[비센의 재미있는 과학 이야기]

 

암 치료에 획기적인 양성자 빔, 활발한 연구와 투자 계속되고 있어

캐나다는 UBC에 위치한 TRIUMF에서만 연구목적으로 'proton therapy' 시행

 

 

 

암을 치료하기 위한 방법은 크게 수술(surgical treatment), 약물을 이용한 항암 치료(chemotherapy), 그리고 방사선을 이용한 방사선 치료(radiation therapy)를 들 수 있습니다. 그 중 방사선 치료는 방사선을 이용해서 신체 내부에 있는 암세포를 제거시키는 방법으로 일반적으로 높은 에너지의 감마선(gamma ray)를 이용해서 치료를 합니다.

 

치료라고는 하지만, 사실 높은 에너지의 감마선을 신체 내부에 통과시킴으로써 내부 조직세포들을 강제적으로 죽여버리는 일종의 극약 처분인 것입니다.

 

물론 감마선은 정상적인 건강한 세포인지, 아니면 제거되어야만 하는 암세포인지를 스스로 구별할 수 없기 때문에 감마선이 뚫고 지나가는 궤적에 위치한 모든 세포들에 손상을 가하게 됩니다. 그렇기 때문에, 감마선을 이용한 방사선 치료법은 정상세포에 가해지는 손상을 최소화 시키기 위해서 감마선을 약한 세기로 여러 방향에서 쏘는 방법을 사용합니다.

 

즉, 실제 암세포를 죽일 수 있는 감마선 세기의 10분의 1정도의 세기로 감마선을 암세포 위치에는 동일하게 겹쳐지지만 각기 열군데의 다른 방향에서 투과시킴으로써, 암세포에는 충분한 양의 감마선이 도달되는 동시에 그 주변의 정상세포에는 약 10분의 1세기의 감마선만이 지나가도록 만드는 것입니다. 그로 인해서 정상세포가 감마선으로 인해 받는 손상을 최소화시킬 수 있게 됩니다.

 

하지만, 어느 정도의 방사선이 정상세포에 손상을 가하게 되는 것은 피할 수 없는 것습니다. 눈, 뇌 등 미세한 손상도 가해져서는 안되는 부위에 위치한 암세포를 제거하기 위해서는 감마선을 이용한 방사선치료는 사용하기가 매우 까다롭거나 많은 경우 불가능한 문제점이 있습니다.

 

감마선 방사선 치료의 이러한 문제점과는 달리, 원하는 국소 부위에 방사선의 에너지를 집중시킬 수 있어서 새로운 방사선 치료 방법으로 주목을 받고 있는 것이 바로 양성자 빔 치료법(Proton beam therapy)입니다.

 

이 방법은 감마선과 같이 빛을 조사하는 것이 아니라, 실제 작은 입자인 양성자(proton)를 가속기(accelerator)를 이용해 빛의 속도에 가까울 정도로 가속시킨 후 이를 환자의 몸에 투과시키는 방법을 사용합니다.

 

 

가속된 양성자와 같이 전하(charge)를 가진 입자가 빠른 속도로 물체 내부에 들어가게 되면, 속도가 어느 정도 이상일 때에는 주변의 입자들과 크게 반응을 하지 못하다가, 속도가 일정값보다 느려지면 순간적으로 많은 에너지를 주변에 쏟아버리고 멈춰버리는 특성을 갖는데, 이렇게 잃어버리는 에너지값이 일정 속도이하에서 급속히 늘어나며 만들어지는 피크값을 브래그 피크(Bragg peak)라고 부릅니다. 즉, 물체 내부를 들어간 후 일정 위치에 도달할 때까지 에너지를 잃어버리지 않고 이동하다가 특정 위치에 도달하여 가지고 있는 대부분의 에너지를 쏟아버릴 수 있는 능력을 갖고 있기 때문에, 정상세포에는 큰 손상을 주지 않고 특정한 부위까지 들어가 폭탄이 터지듯이 암세포에만 집중 포화를 가할 수 있는 특성을 갖습니다.

 

물론, 양성자의 초기 속도를 조절함으로써 에너지가 폭발하는 위치의 선택이 가능하기 때문에 암세포에 에너지를 집중시켜 제거할 수 있습니다.

 

이론적인 면으로만 봐서는 현재 범용되고 있는 감마선 방사선 치료와는 비교가 될 수 없을 만큼 좋은 치료방법이라고 생각될 수 있지만 캐나다에서 아직 운영은 하지 않고 있습니다. 현재 캐나다에는 밴쿠버 UBC에 위치한 국립 입자 물리 연구소인 TRIUMF에서만 연구목적으로 proton therapy를 시행하고 있으며, 임상적으로 사용되고 있는 양성자 빔 치료는 아직 한 군데도 운영되고 있지 않습니다.

 

그래서 암환자 분들 중 양성자 빔 치료를 받고자 하시는 분들은 양성자 빔 치료가 가능한 미국이나 한국에 가서 치료를 받기도 합니다. 캐나다 정부는 작년(2015년)에서야 양성자 빔 치료를 '환자에게 사용해도 좋다'고 승인하였지만, 그 이후로도 아직 양성자 빔 치료 센터가 생기지는 않고 있습니다.

 

가장 큰 이유는 아마도 경제적인 것이라고 할 수 있을 것입니다. 앞서 설명을 드린 것처럼 양성자 빔을 빛의 속도에 가깝게 가속을 시키려면 가속기(accelerator)라는 장비가 필요합니다.

 

문제는 이 장비의 설치 및 운영에 매우 많은 예산이 들어가야 하지만, 아직까지는 그만큼의 투자를 확신할 만큼의 데이터가 쌓이지 않았다는 것이 캐나다 보건 당국의 입장입니다.

 

TRIUMF는 원래 입자물리 연구소로 자체에 가속기를 보유하고 있었기 때문에, 그를 이용해서 양성자 빔 치료시설을 상대적으로 쉽게 만들 수 있었던 것입니다.

 

앞으로 전세계적으로 많은 양성자 빔 치료센터에서 다수의 좋은 임상 결과를 보이게 된다면, 머지 않아 캐나다도 양성자 빔을 이용하여 더 많은 암환자들을 치료할 수 있을 수도 있을 것입니다. 물론, 양성자 빔 치료기 역시 완벽한 것은 아니기 때문에, 앞으로 더 완벽한 물리 원리를 통하여 암세포만을 정확하게 공격할 수 있는 그런 치료방법이 개발될 수도 있을 것입니다.

 

석준영 비센학원장