15. 테크네슘-99m 표지 방사성의약품 개발 원리

제너레이터에서 뽑은 테크네슘-99m은 산소가 4개가 붙어 있는 과테크네슘산으로서 직경이 큰 음이온이기 때문에 요드처럼 갑상선에 섭취가 된다는 설명을 지난 주에 하였다. 그러면 다른 각종 장기의 영상을 얻기 위해서는 어떻게 해야 할까. 이는 테크네슘-99m 주위에 붙어 있는 산소를 떼어내고 다른 물질을 붙여 주어 그 물질의 성질에 따라 체내에서 특정장기를 찾아가게 할 수 있다. 즉 테크네슘-99m을 둘러싸고 있는 물질이 두뇌에 잘 가면 뇌 영상용, 폐에 잘 가면 폐영상용, 심장에 잘 가면 심장영상용, 신장에 잘 가면 신장 영상용 등으로 사용이 가능한 것이다.

우선 테크네슘-99m에 붙어 있는 산소를 떼어내야 여기에 다른 물질을 붙일 수가 있다. 산소를 떼어내는 물질은 환원제라고 한다. 제너레이터에서 나온 과테크네슘산의 테크네슘은 +7가의 전기를 띠고 있는데 이를 산화수가 +7이라고도 한다. 그리고 산소는 하나가 -2가의 산화수를 가지고 있어서 과테크네슘산에 있는 4개의 산소는 총 -8의 전기를 가지고 있다. 따라서 +7의 테크네슘과 합치면 전체 전기는 -1이 된다.

환원제는 전자를 주는 물질이므로 +7가인 테크네슘을 +6, +5, +4, +3, +2, +1, 0, -1 등으로 산화수를 낮춰 줄 수 있다. 그런데 지금까지 개발된 방사성의약품을 보면 +5, +4, +3, +1가의 산화수를 가진 것들이 많고 나머지는 거의 없다. 어쨌든 환원제를 사용하면 여러 가지 형태의 환원된 테크네슘-99m의 혼합물이 생성된다.

테크네슘-99m을 환원하는데 사용하는 환원제는 여러 가지 종류가 연구가 되었는데 현재 가장 널리 사용하는 것은 이염화주석(SnCℓ₂)이다. 이염화주석이 테크네슘-99m을 환원시키고 자기는 산화가 되어 사염화주석(SnCℓ₄)으로 되는 것이다.

테크네슘-99m은 환원이 되면 다른 물질과 결합을 하기가 쉬워지는데, 테크네슘-99m은 금속이므로 금속과 잘 결합하는 물질이어야 테크네슘-99m과 안정하게 결합을 한다. 안정하게 결합한다는 것은 '단단하게 결합하여 잘 떨어지지 않는다'는 말로서, 안전하다는 말과 다르다. 안전하다는 것은 인체에 독성이나 부작용이 없다는 것이다. 금속과 안정하게 결합하는 물질 중 대표적인 예는 킬레이트제다. 그리고 킬레이트제 중 가장 유명한 것은 EDTA (Ethylene Diamine Tetra Acetic acid)이다. 따라서 EDTA를 넣어 주면 잘 결합을 할 것이다. 그리고 EDTA는 금속과 결합하면 수용성이 강하고 전기를 많이 띠고 있어 신장의 사구체 여과가 쉽게 되어 배설이 빠른 특징이 있으므로 신장영상용으로 쓸 수 있을 것이라는 짐작을 할 수가 있다.

EDTA와 DTPA

그러나 애석하게도 EDTA와 테크네슘이 붙은 킬레이트는 안정성이 좋지를 못하다. 일반적으로 EDTA는 매우 강력한 킬레이트제로 알고 있지만 테크네슘에 대하여는 그렇게 강력하지 못하다. 이는 약간 더 복잡한 화학적 원리로 설명을 해야 하므로 여기서는 생략하고, 한 마디만 덧붙이면 테크네슘-99m의 농도가 매우 낮기 때문에 EDTA가 테크네슘-99m을 모두 찾아서 결합하려면 그 만큼 힘이 들고, 따라서 생각보다 안정성이 떨어진다는 설명을 할 수가 있다. 그래서 EDTA에다가 테크네슘-99m과 결합할 수 있는 손을 더 붙인 화합물을 만들었는데 이는 DTPA (Diethylene Triamine Pentaacetic Acid)라고 한다.

EDTA와 DTPA의 화학구조를 보면<그림 참조> DTPA에 -COOH가 더 많이 있는 것을 볼 수가 있다. 이러한 COOH 같은 것이 실제로 테크네슘-99m과 결합하는 손으로 작용을 하므로 손이 더 많은 DTPA가 EDTA보다 더 강력하게 테크네슘-99m과 결합을 한다는 추측을 할 수가 있다. 그리고 DTPA는 전체적인 화학구조가 EDTA와 유사하여 EDTA처럼 신장에서 사구체 배설에 의하여 빨리 배설이 될 것이고 따라서 신장 영상용으로 사용이 가능할 것이라는 생각도 할 수가 있다.

실제로 Tc-99m-DTPA는 현재 전세계적으로 가장 널리 사용되는 신장기능 영상제이다. 실제 테크네슘-99m 표지 방사성의약품 개발 초기 단계에는 실험실에 돌아다니는 여러가지 킬레이트화제를 닥치는 대로 표지하여 어떤 성질을 나타내는지를 연구하는 것이 주류를 이루었다고 한다.

2004년 6월 28일