“미래의 암 치료는 양성자보다 중입자가 될 가능성이 높다.”

- Oliver Jakel, ph.D.

(독일 하이델베르그 입자치료센터 의학물리학책임자)

중입자 

양성자 

<그림 1> 선량분포

종양만을 저격하는 날카로운 명사수 (Sharp Shooter)

중입자가속기는 탄소 등 무거운 원소의 원자, 즉 중입자를 빛의 속도에 가깝게 가속한 뒤 그 에너지 빔을 암세포에 쏘아 암세포만 집중적으로 파괴한다.

중입자는 양성자보다 질량이 12배정도 무겁다. 양성자를 탁구공(2.7g)에 비유하면 중입자는 골프공(무게 약 46g)에 가깝다. 양성자는 중입자보다 가볍기 떄문에 암세포에 도달하기 전에 다른 세포와 충돌해 뒤떨어진 선량분포를 가질 수 밖에 없다. 즉 중입자는 인체 내에 도달했을 때 양성자보다 더 우월한 선량분포를 가진다. 실제 독일 하이델베르크 입자치료센터에서 수행한 실험에서 물 20cm에서의 중입자와 양성자의 선량분포는 <그림1>과 같다.

연세의료원 최원훈 교수(강남 방사선종양학)는 “중입자는 인체 내 20cm가 되는 지점까지 도달해서도 처음의 방사선분포를 그대로 전달할 수가 있어서 복잡하고, 위험한 장기에 대한 방사선 치료를 정확하게 조사할 수 있는 특징을 가지고 있다”며 “중입자치료는 다른 X선과 양성자 치료방법으로는 도저히 따라할 수 없는 선량 분포를 만들어 암 치료를 증대하는데 결정적으로 기여한다.”고 말했다.

양성자에 비해 3배 뛰어난 웟샷원킬의 강력한 살상 펀치

2014년 4월호 네이처(Nature)지에서는 양성자와 중입자를 비교하며, 탄소이온(Carbon-ion) 빔(beam)을 가장 탁월한 명중(Greatest Hits)이라고 소개하고 있다.

네이처지에서는 암세포에 대한 살상력을 의미하는 치명도에서 양성자는 X선에 비해 단지 10%정도 높은데에 비해, 탄소 중입자는 X선에 비해 3배 이상의 높은 생물학적인 파괴력을 가지고 있다고 밝혔다.

이러한 중입자의 생물학적인 살상능력은 전체 치료기간을 단축시키고, 방사선 저항성이 큰 암조직에 효과적으로 치료가 가능한 결과를 가져오는 등 기존 방사선치료에 대해 비교할 수 없는 우위를 선점하게 된다.

<그림2> 

주변 정상조직에 대한 방사선 피폭을 최소화

또한 중입자는 방사선량이 인체 내 정상조직에 조사되는 범위가 가장 적다.

중입자, 양성자, X선의 인체 내 정상조직에 조사되는 범위를 나타낸 <그림2>를 보면 기존 X선과 양성자에 비해 중입자는 정상조직의 피해가 적고 암 조직에만 집중적인 에너지를 전달(Bragg Peak)하는 특징을 확인할 수 있다.

중입자와 양성자는 인체의 바깥쪽 정상조직에는 적은 양의 방사선이 조사되지만, 암세포 조직에 도착하면 방사선 에너지량이 확대돼 집중적인 파괴능력을 보인다. 그러나 양성자는 중입자에 비해 상대적으로 인체 내 정상조직에 조사되는 범위가 크고, 중입자가 가장 적다. 일본 중입자의학종합연구소(NIRS)의 타다쉬 카마다 센터장은 “종양과 주변의 일반 장기가 근접하고, 복잡한 해부학적 구조에서 선택적으로 종양으로만 선량을 집중시키는데 있어 중입자가 현존하는 기술 중 가장 우위에 있다.”고 말했다.

그는 “치료확률을 동일하게 유지할 경우, 주변 위험장기로의 선량 피폭을 최소화할 수 있다”며 “예를 들어 전립선암의 경우 치료성적은 다른 치료와 유사하지만, 요도와 직장에서의 부작용 발생이 기타 방사선 치료 대비 현저히 낮은 결과를 보여주고 있다.”고 설명했다.

우월한 치료 성적

1994년부터 9,000명 이상 중입자로 환자를 치료한 일본 중입자의학종합연구소는 중입자 치료를 추천하는 질환으로 척색종, 골육종, 두경부암, 췌장암, 폐암, 간암, 재발한 직장암, 방사선 재치료 등의 경우 여타 치료에 비해 우월하다고 밝혔다. 타다쉬 카마다 센터장은 “골육종의 경우 크기가 작은 경우는 X선, 양성자, 중입자 모두 치료성적이 좋지만, 크기가 일정 이상 커질 경우, 중입자 치료 이외에는 치료가 수월지 않다.”고 말했다. 초기 폐암의 경우 중입자 치료시 1회로 종료된다고 강조했다. 1cm이하의 병변은 X선, 양성자, 중입자 치료 성적에 차이가 없었다. 그러나 3~4cm 정도의 크기의 종양에 대해서는 중입자가 다른 치료에 비해 우월한 성적을 보였다.

센터장은 “간암의 경우 주변에 방사선 노출에 대해 취약한 장기들에 대해, 양성자 치료의 경우 2cm 이상의 거리가 확보되어야 정확한 치료가 가능하다고 했다”며 “중입자의 경우 1cm 정도 근접한 경우도 종양 치료에 문제가 없다.”고 밝혔다.

췌장암의 경우 수술이 불가능한 경우, 젬시타빈과 융합된 항암방사선 치료를 시행할 경우 2년 생존율이 50%로 현존하는 다른 치료 대비 2배 이상의 치료성적을 보였다.