05 방사약학 - 3. 99mTc표지 방사성의약품

3. 99mTc표지 방사성의약품

▶ 핵의학에서 쓰이는 진단방사성의약품의 약 80%을 99mTc으로 표지된 방사성의약품이 차지하고 있다.

 섬광카메라(scintillation camera)로 영상을 만들 때 사용되는 여러 방사성동위원소들 중 99mTc은 가장 이상적인 체내 영상용 방사성의약품의 조건을 충족하며, 다른 동위원소들에 비해 99mTc 발생기로부터 값싸고 손쉽게 구할 수 있기 때문에 핵의학에서 가장 널리 사용되고 있는 방사성동위원소이다.

 

 1) 99mTc의 물리학적 성질

▶ 99mTc은 99Mo-99mTc 발생기에서 생성되고, 반감기가 6시간이고 140 keV의 감마선을 방출한다. 

 

▶ 99mTc의 붕괴방식은 γ 붕괴와는 차별된 에너지 준위간의 γ 전이(isometric transition, IT)이다.

 일반적으로 γ 붕괴는 붕괴입자의 방출로 생성된 불안정한 여기 상태에서 원자핵이 안정한 기저 상태로 전이되면서 고에너지의 전자선 방출이 됨을 의미한다. 이러한 여기상태에서 기저상태로의 에너지 변화는 수명이 매우 짧아 독립된 붕괴형식으로 간주하지 않지만 99mTc과 같이 여기상태에 있으면서 통상적인 방법으로 측정이 가능한(1초 이상) 반감기를 지닌 원자핵일 경우 이를 핵이성체(nuclear isomer)라 하며 이러한 핵이성체를 분류하기 위해서 99mTc과 같이 질량수 옆에 m을 붙인다. 이러한 핵이성체는 기저상태의 원자핵과 원자번호, 질량수는 같으나 에너지 상태가 다르다.

 

▶ 99mTc이 방출하는 140 keV의 감마선은 조직을 잘 투과하고(4.6 cm의 조직 통과 시 50%가 흡수됨), 조준(collimation)이 쉽다.

 

 2) 99mTc의 화학적 성질

▶  발생기를 통해 생성되는 99mTc은 99Mo와는 다르게 알루미나 컬럼에 대한 흡착력이 없기 때문에 주입한 생리식염수에 의하여 용출되며 이때 99mTc의 화학형태는 Na99mTcO4(과테크네슘산, pertechnetate)이다.

 

▶ 진료에 사용되는 99mTc 표지 방사성의약품은 발생기에서 얻어진 99mTc을 표지에 사용되는 여러 화합물들이 준비되어 있는 키트에 간단히 주입하여 단순 교반 또는 열을 가해 쉽게 생산하는 키트제조법으로 많이 사용되고 있다.

 이와 같은 키트를 이용한 간단한 표지공정과 분리공정을 통해 체내영상용 99mTc 표지 방사성의약품으로 사용된다.

 

 3) 99mTc 표지 방사성의약품

 (1) 신경계 99mTc 표지 방사성의약품

①  뇌혈류영상용 99mTc 표지 방사성의약품

 : 99mTc-HMPAO (Ceretec™), 99mTc-ECD (Neurolite®)

 

- 99mTc-HMPAO (Ceretec™)

 뇌 영상을 위해선 99mTc 표지 방사성의약품은 전하를 띠거나, 콜로이드를 형성하거나, 분자량이 커서는 안된다.

 정확한 뇌 머무름 효과에 대한 기전을 규명되지 않았으나 99mTc-HMPAO가 뇌에서 글루타치온과 반응하여 수용성 화합물로 대사되어 뇌에서 더 이상 배출되지 않는다는 가설이 제안되었다. 이러한 99mTc-HMPAO는 가장 많이 이용되고 있는 뇌혈류 SPECT 방사성의약품 중의 하나로 상대적 국소뇌혈류평가를 할 수 있다.

