방사선의학, 이것만 알려주마

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제38화 방사성의약품의 약동학, 약력학 그리고 선량평가 ①한국원자력의학원 김희진, 김정영 공저2022-05-03

 

  필자 기억 속에서 목련과 개나리는 3월 초순에 만발하던 봄꽃이었다. 그러나 올해 개나리와 목련은 4월 초에 개화하는 것을 보고 지구온난화로 인한 기상이변이 이렇게나 심각하구나 싶어 인터넷에 봄꽃 개화시기를 검색해 보았고, 필자의 기억이 상당히 왜곡되어 있었다는 것을 깨달았다. 우리나라 대표 봄꽃 인 개나리, 진달래, 벚꽃 모두 평년보다 개화시기가 1주일 이상 빨랐던 것이다.




<평년보다 최소 7일 이상 빠른 봄꽃 개화시기> 

 

  봄꽃 개화시기를 검색하다 보니 각 꽃말들이 눈에 띄었다. 꽃말은 19세기 유럽 영국을 중심으로 식물학과 정원 조성 등이 발달하면서 유행한 것이 시초라고 한다. 그 당시에는 직접 말할 수 없는 메시지를 꽃을 통해 전달하는 경우가 많아 꽃말 사전을 지니고 다니기도 했다고 한다. 꽃말은 주로 신화나 전설에 등장하는 꽃 이야기에서 유래되었거나 각 나라별 종교적 상징, 꽃의 형태·색·개화 계절 등에 의해 정해졌으며 유럽지역 외 중동과 동양권에서도 꽃에 의미를 부여해 마음을 전달하는 풍습들이 있었다고 한다.1) 그렇다면 우리나라 봄꽃 3대장의 꽃말은 무엇일까? 먼저 벚꽃은 삶의 아름다움, 정신적 사랑을 의미하고 진달래는 절제와 청렴이라고 한다. 마지막으로 개나리는 희망, 기대, 달성이 꽃말이라고 한다.

  새로운 대통령 당선인과 함께 맞이하는 2022년 봄이다. 과학기술계에 불어올 새바람에 많은 관계자들의 이목이 집중되고 있다. 과학기술 분야가 우리나라 미래 성장 원동력이라는 것은 부정할 수 없는 사실이다. 희망과 달성이 꽃말인 개나리처럼 대한민국 과학기술분야가 희망찬 미래와 연구성과 달성이 가득한 한해가 되길 소망하며 이번 방사선의학 이것만 알려주마! 에서는 [난치암 환자들을 위한 방사성의약품 치료] 도서 중 방사성의약품의 약력학, 약동학 그리고 선량평가 내용을 발췌해서 소개드리고자 한다.

  우리가 약을 먹으면 우리 몸은 약에 반응하고, 반대로 약물은 우리 몸에 어떠한 영향을 미친다. 이처럼 약물 성분이 인체 내부로 들어온 이후 발생하는 모든 변화를 탐구하는 학문을 약리학이라고 하는데, 약리학은 크게 약동학(PK; Pharmacokinetic)과 약력학(PD; Pharmacodynamic)으로 나뉜다. 일반의약품이 아닌 진단 및 치료용 방사성의약품의 경우에는 방사성핵종에 의한 붕괴과정에서 에너지를 방출하므로 약동학과 약력학 이외에도 후보물질을 인체에 투여할 경우 장기 및 표적부위에 흡수되어 방출하는 방사선량(radiation dose)을 함께 알아야 한다.

 

 

 

  신약개발 시 후보물질의 안전성과 치료효율을 증가시키기 위해서는 약동학(PK; Pharmacokinetic)과 약력학(PD; Pharmacodynamic) 연구가 필요하다. 이와 함께 생물학적 영향을 평가하고 방사성의약품 투여용량을 결정하기 위해서는 선량평가도 수행되어야 한다.

 


<시간에 따른 방사성의약품의 변화량을 이용한 약동학, 약력학 및 선량평가2)

 

  약동학은 체내 투여된 약물의 시간에 따른 흡수(Absorption), 분포(Distribution), 대사(Metabolism), 배설(Excretion)에 관한 내용을 평가하는 방법이다. 약력학은 투여된 약물 기전을 바탕으로 해당 약물이 표적부위에 어떻게 위치하고 어떤 효과 및 생물학적 영향을 주는지를 평가하는 방법이다. 이런 내용을 바탕으로 환자에게 투여될 약품의 적정용량을 결정할 수 있게 된다.

  방사성의약품은 영상화를 위한 ‘진단용 방사성의약품’과 치료를 위한 ‘치료용 방사성의약품,’ 그리고 진단과 치료를 모두 수행할 수 있는 방사성의약품으로 나눌 수 있다. 진단용 방사성의약품은 영상화가 가능한 방사성동위원소를 가지고 있으며, 감마선을 방출하는 방사성의약품은 감마카메라로, 양전자를 방출하는 방사성의약품은 PET 장비로 영상화가 가능하다.

