05. 방사약학 - 3. 99mTc 표지 방사성의약품

3. 99mTc 표지 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 발생기(99Mo-99mTc generator)로부터 값싸고 손쉽게 구할 수 있기 때문에 핵의학에서 가장 널리 사용되고 있는 방사성동위원소이다.

3) 99mTc 표지 방사성의약품

(1) 신경계 99mTc 표지 방사성의약품

① 뇌혈류영상용 99mTc 표지 방사성의약품

SPECT 뇌혈류영상에 이용되고 있는 방사성의약품으로는 99mTc-PnAO, 99mTc-HMPAO(Ceretec™), 그리고 99mTc-ECD(Neurolite®) 등이 있다.

 

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

99mTc-PnAO는 뇌-혈관장벽(BBB)를 통과하거나 포획기전의 결여 및 뇌 조직으로부터 빠른 제거 등의 이유로 뇌 영상을 위한 적절한 시간을 가지지 못한다고 알려져 있다. 이러한 단점을 보완코자 리간드의 구조적 변형을 통해 뇌의 머무름을 증진하기 위해 기존의 PnAO에서 알킬치환기 변화를 통해 HMPAO가 개발되었다. 정확한 뇌머무름 효과에 대한 기전은 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-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 영상요 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

심혈관촬영술에는 과테크네슘산, 99mTc-황교질(sulfur colloid), 99mTc-DTPA 등이 사용되며, 심장박출량 측정 시에는 99mTc-적혈구나 99mTc사람혈청알부민(HSA; human serum albumin)을 이용한다.

 

심근 영상용 방사성의약품으로는 듀퐁에서 개발한 99mTc-Sestamibi와 99mTc-Tetrofosmin이 있다.

 

① 과테크네슘산, 99mTc-황교질, 99mTc-DTPA

 

② 99mTc-적혈구(RBC)

모든 적혈구 표지법은 과테크네슘산이 적혈구 세포막을 투과하고 환원된 다음 헤모글로빈에 비가역적으로 결합하는 방법이다. 이때 환원제와 과테크네슘산을 체내에 투여하는 여부에 따라 체내표지법, 변형체내표지법, 그리고 체외표지법으로 나눈다.

 

체내 표지법은 환원제(SnCL2, 15 ㎍/㎏)을 정맥 주사하고 15~30분 후 환원제가 혈장에서 적혈구로 들어간 후에 순차적으로 과테크네슘산을 정맥 주사하여 몇 분 후에 촬영하는 방법이다. 변형체내표지법은 환원제 투여 후 15~30분 후에 약 5 ㎖ 혈액을 채취하여 여기에 과테크네슘산을 반응시키는 방법이다. 이때 응고제를 넣고, 10분간 교반 후 닫시 주사한다. 체외표지법은 적혈구, 환원제, 과테크네슘산을 모두 시험관에서 반응하는 방법으로 가장 좋은 표지수율을 가지나, 원심분리, 적혈구 세척, 무균조작 등 번거로움이 많다.

 

③ 99mTc-사람혈청알부민

 

④ 99mTc-Sestamibi와 99mTc-Tetrofosmin

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 문제로 인해서 99mTc으로 표지된 새로운 심근 영상용 방사성의약품 연구가 진행되었으며, 이러한 요구에 맞추어 99mTc-Sestamibi(Cardiolite®)가 먼저 1990년에 실용화되었다.

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 1996년에 99mTc-Tetrofosmin(Myoview™)이 개발되었는데, 두 가지 방사성의약품은 거의 똑같은 성능을 보여주어 어느 것을 사용하여도 진단에는 큰 차이가 없는 것으로 알려져 있다.

 

(3) 근골격계 99mTc 표지 방사성의약품

현재 뼈 영상용 99mTc 표지 방사성의약품으로 가장 많이 사용되는 것은 99mTc-MDP와 99mTc-HMDP이다.

이는 인산이 포합된 리간드로서 뼈의 골절이나 암전이 부위에 특별히 많이 축적이 되는 성질이 있다. MDP와 HMDP는 키트화되어서 사용할 때마다 99mTc을 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

혈관으로 주입 시 혈청단백질 옵소닌(opsonin)과 결합하여, 간, 비장, 골수 등의 망상 내피계 세포에 의하여 탐식되는 1 ㎚~5 ㎛ 크기의 방사성 교질인 99mTc-황교질(sulfur colloid), 99mTc0주석교질(tin colloid)과 99mTc-피틴산(phytate)이 있다.

 

간 및 담도의 영상을 제공하는 99mTc 표지 방사성의약품은 99mTc-IDA(imino diacetic acid)로서 대사 기능이 있는 간세포로 선택적으로 혈액으로부터 추출되어 담도로 배설된다. 유사한 구조인 여러 IDA 유도체들이 개발되었으며, 이를 이용하여 간담도 영상을 얻고 있다. 1990년 후반 일본에서 개발한 수용체 결합용 간기능 영상 방사성의약품은 간세포 수용체에서 인식되는 99mTc-NGA와 99mTc-GSA가 있다. 

 

(5) 신장영상 99mTc 표지 방사성의약품

사구체여과의 영상화 및 정량화할 수 있는 DTPA, 신피질 영상의 DMSA, 그리고 신장의 세뇨관 배설 영상용인 MAG3 등이 이용되고 있다.

대표적인 신장 기능 영상제인 99mTc-DTPA는 정확한 구조가 규명된 것은 없으나, 신장에서 사구체 배설에 의해 빨리 배설되는 성질이 있으며, 현재 전 세계적으로 널리 사용되는 신장 기능 99mTc 표지 방사성의약품이다. 

 

(6) 기타 99mTc 표지 방사성의약품

최근 들어 폐암세포 표면에 존재하는 성장억제호르몬 수용에 단백질(somatostatin receptor)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, 심장염, 담낭염, 피부 감염증, 관절 보형물에 발생한 염증을 진단할 수 있는 화합물로 알려져 키트를 통한 방사성의약품으로 생산되고 있다.

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