- 원자력硏, 의료용 동위원소 지르코늄-89 이용, 나노의약품 면역력 영상화 -
- 네이처 자매지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’게재 -

차세대 의약품으로 각광받아 관련 연구가 한창인 나노의약품은 질병을 진단·치료하기 위해 나노크기의 소재들을 활용하여 제조한 의약품을 뜻한다.

탄도미사일이 적군의 목표지점을 정확히 타격하듯, 나노의약품은 소재의 크기와 물성을 변화시켜 체내 특정 부위를 표적화해 약물을 전달하는 장점이 있어 암 진단·치료에 효과적인 첨단기술이다. 그러나 체내 면역작용으로 나노물질이 종양에 온전히 도달하지 못하고 간 등에 축적되는 의학적 한계가 있다.

나노물질이 면역시스템을 극복하고 종양에 효율적으로 도달할 수 있는 방법으로 적혈구에서 추출한 단백질막을 나노물질에 코팅하는 방법을 쓴다. 적혈구에 존재하는 면역조절 단백질은 대식세포(면역을 담당하는 세포)와 만났을 때 면역시스템을 피하는 효과가 있기 때문이다.

그런데 국내 연구진이 의료용 동위원소 지르코늄-89를 이용한 영상화 기술로 나노물질의 면역력을 검증하는 데 성공했다.

한국원자력연구원(원장 박원석) 박정훈 박사 연구팀은 지르코늄-89를 이용해 생체물질을 이용한 나노물질의 체내 분포를 영상화하여 면역력을 검증하는 데 성공했다고 밝혔다.

  ※ 지르코늄-89 (Zr-89): PET(양전자방출단층촬영) 검사와 같은 영상진단에 사용하는 동위원소로, 반감기가 3.3일로 몇 시간에 불과한 기존 동위원소들보다 반감기가 길다. 이 때문에 Zr-89와 결합한 물질의 체내 움직임을 장시간 동안 정확한 관찰할 수 있어 Zr-89를 활용한 연구가 점차 활발해지고 있다. 수입에 의존했던 Zr-89를 한국원자력연구원 박정훈 박사팀이 2017년 대량 생산법을 구축하여 2018년 국가연구개발성과 100선에 선정이 되었고 현재 정기적으로 연구기관 및 대학병원에 공급하고 있다.

연구진은 쥐에서 적혈구를 분리한 뒤 단백질막을 추출했다. 그리고 나노물질과 지르코늄-89를 결합하고, 추출한 단백질막을 나노물질의 표면에 코팅함으로써 면역나노물질을 만들었다. 적혈구를 추출한 쥐에 이 물질을 주사하고 핵의학 영상장비로 관찰하면, 물질의 체내 이동과 분포 등을 파악할 수 있어 나노물질의 면역력이 확인 가능하다.

단백질막을 코팅한 나노물질은 간을 통과하여 종양에 축적되기 시작해 하루 경과 후에는 체내 순환이 이루어졌으나, 단백질막을 코팅하지 않은 나노물질은 간이나 비장에 축적된 후 빠져나가지 않아, 단백질막을 코팅한 나노물질의 효과성이 확인됐다.

더불어 현재 진단용 동위원소로 많이 쓰이고 있는 불소-18와 갈륨-68은 반감기가 각각 약 110분, 68분으로 짧아 영상 자체를 얻을 수가 없으나, 지르코늄-89는 반감기가 3.3일로 영상을 통한 검증에 뛰어나다는 점도 확인할 수 있었다.

박정훈 박사는 “기존에는 실험체를 해부하거나 투과력이 약한 형광물질을 사용하는 등 나노물질의 면역력을 검증하기 어려웠으나 지르코늄-89를 통해 나노물질의 면역력을 실시간으로 정확히 확인할 수 있게 됐다”며, “연구원은 지르코늄-89 비롯한 의료용 동위원소를 연구기관 및 의료기관에 공급해 의료기술 발전에 기여하도록 힘쓰겠다”고 말했다.

본 연구결과는 세계적 학술지인 네이처의 자매지 ‘사이언티픽 리포트(Scientific Reports)’ 에 5월 15일 게재됐다.  끝.

 지르코늄-89 이용 나노물질의 면역력 검증기술

< 사진1. Zr-89 이용 나노물질의 체내 영상화 연구 과정 >

 1. 실험용 쥐에서 적혈구를 분리
 2. 적혈구에서 단백질막을 추출
 3. 나노물질을 제조하고 지르코늄-89를 결합함
 4. 단백질막을 지르코늄-89가 표지된 나노물질에 코팅 (면역나노물질)
 5. 쥐에 면역나노물질을 주사하여 실시간 영상을 획득 

< 사진2. 시간에 따른 지르코늄-89 표지 나노물질의 체내영상(위),
적혈구 단백질막이 코팅된 지르코늄-89 표지 나노물질의 체내영상(아래) >

  1. 적혈구의 단백질막을 코팅하지 않은 나노물질은 쥐에 주사한 이후로 간이나 비장에 축적이 되어 빠져나가지 않음

  2. 적혈구의 단백질막을 코팅한 나노물질은 간을 통과하여 종양 부근에 축적되기 시작해 하루 경과 후 체내에 전체적으로 분포

< 사진3. 불소-18(F-18),  갈륨-68(Ga-68), 지르코늄-89(Zr-89) 표지 나노물질의 비교영상 >
  

현재 진단용 동위원소로 많이 쓰이고 있는 불소-18(F-18), 갈륨-68(Ga-68)을 이용하여 비교실험을 수행하였으나 이 두 가지의 동위원소는 반감기가 각각 약 110분, 68분으로 상대적으로 짧아 하루가 지나면 소멸하기 때문에 영상자체를 얻을 수 없음

박정훈 박사