58. 분자영상용 방사성의약품

최근에 '분자영상' 분야가 각광을 받고 있다. 그런데 분자영상의 개념은 핵의학 분야에서 처음에 규정한 정의와 방사선과학 분야에서 규정한 정의가 서로 차이가 있다.

핵의학 분야에서는 어떤 특정 유전자가 특정 조직에 존재하는지 혹은 발현하는지를 영상화하는 것을 분자영상이라 정의하였는데 이는 '분자영상=분자생물학적 영상'이라는 개념을 포함하고 있다.

그런데 방사선과학 분야에서는 특정 세포, 수용체, 유전자 등에 선택성이 있는 분자 혹은 나노 크기의 조영제 혹은 발광제를 이용하여 장기의 기능적 영상을 CT, MRI, 초음파, 광학적 장비 등으로 영상을 얻는 것을 말한다. 따라서 방사선과학 분야의 정의가 훨씬 더 넓은 범위를 포괄한다.

방사선과학 분야의 정의에 따르면 분자 혹은 나노 크기의 방사성의약품을 이용한 영상 즉 거의 모든 핵의학 영상은 분자영상이라고 할 수가 있다. 왜냐하면 이들은 특정 세포나 수용체 등에 선택적으로 섭취가 되기 때문이다.  

그러나 핵의학계에서는 원칙적으로 전통적으로 수행하던 핵의학영상은 분자영상에 포함시키지 않고 있다. F-18-FDG, C-11-메치오닌, C-11-라클로프라이드, F-18-플루마제닐 같은 것들도 분자영상에 넣어 주지 않는다.

그러나 이들은 명백히 특정 기관이나 수용체에 특이적으로 결합하는 분자를 이용한 영상이므로 분자영상에 속하여야 마땅하다. 따라서 핵의학계에서도 이러한 영상을 분자영상 분야에 포함시켜야 하지 않겠는가 하는 움직임이 있다.

<그림 1> FHBG의 화학구조

분자영상 분야가 활발한 연구를 할 수 있도록 기반이 된 방사성의약품 중에 불소-18로 표지된 FHBG가 있다<그림 1>.

이는 DNA를 구성하는 뉴클레오사이드 중 구아노신과 유사한데 데옥시리보즈의 고리가 열려져 있는 구조에 불소-18을 표지한 구조를 하고 있다.

뉴클레오사이드 운반체를 통하여 세포막을 양방향으로 잘 통과한다. 세포 속으로 들어가면 타이미딘 카이네이즈에 의하여 인산화가 되는데 이 때 HSV 바이러스의 타이미딘 카이네이즈가 더욱 더 잘 작용한다.

따라서 HSV가 감염되어 있든지 아니면 인위적으로 그 유전자를 이입시켜 발현이 된 세포에는 인산화가 빨리 된다. 인산화가 된 FHBG는 세포 밖으로 빠져 나가지 못하고 축적이 되므로 그 부분의 영상을 얻을 수가 있는 것이다<그림 2>.

<그림 2> HSV 타이미딘 카이네이즈를 바이러스에
넣어서 세포 속에 이입시켜서 발현이 되면 FHBG를
인산화시켜 세포 속에 축적이 되도록 한다.

이러한 FHBG의 영상을 분자영상이라고 할 수가 있는 것은 유전자 조작에 의하여 HSV 바이러스의 타이미딘 카이네이즈 유전자를 특정세포에 발현시켜 주어 이를 영상화하기 때문인데 이렇게 인위적으로 영상화가 가능도록 넣어주는 유전자를 리포터 유전자라고 한다. 이러한 리포터 유전자로는 두뇌의 도파민 D2 수용체 유전자와 갑상선에서 방사성요오드를 섭취하게 하는 NIS 유전자 등이 개발되어 있고 앞으로 더욱 더 많은 리포터 유전자가 개발될 것이다.

도파민 D2 유전자를 리포터 유전자로 사용할 경우는 C-11-라클로프라이드, C-11-NMSP, F-18-FESP 등을 사용하면 되고, NIS 유전자를 리포터 유전자로 사용할 때는 방사성요오드나 테크네슘-99m을 사용하면 된다. NIS 유전자 사용시 레늄-188을 사용하면 치료 효과를 나타낼 수도 있을 것이다.

지금 현재는 이러한 리포터 유전자를 이입하여 영상화하는 세포는 대부분이 암세포이지만 앞으로 각종 BT 관련 치료가 활성화 될 경우 광범위한 적용이 이루어질 수 있을 것이다. 예를 들면 장기 이식용 돼지가 개발이 되어 장기 이식이 활발해 질 경우, 이식 장기에서 리포터 유전자가 발현이 되게 하면 이식 후 그 장기가 정상적으로 작용을 하는지 조기에 영상으로 알아 볼 수가 있을 것이다.

이를 뒷받침하는 연구로 최근에 우리 실험실에서는 심근에서 NIS가 발현되도록 하여 방사성요오드가 심근에 섭취되는 형질전환 마우스의 개발에 성공하였는데 이러한 기술을 이식장기 생산용 동물에 적용할 수가 있을 것이다.

특히 줄기세포 치료시에 줄기세포에 리포터 유전자를 넣어 줌으로써 치료가 제대로 되고 있는지를 조기에 진단하는데도 사용을 할 수 있을 것이다. 예를 들어 줄기 세포에 NIS 리포터 유전자를 이입시켜 췌장세포로 분화를 시켰다면 췌장에서 방사성요드를 섭취하게 될 것이다. 따라서 줄기세포 치료의 성공여부를 영상으로 명백히 진단이 가능하게 되는 것이다.

세계의 저명한 연구소들에서는 현재 급속히 발전하고 있는 BT 분야에서 이러한 분자영상 분야가 앞으로 더욱 더 중요한 위치를 차지할 것이라는 예측을 하고 이에 대한 연구에 박차를 가하고 있다.

2005년 7월 2일