방사선의학, 이것만 알려주마

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제2화 방사선의학에는 어떤 분야가 있을까(Ⅰ)한국원자력의학원 김희진, 김정영 공저2019-04-22

  1845년 11월 뢴트겐이 방사선을 발견하지 못했다면, 뢴트겐이 방사선을 발견했다 하더라도 그의 아내의 손을 촬영하지 않았다면, 테슬라가 방사선 발생장치를 발명하지 않았다면 현재 우리의 의료수준과 평균수명은 조선시대 수준에 머물러 있을 수도 있다. 그리고 수많은 우주가 무한히 존재한다는 평행우주 이론 측면에서 본다면(평행우주와 관련된 자세한 이론은 필자의 상식 밖이니 넘어가도록 하자), 다른 차원의 우주에는 방사선이 발견되지 않아 조선시대 수준의 의료 환경에서 생활하고 있는 인류가 존재하고 있을 수도 있다. 어쨌든 현재 우리는 방사선이 발견되고 방사선을 인공적으로 발생시킬 수 있으며 방사선의 특성을 이용해 질병의 진단과 치료를 할 수 있는 기술이 개발된 세상에 살고 있다.

 

< 방사선의학 기술이 개발되지 않아 낙후된 의료수준을 가진 평행우주 속 외계인이 존재하지 않을까? >

 

  ‘방사선을 활용하여 체내 질병을 진단하거나 치료하는 기술’이라고 필자가 정의한 방사선의학은 기초/응용/임상 크게 3가지 대분류로 나눌 수 있다. 이 세 가지 분야는 방사선의학 기술의 발전에서 서로가 매우 밀접한 관계이다. 만약 기초분야만 발전하고 응용 및 임상분야의 연구가 진행되지 않는다면 실전에서 활용할 수 없으며, 응용/임상 이용은 활발하나 기초 연구가 미진하면 첨단기술은 해외에서 수입할 수밖에 없다.

 

  어느 학문이 발전하게 되면 그 분야 전문가들은 해당 학문에 대한 세부적인 분류와 체계를 구축하려 한다. 그러므로 방사선의학도 목적에 따라 기초/응용/임상 분류별로 연구 분야를 크게 나눌 수 있으며, 우선 기초는 내용적으로 방사화학, 방사선생물학, 의학물리학 3개 분야로, 응용은 분자영상학, 의공학 2개 분야로, 임상은 영상의학, 핵의학, 방사선종양학 3개 분야로 나눌 수 있다.

 

  2019년을 기준으로 했을 때, 인류가 방사선을 발견한지 174년 되었지만 우주만큼 미세한 세계여서 아직까지 활발히 연구되고 있기 때문에 향후 더욱 다양한 학문/기술적 분야들이 등장할 가능성이 높다. 그러므로 오늘은 현재까지 인류사회에 공헌하는 기술들만 한정해 이야기 해 보도록 하자.

 


 

 
  방사화학은 마리에 퀴리(1867-1934) 박사가 정립한 분야로, 원자로 또는 가속기에서 만들어진 방사성물질 또는 자연에 존재하는 방사성물질을 처리하여 방사성동위원소(또는 핵종)의 정제·분리·화합물 제조, 원자핵 연구에 화학적 방법을 응용하고 방사성물질을 화학의 여러 연구에 응용하는 분야이다. 의학 분야에서는 주로 의료용 방사성동위원소 제조, 진단 및 치료용 방사성의약품을 개발하는데 초점이 맞춰져 있다. 예를 들면, PET/CT 촬영에 활용되는 18F-FDG은 포도당 유사물질에 양전자를 방출하는 방사성동위원소를 표지하여 만든 대표적인 진단용 방사성의약품이며, 과거에는 갑상선 암 치료에 이용되는 131I이 대표적인 치료용 방사성의약품 이었으나, 최근에는 225Ac, 177Lu 등을 활용해 희귀함, 전이성 유방암, 전이성 전립선암 등을 치료하는 환자 맞춤형 정밀표적치료용 방사성의약품(일명 ‘방사선미사일치료법’)이 개발 및 적용되고 있다.

 

< 베타선을 방출하는 177Lu를 이용해 기존 면역치료제보다 효과가 탁월한 방사면역치료제의 개발 >

 


  방사선이 생물체를 통과하게 되면 생물체를 구성하고 있는 세포 및 분자단위에 방사선 에너지가 흡수되어 여러 가지 생물학적인 변화를 일으키게 된다. 특히 생물체의 유전정보를 가지고 있는 DNA 조직이 방사선에 노출되어 변형(어벤져스의 ‘스파이더맨’, ‘헐크’를 상상하시라!) 또는 파괴되는 것이 방사선에 의한 생물학적 변화의 주된 원인으로 이러한 특징을 바탕으로 방사선에 의한 질병의 치료효과 증진, 정상조직이 방사선에 노출 되었을 때 손상·회복하는 기전을 연구한다. 최근에는 암 환자가 방사선치료를 받을 때 복용하여 치료효과를 높이고 정상조직 손상을 줄일 수 있는 방사선 치료 민감제 개발 및 암의 재발, 방사선치료 효과를 저해, 방사선으로 인한 정상조직 손상 원인 등을 연구하여 이를 바탕으로 방사선치료 효율을 증진하기 위한 연구가 진행 중이다.


< 암세포가 사멸되도록 유도하는 유전자인 p53를 활성화시키는 방사선 민감제의 개발 >

 


  뢴트겐의 X선 발견이래, 물리학의 개념과 기술을 의학과 생물학 분야에 응용하여 각종 질병의 진단·치료를 위한 의료기술을 발전에 기여하는 분야로 역학, 광학, 전자기학 뿐 아니라 현대물리학 영역인 핵물리, 양자물리, 입자물리 분야의 최첨단 물리지식들이 의학의 발전에 기여하고 있다. 대표적으로 CT, MRI, PET/CT, 방사선치료기 등과 의료기기들이 의학물리학에 기반으로 두고 개발되었다. 이밖에도 의료영상장비 및 방사선치료기기의 품질관리, 방사선치료계획 및 선량분포 관리, 방사성의약품 투약으로 인한 흡수선량 계산 등 임상분야에서도 의학물리지식이 활용되고 있다.

 

< 의료기기의 개발, 방사선치료계획 수립 등 많은 분야에서 의학물리 지식이 활용됨 >

 

  정리하자면 ‘방사화학’, ‘방사선생물학’, ‘의학물리학’은 ‘방사선’과 ‘자연과학’ 분야인 물리학·화학·생물학이 결합된 학문들로 방사선의학 분야에서는 기초영역으로 분류할 수 있다. 이 기초영역으로부터 여러 공학적 지식이 접목된 ‘의공학’, ‘분자영상학’과 같은 응용분야가 탄생하게 되었고, 오늘날 이러한 기초와 응용기술들이 꽃을 피워 환자 진단·치료에 없어서는 안되는 ‘영상의학’, ‘핵의학’, ‘방사선종양학’와 같은 임상분야로 발전할 수 있게 되었다.◼ (다음 회에 계속 됩니다.)

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