitative polymerase chain reaction (qPCR) as a useful method for etiologic diagnoses of MRSA pneumonia. Methods: We performed qPCR for mecA, S. aureus-specific femA-SA, and S. epidermidis-specific femA-SE genes from bronchoalveolar lavage or bronchial washing samples obtained from clinically-suspected VAP. Molecular identification of MRSA was based on the presence of the mecA and femA-SA gene, with the absence of the femA-SE gene. To compensate for the experimental and clinical conditions, we spiked an internal control in the course of DNA extraction. We estimated number of colony-forming units per mL (CFU/mL) of MRSA samples through a standard curve of a serially-diluted reference MRSA strain. We compared the threshold cycle (Ct) value with the microbiologic results of MRSA. Results: We obtained the mecA gene standard curve, which showed the detection limit of the mecA gene to be 100 fg, which corresponds to a copy number of 30. We chose cut-off Ct values of 27.94 (equivalent to $1{\times}10^4$ CFU/mL) and 21.78 (equivalent to $1{\times}10^5$ CFU/mL). The sensitivity and specificity of our assay were 88.9% and 88.9% respectively, when compared with quantitative cultures. Conclusion: Our results were valuable for diagnosing and identifying pathogens involved in VAP. We believe our modified qPCR is an appropriate tool for the rapid diagnosis of clinical pathogens regarding patients in the intensive care unit.

• Asian Pacific Journal of Cancer Prevention
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• 제17권sup3호
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• pp.179-183
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• 2016

Breast cancer is the most prevalent type of cancer among women around the world, and mortality is primarily caused by micro-metastatic disease. The complex mechanisms of breast cancer invasion and metastasis are intrinsically related to the malignant cell type so that early detection of micro-metastases can help prolongation of survival for patient. The aim of the present research work was evaluation of the expression status of mammoglobin protein as a candidate molecular marker in the negative sentinel lymph node (SLN). Fifty tumor specimens, and 50 normal adjacent breast tissue samples from the same patients were selected on the basis of having more than 10% tumor content for RNA extraction from SLNs. Tumor samples and normal adjacent breast tissue were archived in the form of frozen fresh tissue in liquid nitrogen. Real-time PCR was performed on a Bioner life express gradient thermal cycler system. Mammoglobin gene overexpression in breast cancer metastasis was investigated. Single marker results were mammaglobin 66.7% and CK19 50.0%, with 58.3% for the two in combination. Due to improved outcome with at least 3 genes (83.3%), it seems, triple marker evaluation will be most likely useful for detecting micro-metastases instead of studying separate genes.