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| 사진설명 - (좌측부터 한국원자력의학원 김정영, 박지애 박사) |
한국원자력의학원(원장 직무대행 황상구)은 양전자방출단층촬영(PET)을 이용하여 자궁경부암을 정밀하게 진단하고 치료할 수 있는 방사성의약품을 세계최초로 개발했다고 22일 밝혔다.
자궁경부암은 유방암과 함께 대표 여성암으로서 일부 환자의 경우 항암치료나 방사선치료가 잘 듣지 않는 내성이 생겨 치료에 어려움이 있어왔다. 이에 최근 암 세포만 찾아서 공격하는 표적형 방사성의약품이 대안으로 떠오르고 있다.
세계적으로 암치료에서 화학요법이나 방사선치료 등에서 내성이 생길 경우 암세포 표적형 방사성의약품은 좋은 대안으로 사용되고 있다.
오늘날 의료용 사이클로트론이나 연구용 원자로에 의해 의료 동위원소를 생산하는 기술이 향상되면서 진단 및 치료용 유용한 다양한 기능의 의료 동위원소를 공급받을 수 있으며, 특히 본 의학원은 사이클로트론 기술을 기반으로 첨단 의료 동위원소인 방사성구리(Cu-64), 방사성지르코늄(Zr-89), 방사성요오드(I-124) 등을 생산하는 연구인프라와 소동물모델에서 영상을 획득하는 인프라를 유기적으로 운영하여 기초부터 전임상까지 전주기 실험이 가능하다.
한국원자력의학원 박지애·김정영·이용진 박사 연구팀은 암 발병원인 인자로 알려진 화합물 벤조싸이졸을 이용하여 자궁경부암에 결합하는 물질을 개발하고, 이 물질에 진단용 방사성동위원소 방사성갈륨(Ga-68) 및 방사성구리(Cu-64)와 치료용 방사성동위원소 방사성루테슘(Lu-177)을 각각 붙여 암 조직을 찾아가는 기능을 지닌 지능형 방사성의약품을 제조하는데 성공하였다.
연구팀은 자궁경부암을 이식한 동물 모델을 대상으로 방사성갈륨(Ga-68) 및 방사성구리(Cu-64)를 붙인 벤조싸이졸 유도체를 주사한 후 양전자방출단층촬영(PET)을 통해 암의 크기와 위치를 정밀하게 진단하였으며, 방사성루테슘(Lu-177)을 붙인 벤조싸이졸 유도체를 주사해 방사성루테슘(Lu-177)이 내뿜는 베타선에 의해 암세포가 파괴되고, 방사성루테슘(Lu-177)을 단독으로 주사했을 때 보다 치료효과가 약 2배 이상 높은 것을 확인하였다.
특히 벤조싸이졸을 이용한 방사성의약품은 치료용과 진단용의 화학적 구조가 동일해 효과적인 치료계획 및 경과확인이 가능할 것으로 기대된다.
일반적으로 치료용 방사성의약품의 체내분포도 및 대사경로를 확인하기 위해서는 진단용 방사성의약품으로 획득한 핵의학 영상을 이용하는데, 치료용 및 진단용 방사성의약품의 화학적 구조가 동일할수록 의학적으로 정밀한 결과을 얻을 수 있기 때문이다.
또한 이번에 새롭게 개발한 벤조싸이졸을 이용한 암 결합 물질은 방사성갈륨(Ga-68), 방사성구리(Cu-64) 등과 같은 금속성 방사성동위원소와 잘 붙는 구조로서, 필요에 따라 진단 및 치료용으로 여러 금속성 방사성동위원소를 교차 채택할 수 있는 가능성을 열었다.
한편 연구결과는 국제 분자 제약학 학술지 몰큘러 파마슈티컬스(Molecular Pharmaceuticals) 2018년 1월 30일자에 게재되었다.
연구팀은 이번 연구결과를 토대로 다양한 의료용 방사성동위원소들을 활용해 손쉽고 실용적인 암 진단 및 치료용 방사성의약품의 개발 및 임상적용 등 실용화 연구를 본격적으로 추진할 예정이다.
