高민감성 및 高안정성 조영제를 이용한 추적 기술 개발
각종 종양 및 혈관질환의 조기진단과 세포치료술에 필요한 줄기세포 등의 이동 추적에 활용 가능
Combined Positron Emission Tomography and Cerenkov Luminescence Imaging of Sentinel Lymph Nodes Using Highly Sensitive and Stable Radionuclide-Embedded Gold Nanoparticles
보건복지부(장관 정진엽)는 국내연구진이 “高민감성 및 高안정성 방사선 동위원소 결합 금 코어쉘 나노입자”를 이용하여 암전이를 조기에 발견하고 각종 질병의 오진율을 최소화 할 수 있는 생체영상기술을 개발하였고, 그 결과를 세계적 나노 학술지인 ”스몰(Small)“에 발표했다고 밝혔다.
이번 연구는 보건복지부가 지원하는 선도형특성화사업단(단장 경북대병원 이인규 교수) 과제의 일환으로 경북대병원 전용현 교수, 이재태 교수, KU-KIST 융합대학원 임동권 교수가 공동 연구하였고, 7월 21일 스몰 온라인판에 게재되었다.
※ 게재 논문 정보
- 저널명 : Small(IF 8.315)
- 논문명 : Combined Positron Emission Tomography and Cerenkov Luminescence Imaging of Sentinel Lymph Nodes Using Highly Sensitive and Stable Radionuclide-Embedded Gold Nanoparticles
- 저자정보 : (제1저자) 이상봉 (경북대학교 병원)
(교신저자) 임동권 (ku-kist 융합대학원),
이재태 (대구첨단의료산업진흥재단, 경북대학교병원)
전용현 (경북대학교 병원)
악성종양은 림프절 전이 여부가 예후를 결정하는 중요한 인자로, 수술 후 항암 요법을 결정하는 중요한 지침이 되고 있다. 종양이 림프절을 통해 전이되는 현상은 항상 일정하고 순차적으로 이루어지는데, 첫 번째로 전이되는 림프절을 “감시 림프절”이라 하며 감시 림프절의 전이 여부가 종양의 전이 가능성을 판단하는 기준이 된다.
이번 연구에서는 자체 개발한 高민감성 및 高안정성 복합분자영상 조영제를 표면처리하여 감시 림프절 관찰에 사용하였다. 동 조영제는 기존의 조영제보다 적은 용량(수십 분의 일)으로 고품질의 영상을 안정적으로 얻을 수 있는 장점이 있다.
연구 결과 조영제 투입 후 단시간(약 1시간) 내에 감시 림프절을 탐지할 수 있었고, 1회 투여로 장시간 관찰이 가능함을 확인하였다. 이는 림프절을 절개하면서 감시 림프절을 떼어 전이여부를 관찰하였던 기존의 진단법과는 달리 영상 관찰을 통한 진단이 가능하다는 것을 의미한다. 이러한 신기술은 악성 종양의 림프절 전이 여부 진단 및 제거에 중요하게 활용될 수 있다.
연구를 이끈 전용현 교수는 “이번 감시 림프절의 적용례와 같이 핵의학영상 및 광학영상이 가능한 복합분자영상 조영제에 특정 바이오 물질을 결합시킬 경우, 다양한 종양 및 질환(뇌졸중, 동맥경화, 심근경색)의 조기진단이 가능할 뿐 아니라 세포치료술에 사용되는 다양한 세포 (면역세포, 베타세포, 줄기세포)의 이동을 추적하는데도 활용될 수 있을 것”이라고 말했다.
복지부 보건산업정책국 이동욱 국장은 “선도형특성화연구사업을 통해 씨 뿌리고, 많은 연구진의 노력으로 길러진 병원중심 R&D 역량이 우수한 성과들로 꽃피고 있다”면서, “이러한 좋은 성과들이 사업화될 수 있는 보건의료의 생태계 조성을 위해 다양한 정책들을 추진 할 것”이라고 전했다.
연구결과 개요
□ 연구배경
감시림프절은 종양이 림프관을 통해 직접 전이되는 경우 첫 번째로 전이되는 림프절의 의미하며, 1992년 morton등이 흑색종 환자의 종양근처의 림프액이 감시림프절로 이동함을 확인하여 처음으로 알려지게 되었다. 종양이 림프관을 통해 전이되는 현상을 항상 일정하고 순차적으로 이루어지는 것으로 알려져 있다. 따라서, 림프절 전이는 감시림프절에 가장 먼저 전이될 것이라는 예측을 근거를 두고 종양의 전이 가능성을 진단한다.
□ 연구내용
본 연구에서는 고민감성 및 고안정성 방사성 동위원소 결합 금 코어쉘 나노입자는 수 pM수준에서도 핵의학영상과 체렌코브 광학영상으로 탐지가 가능함을 확인 하였으며, 이를 활용하면 암 전이 여부를 판단하는 중요한 요소인 감시림프절을 정확하고 단시간 내에 핵의학영상과 체렌코브 광학영상을 이용하여 탐지 할 수 있음을 확인하였다.
□ 기대효과
본 연구진이 개발한 고민감성 및 고안정성 복합분자 영상 조영제는 임상적인 정보와 안정성이 확보된 방사선동위원소를 이용하기 때문에 골드 입자에 대한 추가적인 안정성만 확보가 되면 임상적활용도가 클 것으로 기대하고 있다.