 

- 99mTc-ECD (Neurolite®)

 BBB를 통과한 99mTc-ECD의 한쪽 에틸에스터 기가 뇌의 esterase에 의해 가수분해를 통해 수용성 물질인 산으로 변화하여 뇌 속에 계속 축적되어 뇌 영상을 만들 수가 있다. 99mTc-ECD는 99mTc-HMPAO와 달리 방사화학적 안정성이 뛰어나기 때문에 간질 발작과 같은 급성 신경학적 상태의 환자에게 미리 제조해 놓은 99mTc-ECD를 즉각 투여할 수 있는 장점이 있어서 급성 신경학적 질환에서 진단적 유용성이 높다.

 이와 같이 99mTc-ECD는 사용이 간편하며, 뇌를 제외한 혈액 및 기타 장기로부터 빨리 제거되므로 양질의 영상을 제공할 뿐만 아니라, 선량적으로 유리한 뛰어난 국소뇌혈류영상을 제공하는 99mTc 표지 방사성의약품이다.

 

② 신경수용체 영상용 99mTc 표지 방사성의약품

 TRODAT-1은 간편한 키트형의 생산방식으로 파킨슨병을 진단 평가하는 SPECT용 도파민 운반체 영상 방사성의약품으로 유용하게 이용되고 있다.

 

③ 뇌종양 영상용 99mTc 표지 방사성의약품

 99mTc-MIBI가 뇌종양에 섭취되는 기전은 명확하게 밝혀져 있지 않다. 다만 99mTc-MIBI 자체가 갖는 지용성 양이온 복합체 성격이 종양혈류와 종양에 의해 형성된 막전위차, 종양의 미토콘드리아 밀도에 의한 막전위에 의존하여 수동확산에 의해 섭취되는 것으로 알려져 있다. 이와 같은 원리로 심근 관류영상용 방사성의약품으로 더 많이 사용되고 있다. 다만 정상적으로 맥락막총(choroid plexus)에 섭취되기 때문에 뇌실 주변의 종양을 관찰하기엔 어려움이 있다.

 

 (2) 심혈관계 99mTc 표지 방사성의약품

① 심혈관촬영술

 : 과테크네슘산, 99mTc-황교질(sulfur colloid), 99mTc-DTPA

② 심장박출량 측정

 : 99mTc-적혈구, 99mTc-사람혈청알부민(HSA; human serum albumin)

- 99mTc-적혈구

  -- 체내 표지법 : 환원제를 정맥 주사하고 15~30분 후 환원제가 혈장에서 적혈구로 들어간 후에 순차적으로 과테크네슘산을 정맥 주사하여 몇 분 후에 촬영하는 방법이다.

  -- 변형체내표지법 : 환원제 투여 후 15~30분 후에 약 5mL 혈액을 채취하여 여기에 과테크네슘산을 반응시키는 방법이다. 이때 응고제를 넣고, 10분간 교반 후 다시 주사한다.

  -- 체외표지법 : 적혈구, 환원제, 과테크네슘산을 모두 시험관에서 반응하는 방법으로 가장 좋은 표지수율을 가지나, 원심분리, 적혈구 세척, 무균조작 등 번거로움이 많다.

③ 심근 영상용 방사성의약품

 : 99mTc-Sestamibi (Cardiolite®), 99mTc-Tetrofosmin (Myoview™)

 기존의 심근영상에는 양전하를 띤 201Tl이나 86Rb이 심근에 잘 축적되는 현상을 이용하였다. 이들은 K+이 NaK-ATPase에 의해 심근에 축적되는 것과 같은 원리이다. 그러나 이들은 물리적 특성이 심근 영상용 방사성의약품으로는 영상의 질이 나쁘고 가격 분제로 인해서 99mTc으로 표지된 새로운 심근 영상용 방사성의약품 연구가 진행되었다.

99mTc-Sestamibi (Cardiolite®)는 처음 연구 시 NaK-ATPase에 의해 심근 섭취가 될 줄 알았는데, 많은 연구 결과, 이는 단순 확산에 의해 심근에 섭취되었다가 미토콘드리아의 막전위에 의해 생긴 음전하와 상호작용을 하여 미토콘드리아 막에 강하게 결합한다는 사실이 밝혀졌다. 따라서 미토콘드리아가 많은 심근에 축적되는 것이다. 이러한 원리를 통해 99mTc-Sestamibi는 뇌종양 영상에도 이용되고 있다.

