한국원자력의학원은 박지애 박사와 조선대학교병원 김진웅 교수, 경희대학교 김형중 박사 공동연구팀이 자기공명영상(MRI) 기반의 도전율을 이용해 방사선 치료 후 조직 변화를 영상화해 조기에 모니터링하고 정량화 할 수 있는 가능성을 제시했다.
도전율은 물체에서 전류가 흐르는 정도를 나타내는 물리량으로 인체는 조직을 구성하는 이온들의 농도와 이동도에 따라 생체 내 도전율이 다르게 나타난다.
방사선 치료는 암세포에는 방사선량을 최대화하면서 주변 정상 조직의 손상은 최소화하는 것이 매우 중요하지만, 기존의 방사선 치료 반응을 평가하는 자기공명영상(MRI) 기법은 민감도가 낮아 방사선 조사에 의한 조직 변화 측정의 정확성이 떨어지는 한계가 있어왔다.
이에 방사선 치료 효과를 조기에 정확하게 평가할 수 있는 영상 바이오마커 개발의 필요성이 제기됨에 따라 2년 전 연구팀은 자기공명영상(MRI) 기반의 도전율 영상을 이용한 방사선 조사 영향 평가 결과, 실험 쥐의 뇌에 방사선을 조사한 후 조직변화를 영상으로 보여주는 민감도를 측정한 결과, 자기공명영상(MRI)에서는 최대 20%, 도전율 영상은 최대 250%로 높게 나타났다고 발표한 바 있다.
이번 연구는 지속적인 공동 연구성과를 바탕으로 다양한 방사선 조사 조건을 추가해 도전율의 방사선 치료 효과 평가 도구로서의 가능성을 입증한 연구이다.
연구팀은 쥐를 이용한 동물실험에서 다양한 조사선량(1Gy, 5Gy, 10Gy) 및 시간 경과(조사 후 1일, 2일, 3일, 10일)에 따른 도전율 변화를 도전율 영상으로 관찰하고 측정했다.
쥐의 뇌 조직에 방사선을 쪼인 결과, 방사선 조사선량이 커짐에 따라 도전율이 증가했고, 시간 경과에 따른 도전율은 조사선량 별 평균 1, 2일째에는 증가했고, 10일째에는 감소하는 변화를 확인했다.
방사선 치료는 조직성분의 이온화를 유발하므로 방사선을 쪼인 조직은 그렇지 않은 조직에 비해 이온이 많이 생성되고 이로 인해 도전율이 현저하게 증가해 자기공명영상(MRI)에서 높은 민감도를 갖는 대조도 정보를 나타낸다.
이번 연구는 지속적인 공동 연구성과를 바탕으로 다양한 조사선량 및 방사선 조사 이후 시간 경과에 따른 조직상태의 변화 정도를 도전율 영상을 통해 정량화해 도전율 영상이 방사선 치료 효과를 전주기에서 모니터링 하는 영상 바이오마커로 응용 가능함을 제시했다.
연구팀의 이번 연구 성과는 종양학 분야 국제 학술지 ‘캔서스(Cancers)’ 2021년 10월31일자 온라인 판에
‘Image-Based evaluation of Irradiation Effects in Brain Tissues by Measuring Absolute Electrical Conductivity Using MRI’ 제목으로 (제1저자 한국원자력의학원 박지애 선임연구원, 제1저자 조선대학교병원 김진웅 교수, 교신저자 경희대학교 김형중 교수) 게재됐다.
연구팀은 이번 연구 성과를 토대로 방사선 치료 효과의 초기와 후기 지연 반응의 정량화 및 주변 정상 조직의 손상 평가 등을 도전율 영상을 이용해 충분히 검증한 후 실제 암 환자의 방사선 치료 효과를 모니터링 할 수 있는 기술을 구축할 계획이다.
한편 이번 연구는 과학기술정보통신부에서 지원하는 ‘기초연구과제지원’ 사업의 일환으로 수행됐다.