용어 설명
- 스몰 학술지 : 세계 최고 권위의 나노 학술지로써 과학전반에 대한 연구논문들을 수록하는 재료과학 저널 (IF=8.354)
- 감시림프절 (sentinel lymph node) : 감시림프절이란 종양이 림프절을 통해 직접 전이되는 경우 가장 처음 도달하는 림프절을 말한다. 감시림프절 생검은 암조직에 림프절염색색소를 주입해 감시림프절을 찾아낸 후 이를 절제, 검사해 암세포의 전이여부를 확인하는 방법이다.
- 양전자 방출 단층 촬영 (positron emission tomography) : 양전자 방출을 이용하는 핵의학 검사 방법 중 하나로 양전자를 방출하는 방사성 동위원소를 결합한 의약품을 체내에 주입한 후 양전자 방출 단층 촬영기를 이용하여 이를 추적하여 체내 분포를 알아보는 방법이다. 암 검사, 심장 질환, 뇌 질환 및 뇌 기능 평가를 위한 수용체 영상이나 대사 영상을 얻을 수 있다.
- 체렌코프 영상 (cerenkov luminescence imaging) : 체렌코프 발광영상진단술은 체렌코프 복사(Cerenkov radiation) 현상을 이용한 영상진단기법이다. 빛이 물속을 통과할 때 그 속도가 감소한다. 이때 방사성 입자가 빛보다 빠르게 이동하면 일종의 충격파가 발생되면서 푸른색의 가시광선이 발생할 때 얻을 수 있다.
- 조영제 (imaging agents) : 표적기관과 주변조직의 차이를 부각시켜 표적기관의 모양, 위치 등을 확인하기 위해 투여하는 보조물질로 영상기술에 따라 양전자 방출, 자성, 형광특성 등을 가지는 물질이 사용됨
연구성과 문답
이번 성과 뭐가 다른가
고민감성 고안정성 방사성 동위원소 결합 금 코어 쉘 나노입자를 이용한 핵의학적 조영제 개발.
어디에 쓸 수 있나
암 전이를 조기에 발견하고 각종 질병의 오진율을 최소화 할 수 있는 생체영상조영제.
실용화까지 필요한 시간은
본 연구는 핵의학영상 및 광학영상이 가능한 복합분자영상 조영제의 기초자료로서, 향후 10년 이내에 직접적으로 임상영상조영제로 활용될 수 있을 것으로 기대됨.
실용화를 위한 과제는
본 연구에게 개발된 핵의학영상 및 광학영상이 가능한 복합분자영상 조영제가 생체 내에서 부작용 및 독성이 없는지 확인과정이 필요함.
연구를 시작한 계기는
암전이 조기진단 조형제에 대한 unmet needs를 충족하고자 신개념의 영상조영제를 개발하고자 하였음
에피소드가 있다면
본 연구를 시작하고 완료하기 까지 약 3년간의 긴 시간이 걸렸으며, 이 과정에서 수많은 실패와 재도전이 있었음.
꼭 이루고 싶은 목표는
암 전이의 조기 발견 및 각종 질병 진단의 문제점에 대한 구체적인 해결책을 제시하고 맞춤의료의 실용화를 위한 기반을 마련하고자 함.
신진연구자를 위한 한마디
좋은 연구를 하기 위해서는 연구를 위한 열정과 이에 따르는 부단한 노력과 인내가 필요할 것으로 생각함.
그림 설명
<그림 1> 핵의학 조영제 합성 및 화학적 분석
고민감성 및 고안정성 핵의학적 조영제의 합성의 여부를 화학적 분석법인 광전자 분석기의 원소 분석 및 투과전자현미경을 통하여 확인.
<그림 2> 핵의학 조영제의 고민감도 데이터.
핵의학 영상과 체렌코프 영상을 이용하여 고민감성 핵의학 조영제의 민감도를 농도별로 확인. 최소 230fM수준에서도 핵의학 및 광학영상으로 탐지가 가능함을 확인함
<그림 3> 핵의학영상 및 체렌코프영상을 이용한 핵의학 조영제의 감시림프절 영상.
핵의학 조영제를 생체 내 주입하여 암 전이를 확인할 수 있는 감시림프절의 영상을 핵의학 영상과 체렌코프 영상을 통해 시간별로 모티러링 및 정량화함. 조영제를 주입 후 한시간만에 감시절 림프노드를 탐지할 수 있었음
연구책임자 이력
< 경북대학교 병원 생명의학연구원 전용현 교수 >
1. 인적사항
.소속 : 경북대학교병원 생명의학연구원/핵의학교실/선도형 당뇨병 및 대사성질환 신약개발 연구사업단
.전 화 : 053-200-3149
.e-mail : jeon9014@gmail.com
2. 학력
.1996.03 순천향대학교 해양생명공학과 학사
.2008.09 서울대학교 의과대학 종양생물협동과정 박사
3. 경력사항
.2009.03 – 2010. 08 : BK21 Postdoctoral Fellowship
.2010.09 – 2012. 02 : Univesity of Michigan, Center for Moelcular Imaging, Postdoctoral Fellowship
.2012. 03 - 현재 : 경북대학교병원 생명의학연구원/핵의학교실/선도형 당뇨병 및 대사성질환 신약개발 연구사업단, 연구조교수
4. 논문 및 특허
.논문 (SCI): 37편
.특허출원 : 3편