  감마선을 방출하는 방사성의약품은 감마카메라를 이용하거나 일정 시간 회전을 시켜 영상을 획득하는 SPECT 장비로 영상을 획득한다. 이러한 영상기기로 우리 몸을 영상화하기 위해서는 여러 시간에 나누어 영역별로 획득해야 한다. 때문에 약물이 몸에서 일어나는 변화를 반영하기 힘들며, 여러 종류의 에너지가 획득되어 해상도 또한 떨어지는 단점을 가지고 있다. 반면 원통형 구조를 가지는 PET 장비는 우리 몸의 한 영역을 동일시간에 획득하므로 약물의 동태를 정량적으로 평가 할 수 있으며, 하나의 에너지만 획득하므로 해상도 또한 높다는 장점을 가지고 있다.

  치료용 방사성의약품은 베타선과 같은 치료용 입자를 방출하는 방사성동위원소를 가진 의약품으로 비정거리가 짧은 특성을 가지고 있다. 또한 치료용 방사성의약품에는 치료 및 치료반응을 영상화할 수 있는 감마선을 동시에 방출하는 특성을 가지는 치료용 방사성동위원소를 가지고 있어 진단과 치료가 모두 가능하다. 예를 들면, Cu-67이 표지된 방사성의약품의 경우 186 KeV의 감마선을 방출하기 때문에 이를 이용하여 영상화하고, 186 KeV의 베타선을 이용하여 치료를 진행할 수 있다.

  방사성동위원소가 표지되지 않은 일반의약품의 경우에는 체내 투여 및 분포 흡수 배출에 관한 정보를 비침습적인 방법으로 직접 계산하는 것은 불가능하다. 하지만 이러한 일반의약품에 방사성동위원소를 표지한 방사성의약품을 이용해 약물의 기능적 영상을 획득하면, 특정 영역에 분포하는 약물의 약리학적 특성을 비 침습적이고 직접적으로 정량화를 할 수가 있게 된다.

 

 

 

  방사성의약품을 이용한 치료 전후 진단영상화방법은 지속적이고 반복적 비침습적으로 가장 빠르게 영상화된 정보를 평가할 수 있다. 이러한 영상화 시에는 주입되는 방사성의약품의 정량화가 반드시 필요하며, 정량화 결과는 투여된 방사성의약품의 특성 및 치료효과를 평가하기 위한 약동학과 약력학 그리고 선량평가에 이용하게 된다. 방사성의약품의 특성 및 치료효과를 평가하기 위한 영상은 시계열로 획득한다. 그 이유는 시간흐름에 따른 방사성의약품의 분포 및 작용 양상과 같은 약동학 및 약력학 정보를 얻기 위함이다. 또한 선량평가의 경우에도 체내에 머무는 방사성의약품의 정보를 바탕으로 평가를 진행해야 하기 때문에 여러 시간대별로 포인트에 대한 영상화가 진행될 수도 있다.

  진단용 방사성의약품을 이용한 PET 영상의 경우 영상을 획득하는 2가지 방법이 존재한다. 첫 번째는 정적 양상화 방법이다. 이 방법은 비교적 짧은 시간에 영상을 획득할 수 있으며, 해당 영상을 이용하여 표준섭취계수(Standard Uptake Value: SUV)나 방사성의약품의 섭취율에 관한 정량값을 얻을 수 있다.

  이와 달리 동적 영상화의 경우 시계열로 약 60분 정도를 소요해 영상을 획득하게 된다. 이러한 시계열 정보를 바탕으로 방사성의약품이 어느 영역에 얼마나 분포하는지에 대한 정량적 수치를 계산할 수 있으며, 이를 이용하여 일반 장기에 피해를 최소화하고 치료하고자 하는 표적부위의 치료효과를 극대화할 수 있다. 이러한 동적 영상화로 얻은 PET 영상을 이용하여 투여된 방사성의약품의 약동학과 약력학 특성을 평가할 수 있다.

 

  2021년 연말, 정부는 10대 필수전략기술을 선정해 기술주권 확보를 위해 국가역량을 결집하겠다고 밝혔다. 이번에 선정된 10대 분야는 인공지능, 5G·6G, 첨단바이오, 반도체·디스플레이, 이차전지, 양자, 우주·항공, 수소, 첨단로봇·제조, 사이버 보안이며 해당 기술분야를 집중지원 하면서 내년 R&D 투자를 3조 3000억 원으로 늘리는 등 전방위적 지원을 할 계획이라고 발표했다.3) 현 정권 말미에 발표된 필수전략기술 분야들 이지만, 윤석열 대통령 당선인의 과학기술 육성분야와도 대부분 일치하고 있기 때문에 연속성 있게 진행될 것으로 보인다.

  이미 많은 분들이 공감하고 계신 것처럼 방사선의학은 첨단바이오 분야 이자 대표적인 융·복합 과학기술 중 하나로 방사선 관련 연구를 진행하기 위해서는 방사선 차폐설비를 포함한 가속기·원자로와 같은 대형인프라 구축이 필수적이므로 민간에서 진행하기 어렵다. 의료분야 뿐 아니라 농업·산업분야 등 다방면에서 활용되는 방사선기술이 새로운 시대를 맞이하여 ‘희망’찬 미래가 펼쳐지길 ‘기대’하며 눈부신 연구 성과들을 ‘달성’하기를 소망해본다. ◼(다음 회에 계속 됩니다.)

 

1) https://terms.naver.com/entry.naver?docld=5764011&cid=43667&categoryld=43667
2) 난치암 환자들을 위한 방사성의약품 치료, 한국원자력의학원, 2016년
3) https://www.korea.kr/news/policyNewsView.do?newsld=148897131

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