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광역학 치료기술

 

 

1. 개요


가. 광역학 치료


광역학 치료(photodynamic therapy, PDT)는 광감작제(photosensitizer, PS)와 빛을 이용한 질병 치료법이다. 질병을 치료하는데 빛을 사용한 기록은 수천 년 전에 시작되었으며, 과거 치료법의 한 예로 psoralen을 이용해 광화학 치료를 통하여 건선, 백반증, 구루병과 같은 질병을 치료했다고 알려져 있다[1]. 또한 약 100년 전부터는 빛에 민감한 물질을 다양한 질병에 적용한 치료법이 많이 연구되어 발전되고 있다.

 

그림 1. 광역학 치료의 역사
출처 : Nat. Rev. Cancer, 2003, 3(5), 380-387 [1]

 

1900년에 특정 파장대의 빛이 적충류와 같은 원생동물에 치명적이라는 것을 발견한 이래로[2], 많은 연구자들이 빛을 천연두, 피부결핵 그리고 더 나아가 암의 진단과 치료에 적용하기 시작했다[3,4]. 그 후 1960년대에 hematoporphyrin derivative(HPD)의 주입을 통해 암 조직의 진단과 치료의 가능성을 확인함으로써 현대적 의미의 광역학 치료가 시작되었으며[5, 6], 다양한 광감작제와 광역학 치료를 이용한 여러 질병에 관한 연구는 현재 진행 중이다[7].

광감작제는 광역학 치료에 사용되는 빛에 민감한 물질로 그 자체로는 독성을 나타내지 않지만 특정 파장의 빛을 만나는 경우 치료 효과를 보이는 물질이다. 특정한 파장대의 빛에 의해 활성화된 광감작제는 산소 분자에 에너지를 전달하게 되고 결과적으로 일항산소(singlet oxygen)와 같은 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)을 생성하게 된다[8]. 생성된 활성산소종이 단백질이나 핵산을 비롯한 중요한 생체 분자나 세포 소기관을 산화시키고 질병 세포나 균을 파괴함으로써 광역학 치료 효과가 나타나게 된다. 빛에 의해서 반응이 일어나기 때문에 치료가 필요한 특정 부위에만 빛을 조사하면 비침습적인 방법으로 치료가 가능하며 부작용을 최소화할 수 있다. 이와 같이 다양한 장점을 가지고 있는 광역학 치료는 암 치료뿐만 아니라 피부 질환, 안과 질환, 신생 혈관 치료에도 널리 적용되고 있다

 

그림 2. 광감작제를 통한 광역학 치료의 원리와 다양한 광감작제
출처 : Biomater. Sci., 2017, 6(1), 79-90 [9]


나. 연구 분야


 1) 암 치료 

항암 광역학 치료법은 광감작제를 암 조직에 전달하고 특정 파장의 레이저를 조사하여 일항산소를 생성시켜 암 세포의 사멸(apoptosis) 또는 괴사(necrosis)를 유도함으로써 암을 치료하는 방법이다. 1975년 Thomas Dougherty는 광감작제를 이용하여 환자의 피부암을 성공적으로 치료하였고[10], 1978년 처음으로 광역학 치료법을 이용한 관리화 임상시험을 수행하였다[11]. 초기에는 빛의 전달이 편리한 피부암의 치료에 주로 사용되었지만 기술이 발달하면서 내시경, 복강경 기술이 개발되었고 차츰 빛의 전달이 용이해졌다. 그에 따라 대장암, 복강암, 위암, 담도암, 췌장암, 유방암, 뇌암, 두경부암, 피부 악성 종양 등 다양한 암종으로 치료 영역이 확장되었다[9,12].

 

그림 3. 광역학 치료법을 통한 식도암 치료
출처 : Radiat. Oncol., 2012, 7, 113 [13]

 

초기 광역학 치료법은 광감작제가 물에 잘 녹지 않는 점, 세포 선택성이 없다는 단점 때문에 임상에 적용되기 어려웠다. 하지만 최근에는 고분자, 나노 기술 등을 도입함으로써 광감작제의 가용화가 가능해졌고 방출 조절 전달체, 표적 지향형 광감작제도 지속적으로 연구, 개발되고 있다. 그 외에도 산소가 적고 수소 이온 농도 지수(pH)가 낮은 암 조직 미세 환경(tumor micro-environment)에서 일항산소 발생 효율을 증가시키기 위해 저산소증(hypoxia)을 개선하는 방법, 암 조직의 낮은 pH 에서 일항산소 생성이 가능하도록 조절하는 방법 등 다양한 연구도 진행되고 있다[14]. 초기 광역학 치료가 갖는 단점은 많은 연구를 통해 극복되었고 그 결과 임상에서 광역학 치료법이 많이 활용되고 있다.

 

 

 

...................(계속)

 

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