배경

만성 변비나 위정체처럼 소화기관 움직임이 둔화하는 운동성 장애는 환자의 삶의 질을 크게 떨어뜨린다. 소화관 전체 이송 능력을 정확히 진단하기 위해서는 실시간으로 음식물의 이동 경로를 추적해야 한다. 의료계에서는 방사성 추적자를 섭취한 뒤 소화관 내부를 촬영하는 감마 신티그래피(Gamma Scintigraphy)를 진단의 표준 기법으로 활용한다.

하지만 기존 추적자는 높은 비용과 짧은 반감기 때문에 임상 현장에서 활발히 쓰이지 못했다. 널리 사용되던 인듐-111(Indium-111, 111In)은 대장까지 이르는 장시간 이송 과정을 추적하기에 알맞은 반감기를 보이지만, 비싼 가격과 불안정한 공급이 검사 비용을 높이는 원인으로 꼽히는 실정이다. 대체재인 테크네튬-99m(Technetium-99m, 99mTc)은 6시간에 불과한 짧은 반감기 탓에 수일에 걸친 위장관 이송 상태를 온전히 관찰하는 데 한계를 지닌다. 이에 의료진과 과학자들은 비용이 저렴하면서도 장시간 안전하게 머물며 신호를 보낼 수 있는 새로운 방사성 마커 개발에 주목했다.

핵심 발견

말레이시아 테일러대(Taylor’s University)와 말레이시아 원자력청(Malaysian Nuclear Agency) 공동 연구진은 사마륨-152 산화물(152Sm2O3)을 탑재한 폴리스티렌(Polystyrene, PS) 입자를 개발하고, 이를 원자로에서 중성자로 조사해 활성화하는 새로운 방사성 추적자 제조 공정을 제안했다. 연구진은 600에서 800 마이크로미터 크기의 폴리스티렌 입자 내부에 비방사성 사마륨-152 산화물을 균일하게 가두어 기초 마커를 합성했다. 이 마커는 진단 시점에 원자로에 넣어 중성자 조사를 거치면 사마륨-153(153Sm)이라는 방사성 동위원소로 변환되어 신호를 방출한다.

사마륨-153은 약 46.3시간의 반감기를 지녀 2~3일이 소요되는 전위장관 이송 검사에 알맞다. 감마선 방출 에너지 또한 103 킬로전자볼트(keV) 수준이어서 병원의 기존 감마 카메라로 고해상도 영상을 얻을 수 있다.

연구진은 제조된 입자의 안전성과 물리적 특성을 다각도로 검증하는 실험을 전개해 눈길을 끈다. 주사전자현미경(Scanning Electron Microscopy, SEM)과 레이저 회절 기법을 활용해 분석한 결과, 원자로의 강력한 중성자 조사 후에도 폴리스티렌 입자의 형태나 크기 분포는 흐트러지지 않고 유지됐다. 고순도 게르마늄(High-Purity Germanium, HPGe) 감마 분광기를 이용해 측정한 결과에서는 장수명 불순 핵종이 발견되지 않았으며, 오직 사마륨-153의 고유한 에너지 피크만 검출되어 방사성 순도가 우수함이 증명됐다.

연구진은 소화액과 유사한 모의 위액(Simulated Gastric Fluid, SGF)과 모의 장액(Simulated Intestinal Fluid, SIF)을 제조해 120시간 동안 입자의 상태를 관찰했다. 실험 결과 두 환경 모두에서 방사성 물질이 입자 밖으로 흘러나오지 않고 99% 이상 내부에 그대로 보존됐다. 이는 방사성 동위원소가 위장관을 통과하는 동안 체내로 흡수되어 피폭을 유발할 위험이 적다는 의미다. 조사 후 48시간이 지난 시점에 측정한 입자의 비활성도는 평균 57.2 ± 2.0 MBq/g으로, 100 밀리그램(mg)의 입자 묶음당 약 5.7 MBq의 방사능 활성도를 달성하여 진단 영상 촬영에 충분한 신호 강도를 확보했다.

의미와 전망

이번 연구는 고가의 수입 방사성 의약품에 의존하던 소화기 질환 진단 시장에 저비용의 대안을 제시했다는 점에서 의의를 지닌다. 사마륨-153은 제조 공정이 비교적 단순하고 중성자 조사를 원자로에서 신속하게 처리할 수 있어, 진단 마커 생산 비용을 크게 낮출 수 있다. 비방사성 상태로 보관하다가 검사 일정에 맞춰 필요한 양만큼 활성화해 공급할 수 있으므로, 의료 기관의 보관 부담과 방사성 폐기물 문제도 덜어준다.

다만 실제 진료 현장에 적용되기까지는 추가적인 검증 단계가 아직 남아 있다. 인공 소화액을 이용한 체외 실험에서는 높은 안전성을 입증했으나, 살아있는 동물 모델을 대상으로 생체 내(In vivo) 평가를 거쳐야 한다. 소화관의 기계적 마찰과 산성도 변화 속에서도 입자가 형태를 온전히 유지하며 배설되는지 추적 관찰하는 연구가 대표적이다. 아울러 인체 유해성을 방지하기 위해 제조 과정에서 나타날 수 있는 잔류 단량체와 내독소 양을 통제하는 품질 관리 기준의 정립도 뒤따라야 한다.