23. 뼈 영상용 방사성의약품

현재 핵의학에서 가장 많이 수행하는 영상 검사는 뼈 영상이다. 뼈 영상은 뼈 전이암, 뼈에서 생성된 악성 및 양성 종양, 뼈의 염증, 골절 등의 진단에 사용을 한다. 뼈 영상은 특히 예민도가 높고 몸 전체 영상을 얻을 수 있기 때문에 1차 스크리닝에 널리 사용된다.

뼈는 35%의 유기물과 45%의 무기물 및 20%의 수분으로 구성되어 있다. 유기물은 90%가 콜라겐으로 구성되어 있고, 무기물은 대부분 인산칼슘과 하이드록시아파타이트로 구성되어 있다.

뼈가 생성되는 부위는 우선 콜라겐이 생성되고 여기에 인산칼슘이 결합하여 결정화되어 자라서 하이드록시아파타이트로 된다. 인산칼슘이나 하이드록시아파타이트는 매우 작은 결정으로 이루어져 있어 표면적이 매우 크기 때문에 각종 물질을 잘 흡착한다. 잘 흡착되는 물질로 +2가 금속이온인 Sr²⁺, Pb²⁺, Ra²⁺, Mg²⁺, Ca²⁺ 등과 F^-, 폴리인산, 피로인산 등이 알려져 있다.

이러한 성질을 이용하여 가장 먼저 뼈 영상용으로 사용된 방사성의약품은 감마선 방출핵종인 ⁶⁷Ga이었다. 그런데 ⁶⁷Ga이 종양에 잘 축적된다는 사실이 밝혀지고부터는 더 이상 뼈 영상용으로 사용이 되지 않고 ⁸⁵Sr로 대체되었다.

그러나 ⁸⁵Sr는 반감기가 64일로 너무 길고 또한 체외 배설도 느려 영상용으로 적당하지 않아 ^87mSr로 대체되었다. 그러나 ^87mSr은 반감기가 2.8시간으로 너무 짧아 문제가 되었다.

또 다른 방사성동위원소인 ¹⁸F^-는 좋은 뼈 영상을 보여 주기는 했지만 양전자 방출핵종이어서 고가의 양전자단층촬영기와 이를 생산하기 위한 사이클로트론이 필요하여 널리 보급되기 어려웠다.

따라서 테크네슘(Tc)으로 표지된 뼈 영상용 방사성의약품의 개발이 절실히 요구되었다.

테크네슘으로 표지된 뼈 영상용 방사성의약품 중 가장 먼저 연구된 것은 ³²P로 표지된 폴리인산이 뼈에 축적하는 현상을 보고 폴리인산에 테크네슘을 표지한 화합물이었다.

뼈 영상에 사용되는 다이포스포네이트 유도체들

나중에 폴리인산보다도 피로인산에 테크네슘을 표지하여 사용할 경우 뼈 축적이 더 높고 또한 결합하지 않고 있는 방사능이 뇨로 훨씬 더 빨리 배설이 되어 깨끗한 영상이 얻어지는 것을 보고 피로인산을 사용하게 되었다.

그런데 피로인산은 두 분자의 인산을 탈수시켜 결합한 것으로서 산소로 연결이 되어 있고, 이는 소위 고에너지 인산결합이라고 하여 불안정하여 체내에서 비교적 쉽게 가수분해가 되고 그 결과 테크네슘이 떨어져 나오는 문제가 있었다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 인산과 인산의 결합을 탄소로 바꾼 'MDP'가 개발되었다. MDP는 매우 안정하여 가수분해가 되지 않기 때문에 피로인산을 사용하는 것보다 더 좋은 뼈 영상을 얻을 수가 있게 되었다. 그런데 MDP를 사용하여 얻는 뼈 영상은 환자가 주사를 맞은 뒤 3∼4시간 이상 기다려야 혈중 방사능이 뇨로 대부분 배설이 되기 때문에 불편하다.

이러한 단점을 개선하기 위하여 'HDP'와 'HEDP' 등이 개발되었다. HDP의 경우 혈중에서 뇨로 배설속도가 빨라서 환자가 주사 맞고 한 시간 정도 후에는 뼈 영상을 얻을 수 있게 되었다.

MDP, HDP, HEDP 등을 '다이포스포네이트'라고 한다. 테크네슘 표지한 다이포스포네이트와 폴리인산 또는 피로인산 등은 뼈가 생장하는 부위에 잘 축적이 된다.

그 이유는 아직 확실하지 않지만 뼈가 생장하는 부위는 인산칼슘의 결정이 생성되고 있는 부위고 따라서 이러한 방사성의약품도 잘 결합한다는 이론이 있다. 다이포스포네이트가 테크네슘과 결합하여 어떠한 화학구조를 형성하는지는 아직 정확하게 밝혀져 있지 않다. 다만 환원제로 들어간 주석과 함께 여러 분자의 다이포스포네이트와 여러 분자의 테크네슘이 결합하여 매우 복잡한 구조의 폴리머를 형성하는 것으로 알려져 있다.

현재 가격이 저렴한 MDP는 특허가 걸려 있지 않아서 원자력연구소 등에서 국산화를 하여 국내 공급을 하고 있지만 고가인 HDP 등은 특허 관계로 국산은 제조되지 않고 수입에 의존하고 있다.

2004년 9월 6일