A. 벤조싸이졸이라 불리 우는 분자체는 우리 몸에서 발생하는 질환 중에 치매와 암의 발병원인과 관련된 인자인 것으로 알려져 있었고, 이를 활용하여 본 연구팀은 과거에 경북대학교 장용민․김태정 교수 연구팀과 같이 공동하면서 가돌리늄 기반 MR 조영제를 개발하였다. 상기 공동연구 수행은 많은 영감을 주었으며, 본 연구팀은 즉시 벤조싸이졸 유도체에 의료 동위원소들이 선택적으로 교차 채택될 수 있는 설계 및 합성을 했고, 전임상시험에서 약효를 입증할 수 있는 추가 실험들을 수행하여 좋은 연구결과를 획득하게 되었다.
A. 본 연구팀에서 사이클로트론을 기반으로 개발한 방사성구리(Cu-64)을 우선적으로 사용하기 위해 킬레이트를 설계하였고, 이 킬레이트를 기반으로 암세포 섭취에 특이성을 보이는 벤조싸이졸의 기능이 유지되도록 통합 설계하고 유기합성을 하여 새로운 분자단을 탄생시켰다. 다양한 의료 동위원소와 상기 개발된 분자단를 혼합하여 체내 화학적 결합이 지속적으로 이루어지는 안전성을 확보하는 추가적인 실험이 진행되었다.
A. 기존 알려진 물질인 벤조싸이졸을 화학적으로 변형할 때 본래의 고유 기능을 손실할 가능성이 매우 높기 때문에, 본 연구팀은 여러 부분에서 다양한 형태로 화학적 변화를 주었다. 그러므로 이러한 초기 물질 개발단계에서 많은 시간을 소모하였으며, 모든 결과는 유기합성을 통해 합성된 벤조싸이졸 유도체가 개발되고 나서야 확인이 가능한 점이 연구에 있어서 가장 큰 장애물이다.
A. 본 연구의 아이디어와 결과는 기존 연구에 비해 작은 분자단을 기본으로 다양한 의료 동위원소를 교차 선택하면서 암세포에 대해 다양한 진단 및 치료효과를 낼 수 있으며, 자궁경부암만을 정밀하게 표적하여 진단 및 치료할 수 있다는 점이 탁월하고 임상응용도 매우 쉽다.
A. 본 연구팀은 자체 개발한 의료 동위원소와 가장 최적화된 지능형 분자단을 개발하여 치매, 종양, 희귀질환 등에 매우 유용한 의약품을 개발하는데 그 목표가 있으며, 다양한 기술들과 융복합하여 개발 기한을 단축시켜 국내 방사선의학기술을 향상시키는데 있다.
※ 용어설명
●양전자방출단층촬영 (PET: Positron Emission Tomography)
PET란 양전자 방출 핵종으로 표지된 방사성의약품을 인체에 투여한 후 인체 내에서 발생하는 방사능의 분포를 재구성하여 영상화하는 방법이다. 이 때 사용되는 방사성의약품은 인체가 필요로 하는 산소, 물, 포도당, 아미노산, 지방산, 핵산, 그리고 신경전달물질 등이다. PET검사를 통해 이들의 분포를 파악하여 살아있는 인체에서 일어나는 생화학적·생리적인 변화를 정량적으로 평가해 낼 수 있다. 주사된 방사성의약품은 체외의 카메라를 통하여 체내 분포를 영상화할 수 있어 인체의 대사가 영상으로 나타나는 원리이다. 특히 암의 경우, 형태의 변화 이전에 체내 대사 변화가 먼저 일어나므로 PET를 이용하면 암을 조기에 진단할 수 있다.
●방사성의약품 (Radiopharmaceuticals)
방사성의약품이란 방사성동위원소를 표지하여 인체에 투여하는 질병의 진단 또는 치료에 사용하는 의약품이다. 방사성동위원소의 종류에 따라 진단용과 치료용으로 구분되어지며, 진단용 방사성동위원소는 방사선갈륨(Ga-68), 방사선구리(Cu-64), 방사선불소(F-18) 등이 있고, 치료용 방사성동위원소에는 방사선루테슘(Lu-177), 방사선이트륨(Y-90) 등이 있다. 최근 암을 비롯한 난치성 질환의 진단과 치료를 위한 방사성의약품 시장 규모는 전 세계적으로 급성장하고 있다. 방사성의약품은 화학적 독성이 거의 없어, 노약자나 중증환자의 진단 및 치료에 적용이 가능하며 치료 효과도 높다.
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