보건타임즈 : 세계 최초 진단 동시에 치료 ‘癌 융합진료’

PET통해 영상화한 암 세포에 ‘방사성약’ 투약‥몸속 생화학적 변화 관찰
강주현, 김광일 박사팀, “영상진단-치료 동시 수행할 컨버전스 기능 기대”

구리수송체 리포터 유전자 작동 원리

① 구리수송체 유전자를 표적 세포에 전달
② 전달된 유전자 정보를 DNA에서 RNA로 전달
③ 전달된 정보를 바탕으로 RNA에서 구리수송체 단백질 합성
④ 구리수송체 단백질이 세포막으로 이동된 후 세포 밖의 구리이온을 세포내로 섭취
⑤~⑥ 과다 섭취된 구리이온의 경우 골지망을 통하여 세포 밖으로 배출됨으로써 세포내 구리이온이 적정한 수준으로 유지

그림1) 구리수송체 유전자의 작동 과정

유방암 세포주 이식한 mouse Cu-64 주사 후 PET 영상

그림2) 연구팀이 개발한 구리수송체 유전자 이용한 PET 영상 (48시간까지 유방암 영상진단 가능)

세계최초로 암을 진단하면서, 동시에 치료할 수 있는 ‘사람 구리수송체(hCTR1) 유전자 시스템'이 국내학자에 의해 개발됐다.

미래창조과학부(장관 최양희)는 PET(양전자방출단층촬영)를 사용해 영상화하는 동시에 방사선의약품을 투약, 암세포를 치료할 수 있는 융합진료 ‘사람 구리수송체(hCTR1) 유전자 시스템'을 세계 최초로 개발했다고 밝혔다.

이 연구는 한국원자력의학원 강주현, 김광일 박사팀이 미래부 방사선기술개발사업의 일환으로 수행했다.
연구팀에 따르면 ‘사람 구리수송체(hCTR1) 유전자 시스템'은 PET를 통해 영상화한 환자의 암세포를 직접 공격하는 방사성의약품을 암세포와 주변부위에 주사한 후, 몸속에서 일어나는 생화학적 변화를 들여다보며 진단하면서 동시에 치료하는 방식이다.

이 癌 융합진료에서 암 영상화에 활용되는 PET는 5㎚미만의 작은 종양까지 찾아내 암 조기진단에 널리 사용되고 있다.
국내 연간 PET의 촬영건수는 2013년을 기준 잡아 359,983건에 이른다.

강 박사팀이 개발한 ‘사람 구리수송체(hCTR1) 유전자 시스템'은 PET로 암을 진단하면서 동시에 암을 치료하는 융합진료의 가능성을 앞서 확인한 것으로 평가받고 있다.
이 암 융합진료에선 방사성동위원소 구리-64를 이용하는 것이 특징을 꼽힌다.

이 시스템의 원리는 이렇다.

‘사람 구리수송체(hCTR1) 유전자’를 이용한 유전자 치료를 통해 암 조직에 구리수송체를 과 발현시킨 후 방사성동위원소 구리-64를 정맥 주사해 PET를 찍게 되면, 암 세포와 주변부위에 구리-64가 모여 암의 크기와 위치가 영상으로 나타나는 동시에, 구리-64에서 배출되는 방사선으로 암 세포를 파괴하는 원리다.

연구팀은 구리-64가 PET 영상획득에 이용되는 양전자를 약 17%, 암 치료에 사용될 수 있는 베타선을 약 39% 방출하는 붕괴특성을 착안, 연구했다.

이처럼 구리수송체유전자를 조직에 발현시켜 영상화에 성공한 것은 전 세계적으로 처음이다.

이때 구리수송체는 생체 조절 보조인자 구리 이온을 세포 내부로 들어가게 하는 입구로, 세포 내 구리 이온이 적정한 수준을 유지시키는 역할을 한다.
구리수송체 유전자는 구리수송체의단백질을 암호화한 유전자를 의미한다.

구리-64는 PET 촬영용 방사성의약품에 널리 사용돼온 불소-18과 탄소-11 등에 비해 7배 이상 긴 반감기를 가지고 있어, 핵의학이나 분자영상 연구에 매우 유용하게 이용될 전망이다.

구리-64(Cu-64)의 반감기는 약 720분으로 불소-18(F-18) 반감기 109분, 탄소-11(C-11) 반감기 20분보다 훨씬 길다.

반감기가 길면 현재 국내에서 활발히 개발 중에 있는 바이오의약품의 체내 동태를 장시간 추적, 관찰할 수 있는 영상연구가 가능해져 신약 개발 촉진이 기대된다는 이들 연구팀의 설명이다.

바이오약이란 재조합 DNA 기술을 응용해 생산하는 의약품을 말한다.

강 박사는 “구리-64(Cu-64)가 암세포를 살상할 수 있는 능력까지 보유, 영상진단과 치료를 동시에 수행할 수 있는 컨버전스 기능을 기대할 수 있다”고 내다봤다.

이번 연구엔 한국원자력의학원이 보유하는 사이클로트론과 구리-64를 비롯한 다양한 방사성동위원소를 생산, 정제하는 기술이 각각 활용됐다.

의학원은 국내 최초로 의료용 방사성동위원소 요오드-124(I-124)와 구리-64(Cu-64)의 대량 국내 생산 기술을 확보, 생산 허가를 취득했으며, 전국적인 공급 시스템 구축을 통해 서울대, 성균관대, 경북대를 포함한 국내 10여 곳에 방사성동위원소를 지원함으로써, 국내방사성의약품 연구 분야의 경쟁력 강화에 기여해오고 있다.

강 박사팀은 이 같은 성과를 바탕으로 삼아 내년부터는 난치성 암의 진단과 치료가 동시에 가능한 컨버전스 방사성의약품의 개발과 임상 등 실용화 연구를 본격 착수할 예정이다.

이 연구는 한국원자력의학원 강주현, 김광일 박사팀이 미래부 방사선기술개발사업의 일환으로 수행했다.
이 연구결과는 ‘Detection of Increased 64Cu Uptake by Human Copper Transporter 1 Gene Overexpression Using PET with 64CuCl2 in Human Breast Cancer Xenograft Mode’이란 논문으로 이 분야 최고 권위지 미국 핵의학회저널(Journal of Nuclear Medicine) 온라인판 8월4일자에 게재됐다.