 99mTc-Sestamibi에 이어 99mTc-Tetrofosmin (Myoview™)이 개발되엇는데, 두 가지 방사성의약품은 거의 똑같은 성능을 보여주어 어느 것을 사용하여도 진단에는 큰 차이가 없는 것으로 알려져 있다.

 

 

 (3) 근골격계 99mTc 표지 방사성의약품

 : 99mTc-MDP, 99mTc-HMDP

 이는 인산이 포함된 리간드로서 뼈의 골절이나 암 전이 부위에 특별히 많이 축적이 되는 성질이 있다. MDP와 HMDP는 키트화되어서 사용할 때마다 99mTc으로 표지하여 5분 만에 조제할 수 있기 때문에 사용이 편리하며, 그중 99mTc-MDP는 투여량의 50~60%가 뼈에 섭취되고 혈중제거율도 높아 현재까지 발견된 뼈스캔 방사성의약품 중에서 가장 널리 쓰이고 있다.

 

 (4) 소화기계 99mTc 표지 방사성의약품

 간 및 담도의 영상을 제공하는 99mTc-IDA (imino diacetic acid)는 대사 기능이 있는 간세포로 선택적으로 혈액으로부터 추출되어 담도로 배설된다.

 

 (5) 신장영상 99mTc 표지 방사성의약품

- 사구체여과의 영상화 및 정량화 : DTPA

- 신피질 영상 : DMSA

- 세뇨관 배설 영상 : MAG3

 

 (6) 기타 99mTc 표지 방사성의약품

- 99mTc-depreotide

 : 폐암세포 표면에 존재하는 성장억제호르몬 수용체 단백질(somatostatin recepter)에 결합하는 저분자 펩티드에 테크네슘을 표지한 99mTc-depreotide이 개발되었다.

 연구 결과 성장 억제 호르몬 수용체가 폐암 세포의 표면에서만 발현되는 것이 아니라 감염과 염증 진행을 보이는 세포의 표면에서도 발현됨이 밝혀져서, 99mTc-depreotide는 폐렴을 비롯해 골수염, 신장염, 담낭염, 피부 감염증, 관절 보형물(joint prosthesis)에 발생한 염증을 진단할 수 있는 화합물로 알려져 키트를 통한 방사성의약품으로 생산되고 있다.

 

- 99mTc-annexin V

 : apoptosis을 초기 단계 검출할 수 있는 annexin V를 S-HYNIC을 이용해서 간편하게 99mTc-annexin V를 표지할 수 있는 키트형의 방사성의약품도 개발되었다.

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예상문제

99mTc 표지 방사성의약품을 이용한 영상검사를 나열하시오.

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 (1) 신경계 99mTc 표지 방사성의약품

①  뇌혈류영상 : 99mTc-HMPAO (Ceretec™), 99mTc-ECD (Neurolite®)

② 신경수용체 영상 : TRODAT-1

③ 뇌종양 영상 : 99mTc-MIBI

 

 (2) 심혈관계 99mTc 표지 방사성의약품

① 심혈관촬영술 : 과테크네슘산, 99mTc-황교질(sulfur colloid), 99mTc-DTPA

② 심장박출량 측정 : 99mTc-적혈구, 99mTc-사람혈청알부민(HSA; human serum albumin)

③ 심근 영상 : 99mTc-Sestamibi (Cardiolite®), 99mTc-Tetrofosmin (Myoview™)

 

 (3) 근골격계 99mTc 표지 방사성의약품

Bone scan : 99mTc-MDP, 99mTc-HMDP

 

 (4) 소화기계 99mTc 표지 방사성의약품

간담도 영상 : 99mTc-IDA (imino diacetic acid)

 

 (5) 신장영상 99mTc 표지 방사성의약품

- 사구체여과의 영상화 및 정량화 : DTPA

- 신피질 영상 : DMSA

- 세뇨관 배설 영상 : MAG3