www.bokuennews.com

(좌측부터)안재훈(연수연구원), 엄새란·이용진 박사

한국원자력의학원(원장 이진경) 이용진 박사 연구팀은 단국대 최진호 박사 연구팀과 공동으로 암을 진단하는 양전자방출단층촬영(PET)과 수술 중 실시간으로 암 부위를 확인할 수 있는 근적외선형광영상촬영(NIRF)이 동시에 가능한 '엽산 수용체 표적형 이중 영상 나노플레이트'를 개발했다.

□ PET와 NIRF를 결합한 영상 기술은 PET의 높은 민감도와 전신 영상 능력(수술 전 종양 위치 및 전이 파악)에 NIRF의 높은 해상도와 실시간 영상 능력(수술 중 암 조직 경계 확인)을 결합한 것으로, 암 진단과 치료를 통합하는 테라노스틱스(Theranostics) 접근법의 핵심 기술로 주목받고 있다

연구팀은 생체에 무해한 층상이중수산화물(LDH) 나노 물질을 기반으로, PET 진단용 방사성동위원소인 구리-64(64Cu)와 NIRF 촬영용 형광 물질인 인도시아닌 그린(ICG), 그리고 암세포를 찾아가는 표적 물질인 엽산(FA)을 결합시켜 나노플레이트(64Cu-LDH-ICG/FA)를 개발하고 그 효능을 평가했다.

작용 원리는 구리-64(64Cu)를 탑재한 나노플레이트를 생체에 주입하면, 결합된 엽산(FA)이 엽산 수용체가 많이 발현된 암세포 표면을 '내비게이터' 삼아 암 조직에 선택적으로 결합하고 축적된다.

수술 전에는 축적된 나노플레이트 속 구리-64(64Cu)에서 방출되는 신호를 PET 영상으로 전환해 암의 크기와 위치를 정밀하게 진단한다. 수술 중에는 형광 물질인 인도시아닌 그린(ICG)이 암 부위만 근적외선 형광으로 밝혀 의료진이 고해상도 NIRF 영상으로 암 조직의 경계를 실시간으로 명확히 확인할 수 있도록 돕는다.

엽산 수용체 발현 수준이 각기 다른 암세포 대상 실험 결과, 엽산 수용체 발현이 높은 암세포일수록 나노 방사성의약품의 결합력이 월등히 높았다. 특히, PET와 NIRF 형광 영상 신호의 강도가 비례하여, 두 영상 정보가 정확히 일치함을 증명했다.

이와함께 실험 쥐에게 나노 방사성의약품을 주사하고 PET 영상에 이어 NIRF 형광 영상을 촬영한 결과, 엽산 수용체가 많은 암 조직은 낮은 조직에 비해 최대 3.6배 높은 나노물질 섭취율을 보였으며, PET와 NIRF 형광 영상 모두에서 암 조직이 뚜렷하게 관찰됐다.

연구팀은 PET와 NIRF 영상 정보의 일치를 확인, 새롭게 개발된 나노플레이트의 정확한 암 진단 및 정밀한 수술 가능성을 확인했다.

나아가 연구팀은 2차원 나노물질(LDH) 기반 플랫폼 기술을 통해 향후 다양한 방사성동위원소 및 항암제를 탑재하여 진단과 치료가 동시에 가능한 테라노스틱스(Theranostics) 기술로 확장할 계획이다. 이번 연구 결과는 국제 학술지 '스몰(Small)' 최신 호 온라인판에 게재됐다.

이번 연구는 과학기술정보통신부에서 지원하는 'CD44 표적형 암 줄기세포 진단 및 치료용 방사성의약품 개발'과 한국원자력의학원 기관고유사업으로 진행한 '방사성동위원소 생산시설 운영 및 응용연구'의 일환으로 수행됐다.