과학기술부, 나노급 방사선분자조영제 국내연구진 개발
이 연구팀은 자성을 띠는 나노입자에 종양과 염증의 특정분자를 결합하여 MR영상에서 혈관신생과 염증에 선택적으로 조영이 되는 조영제를 개발하여 실험동물에서의 질병 특이적 영상을 얻는데 성공하였다.
이 조영제는 기존의 진단조영제와는 달리 병변세포에만 존재하는 마커(marker)를 이용하므로 오진률을 낮추고 질병을 매우 초기에 진단할 수 있는 장점을 가지고 있다.
신생혈관 특이적 조영제는 암과 같이 혈관신생이 활발한 혈관내피세포에 많이 생기는 혈관생성 인자수용체 (Flk-1)에 대한 항체와 가돌리니움(Gd)을 효율적으로 결합시켜 합성하였고, 염증 특이적 조영제는 생체면역기전 가운데 매우 초기에 나타나는 단백질인 세포부착인자(ICAM-1)에 대한 항체와 Gd를 결합시켜 합성하였다.
본 연구의 결과는 올 9월 독일 퀠른에서 열리는 국제분자영상학술 대회(SMI 2005)에 발표될 예정이다. 또한 특허출원이 이루어져서 국내제약회사를 통해 제품화할 예정이다.
본 연구는 국내기술진에 의하여 나노입자를 이용한 분자조영제의 합성기술이 확립되어졌으며 선진기술시장의 진출에 동참할 수 있는 역량을 갖추었다는 데 그 의의가 있다.
분자영상이라 불리는 본 연구개발의 핵심기술은 세계적으로도 새롭게 떠오르고 있는 첨단기술로서 미국 MIT에서 선정한 21세기를 주도할 10대 산업중의 하나로 선정된 바 있을 정도로 최근 급부상하고 있는 학문분야이다.
미국은 2001년부터 관련법을 제정하고 NIBIB를 설립 분자영상시장을 선점하기 위한 적극적 투자를 시작하였다.
분자영상은 국내와 선진국과의 기술차이가 비교적 크지 않으므로 조직적 정책적으로 적극추진 된다면 국내에서도 세계적 블록버스터를 생산해낼 수 있는 분야이다.
원광대학교 익산방사선영상과학연구소는 2004년 7월부터 과학기술부의 원자력연구개발 중장기사업으로 추진하고 있는 “나노급 방사선의료영상을 위한 첨단기술개발”을 통해 나노급 CT 및 X-선 현미경을 개발하고 있는 중이다.
이 연구소는 과학기술부와 전라북도, 익산시의 협력사업으로 지난해 설립되었다. 이 연구를 기반으로 전라북도와 익산시에서는 의료연구단지특구를 조성하여 익산시 다송리에 4만5천평의 방사선영상기술과 관련한 산업클러스터를 조성하고 있으며 현재 6개 관련업체가 동 특구에 입주의사를 밝혀오고 있다.
[참고자료]
질병특이적인 MR영상을 구현하기 위하여 본 연구팀은 기존에 MR조영제로 사용되고 있는 가돌리니움을 질병의 종류별로 특이적으로 결합하는 탐침자 (probe)에 아래와 같은 방법으로 결합시켜 질병특이적 MR 조영제를 합성하였다.
질병특이적 probe 로는 암혈관을 표지하기 위한 혈관생성인자 수용체(VEGFR2 혹은 Flk-1)에 대한 항체와 염증세포를 표지하기 위한 세포간 결합단백질(ICAM-1)에 대한 항체를 사용하였다.이들 항체를 생산정제하여 여기에 MR 조영제인 가돌리니움(Gd)을 결합시키기 위하여 킬레이트화합물인 DTPA(Diethylene Triamine Pentaacetic Acid)을 연결시키고 가돌리니움을 반응시켜 항체-킬레이트-가돌리니움 형태의 조영제를 합성하였다. 이를 이용하여 실험동물 모델에서 질병특이적 MR영상을 획득하였다.
1) 신생혈관 특이적 조영제 (가돌리니움-킬레이트-항 혈관생성인자 수용체 항체)
혈관생성인자 수용체는 새롭게 생겨나는 혈관의 내피세포에 특이적으로 발현되므로 특히 암조직과 같이 혈관이 과도하게 생겨나는 병변조직을 조영하기위하여 표적인자로 활용할 수 있다. 이를 이용한 신생혈관 특이적 MR 조영제(가돌리니움-킬레이트-항 혈관생성인자 수용체 항체)를 합성하여 암세포를 이식시킨 생쥐에서 아래와 같이 암조직 특이적 영상을 획득하였다.
임상에서 널리 사용되는 기존의 조영제인 가돌리니움 킬레이트(Gd-DTPA)에 비하여 본 연구진이 합성한 신생혈관 특이적 MR 조영제는 신생혈관특이적 항체와 혈류에 오래동안 머물러 있는 형태로 인하여 암조직을 효과적으로 조영하고 있다. 그래프에 요약된 바와 같이 기존의 조영제는 30분 내에 전반적인 조영 효과를 보이다 체내에서 배출되나 신생혈관 특이적 조영제(Gd-DTPA-anti-VEGFR2 antibody)는 24시간 까지 암특이적 영상이 축적되어 나타난다. 또한 이는 기존의 조영제보다 10분의 1의 양으로 얻어진 결과이므로 매우 뛰어난 조영효과를 보여주고 있는 것이다.
2) 염증 특이적 MR 조영제 (가돌리니움-킬레이트-항 ICAM-1 항체)
염증은 거의 모든 질병의 초기 단계이므로 이를 효과적으로 조영한다면 질병을 매우 초기에 진단할 수 있을 것이다. 염증과정에서 가장 중요한 역할을 하는 인자들 가운데 하나가 세포간 결합단백질 인 ICAM-1 이다. 아래 그림은 염증질환 생쥐모델에서 염증 특이적 MR 조영제인 가돌리니움-킬레이트-항 ICAM-1 항체를 이용한 염증 특이적 MR 영상을 보여주고 있다. 화살표로 표시된 염증조직이 시간이 지남에 따라 조영정도가 증가 하고 있으며 표에서 요약된 바와 같이 염증 특이적 조영제인 Gd-DTPA-anti-ICAM-1 antibody는 기존의 조영제 보다 10 분의 1 정도 사용되었으나 6 시간 이후 효과적인 염증조영을 보여주고 있다.
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