62. 반감기가 짧은 산소-15 표지 방사성의약품

산소는 인체 물질이나 의약품 등을 구성하고 있는 중요한 원소이다. 따라서 양전자를 방출하는 산소-15는 각종 인체 구성 물질이나 의약품 등에 표지하여 중요한 영상에 사용할 수 있을 것으로 예측할 수 있다. 그러나 산소-15는 실제로는 불소-18이나 탄소-11과 같이 여러 가지 생화학적 혹은 약리학적 물질에 표지하여 영상으로 사용하기는 어렵다.

왜냐하면 반감기가 2분밖에 되지 않기 때문이다. 반감기가 짧아서 방사성의약품 합성시간이 조금만 길어도 최종 생산되어 나오는 양이 너무 적어 사용이 불가능하다. 또한 반감기가 짧으므로 인체에 투여한 다음 대사가 일어나거나 수용체 결합 등에 상당한 시간이 소요되는 경우도 사용이 불가능하다.

그렇지만 반감기가 매우 짧기 때문에 다른 방사성의약품으로 하기 어려운 영상을 얻을 수도 있다. 즉, 상황에 따라 변화하는 생리작용을 비교적 쉽게 영상으로 얻을 수가 있는 것이다. 예를 들면 추울 때와 더울 때, 밝을 때와 어두울 때, 시끄러울 때와 조용할 때 등과 같은 주변의 환경 변화나, 기쁠 때와 슬플 때, 재미있을 때와 지루할 때 등과 같은 심리적 변화, 배고플 때와 배부를 때, 운동 전과 운동 후 등의 생리적인 변화 등에서 인체 생리작용이나 생화학적 변화의 영상을 비교하기가 쉽다. 즉, 한 번 촬영 후 약 10분 정도만 기다려도 산소-15는 거의 모두 소멸하기 때문에 그 다음 번 촬영을 다시 할 수가 있어서 두 가지 이상의 다른 상황에서 PET 촬영을 하여 비교가 가능하게 되는 것이다. 만약에 반감기가 길면 한 번 촬영 후 그 다음번 촬영을 여러 시간 또는 하루를 기다려야 하므로 매우 불편하다.

따라서 산소-15로 표지된 방사성의약품은 합성에 시간이 매우 적게 걸리는 것이 대분이다. 우선 산소-15 자체를 들 수가 있다. 이는 호흡을 통하여 흡수가 되는데 체내에 들어가면 산소 대사가 높은 부위에 많이 섭취가 된다.

산소-15를 생산하려면 가장 좋은 방법은 질소-14에 사이클로트론에서 가속한 중수소의 원자핵을 조사하는 것이다. 그러면 중성자가 하나 방출되면서 산소-15가 생산이 된다. 그러나 대부분의 PET용 사이클로트론은 가격을 낮추기 위하여 중수소 원자핵을 가속할 수 있는 기능을 생략하고 있다. 만약 중수소 원자핵 가속 기능이 없는 사이클로트론일 경우 질소-15에 양성자를 조사하면 중성자가 방출되면서 생성되는 반응을 이용해야 한다. 그러나 질소-15는 가격이 매우 비싸다. 원료인 질소-15에 자연계의 질소-14가 섞여 있다면 반감기가 20분으로 긴 탄소-11도 같이 생산이 된다. 그러면 생산 후 시간이 지날수록 탄소-11이 차지하는 분율이 상대적으로 높아지므로 높은 순도의 질소-15를 사용해야 하기 때문에 더욱더 비싸다. 우리 서울대학교병원의 사이클로트론은 중수소 가속기능이 없어서 이러한 산소-15 표지 방사성의약품을 이용한 연구를 할 경우 막대한 양의 질소-15 구입비를 지출해야 한다.



O-15-물을 투여하고 PET을 찍은 모습
왼쪽은 눈을 감고 찍었고, 오른쪽은 눈을 뜨고 찍었다.
화살표한 부분이 시각중추인데 왼쪽보다 오른쪽 영상에서
시각중추에 혈류가 증가하여 O-15-물의 섭취가
높은 것을 볼 수 있다.

실제로 산소-15 표지 방사성의약품 중 가장 널리 사용되는 것은 O-15-물이다. 이는 혈류를 따라 분포를 하므로 혈류 영상에 사용할 수 있다. O-15-물은 사이클로트론에서 생산한 산소-15를 수소와 섞어서 팔라듐/탄소 촉매를 사용하여 고온에서 연소를 시켜서 생산할 수도 있고, 고온의 탄소와 접촉하여 O-15-이산화탄소를 합성하여 만드는 방법도 있다. O-15-이산화탄소는 물에 녹으면 탄산 또는 중탄산 이온이 되고 여기에 표지된 산소는 재빨리 물속의 산소와 교환반응이 일어나 물에 직접 표지한 것과 같은 효과가 나타나는 것이다.

수소와 함께 연소시켜서 생산한 O-15-물은 정맥주사로 인체에 투여하여야 하지만, O-15-이산화탄소는 기체 상태로 흡입하여 투여할 수도 있고, 생리식염수에 녹여 정맥주사로 투여할 수도 있다. 흡입하여 투여한 경우 폐를 통하여 혈류에 들어온 O-15-이산화탄소는 재빨리 혈액 중의 물의 산소와 치환반응이 일어나기 때문에 O-15-물로 변하게 된다.

O-15-물을 사용한 PET의 한 가지 예를 들어 보자. 시각 중추는 두뇌의 맨 뒷부분에 있는데, 눈을 뜨고 있으면 이 부위의 혈류가 증가하고 눈을 감고 있으면 이 부위의 혈류가 감소할 것이라는 것을 추측할 수가 있다. 따라서 이러한 생리적인 변화를 PET으로 촬영하면 혈류의 변화를 예시된 그림처럼 영상으로 얻을 수 있는 것이다. 이는 PET 연구 중 매우 고전적인 것이고 최근에는 두뇌의 각종 기억 부위, 각종 복잡한 작업을 할 경우 두뇌의 활성화 부위, 질병 상태와 건강인의 뇌 활성화 부위의 차이점 등 수 많은 연구에 사용되어 많은 결과를 얻고 있다. 두뇌 혈류 영상 이외에도 심근의 혈류 영상 등에도 사용이 가능하다.

산소-15로 표지된 방사성의약품 중 O-15-일산화탄소는 혈액 풀 영상에 사용한다. 이는 가스이므로 반드시 흡입을 하여 투여를 하게 되는데 일산화탄소에 결합된 산소-15는 안정한 결합을 하여 물속의 산소와는 치환되지 않는다. 대신에 적혈구 속의 헤모글로빈과 매우 강하게 결합하므로 적혈구를 표지한 것과 같은 효과를 가져와서 혈액 풀 영상에 사용이 되는 것이다.

산소-15로 표지된 방사성의약품 중에는 기체 형태로 된 것이 많기 때문에 이를 완벽하게 사용하기 위해서는 흡입 투여 장치를 구비하는 것이 좋다. 이는 기체상 방사성의약품의 방사능 측정 장치와 흡입장치 그리고 배기장치 등으로 구성이 되어 있다. 기체상의 방사성의약품은 새 나올 경우 주변지역 전체를 오염시킬 우려가 있다. 비록 오염이 되어도 반감기가 짧기 때문에 대부분 큰 문제는 없지만, 환기에 신경을 쓰고 오염을 모니터링 할 수 있는 시설은 반드시 있어야 할 것이다.

2005년 8월 8일