암 치료에 획기적인 중입자 치료와 양성자 치료 차이점

먼저 중입자치료와 양성자 치료의 차이점를 말하기전에 입자가속기에 대해 알아야 합니다. 입자가속기에서 파생되어 나온 치료법 이므로 간략하게 소개 하겠습니다.

입자가속기란? 

입자가속기는 전자, 양성자, 이온 등의 전하를 가지고 있는 입자를 가속하여 다른입자 또는 물질에 충동시키는 장치 입니다. 입자의 출동에서 발생하는 여러 정보를 통해 우주 탄생에서부터 신소재 개발까지 다양한 연구가 가능하다고 합니다. 입자 가속기는 가속입자의 종류와 활용 목적에 따라 방사광가속기, 양성자가속기, 중입자 가속기, 중이온가속기등으로 나뉩니다.

 

	방사광가속기	양성자가속기	중입자가속기	중이온가속기
가속입자	전자	양성자	중이온(안정원소)	중이온 (안정원소,희귀동위원소)
활용목적	물질의 정적구조분석 및 동적 현상 실시간관측	물질 변화, 중성자 생산	암치료 및 치료기술 연구	희귀동위원소 생성및 활용 연구
출처	포항가속기연구소	한원(연) 양성자과학연구단	서울대병원 중입자가속기사업단	세계최초로 두가지 동 위원소 생성방법을 결합하여 치고연구분야활용

출처 - 중이온가속기연구소 - 중이온 가속기

중입자가속기는 언제 발견되었나요?

 

 

1911년 어니스트 러더퍼드(Ernest Rutherford)의 원자핵 발견은 입자 가속기 개발의 길을 열었습니다. 입자 가속기는 전자, 양성자 또는 중이온과 같은 아원자 입자를 거의 빛의 속도로 가속하여 과학 연구를 위한 고에너지 입자 빔을 생성하는 기계입니다.

 

특히 무거운 입자 가속기는 너무 무거워서 전자기장에 의해 쉽게 가속되지 않는 입자의 거동을 연구하는 데 사용됩니다. 이 기계는 물질의 특성과 우주의 기원과 같은 자연의 기본 법칙을 연구하는 데 매우 중요합니다.

 

중입자가속기 연구 시작

 

중입자 가속기에 대한 연구는 1950년대 뉴욕 브룩헤이븐 국립 연구소에서 최초의 양성자 싱크로트론을 건설하면서 시작되었습니다. 그 이후로 수많은 입자 가속기가 전 세계적으로 만들어졌으며 각각 고유한 디자인과 목적을 가지고 있습니다.

 

스위스 CERN에 있는 LHC(Large Hadron Collider)는 둘레가 27km에 달하는 세계에서 가장 크고 강력한 입자 가속기입니다. 초전도 자석을 사용하여 양성자와 중이온을 정면으로 충돌하기 전에 거의 빛의 속도로 가속합니다. 충돌은 충돌 지점을 둘러싼 거대한 검출기에 의해 기록되는 아원자 입자의 샤워를 생성합니다.

 

LHC는 2012년 힉스 입자를 발견하는 등 우주를 이해하는 데 큰 공헌을 했습니다. 이 발견으로 소립자에 질량을 부여하는 힉스장의 존재가 확인되었습니다. 그것은 또한 입자물리학과 천체물리학 연구를 위한 새로운 길을 열었습니다.

 

중입자가속기로 암 치료가 가능한가요? 

중입자 가속기는 양성자 요법이라는 기술을 통해 암을 치료하는 데 사용할 수 있습니다. 양성자 요법은 고에너지 양성자 빔을 사용하여 암세포를 표적으로 삼아 파괴하는 일종의 방사선 요법입니다.

 

중입자가속기를 이용한 치료 사례는 언제인가요?

 

중입자가속기를 이용한 암치료의 첫 사례는 1990년대 미국 캘리포니아주 로마린다 대학의료원에서였다. 이 센터는 안구 종양 환자를 치료하기 위해 양성자 요법을 사용했으며 이후 다양한 암을 치료하기 위해 양성자 요법의 사용을 확대했습니다.

 

양성자 요법은 1946년 미국의 페르미 국립 가속기 연구소에서 일하던 물리학자 로버트 R. 윌슨에 의해 암 치료제로 처음 제안되었습니다. Wilson은 양성자를 사용하여 건강한 조직을 보존하면서 종양에 방사선 요법을 제공할 수 있는 잠재력을 인식했습니다.

 

1950년대에 연구원들은 의료용 고에너지 양성자 빔을 생산하는 데 필요한 기술을 개발하기 시작했습니다. 최초의 양성자 치료 센터는 1990년 영국의 클래터브리지 암 센터에 설립되어 안구 종양 환자를 양성자 치료로 치료했습니다.

 

그 이후로 미국, 독일, 일본, 한국을 포함한 많은 국가에서 양성자 치료 센터를 개발했습니다. 양성자 요법은 이제 특정 유형의 암, 특히 기존의 방사선 요법으로 치료하기 어려운 암에 대해 확립되고 효과적인 치료 입니다.

 

2023년 연세대에서 중입자가속기를 이용한 치료를 상반기에 시작하였습니다. 

 

중입자치료는 무엇입니까 ? 

중입자치료는 탄소입자를 이용한 방사선치료의 하나로서, 양성자치료에 사용되는 수소입자보다 12배 무거운 탄소입자를 가속시켜 종양(암세포)만을 조준해 파괴하는 치료기법입니다. 기존 방사선치료에 비해 2~3배 높은 치료효과(생물학적 효과, 세포 살상능력)를 보이기 때문에 난치암을 극복하기 위한 ‘꿈의 암 치료기’라 불리고 있습니다.

 

방사선치료에 사용되는 광자, 전자 , 입자선의 비교

	x-선치료 (x-ray)	전자선 치료 ( Electron )	양성자치료 ( Proton )	중입자치료 (Carbon)
질량비	x	1	2,000	24,000
전하비	x	-1	+1	+6
상대적 생물학적 효과	1	1	1.1	2 ~ 3

출처 - 연세대중입자치료센터 - 중입자치료

 

중입자 치료는 국내 최초로 2023년 연세대의료원에서 실행 할 예정이며,1년에 약 1,200명 정도를 치료 할수 있다고 합니다.고정 치료로 먼저 대상은 전립선암 환자를 대상으로 실시하며 , 2023년 하반기에는 다른 암치료로 확대 할 예정이라고 하네요.

중입자 치료의 특징 

 

중입자 치료로 가능한 암의 종류 및 치료 부위

 

대부분의 암종에 적용 가능한 치료법

 

중입자치료로 수술이나 방사선치료 등 기존의 치료법으로 치료가 어려웠던 암종을 치료하는 것이 가능해졌습니다. 현재 대상 암종을 넓히기 위한 연구가 계속 진행되고 있으며 치료 가능한 암종은 지속적으로 증가할 것으로 기대하고 있습니다.

 

부작용이 현저히 적은 치료법

 

중입자선은 몸의 표면에서는 방사량이 적고, 몸속 암 조직에서는 방사량이 최대가 되는 ‘브래그 피크(Bragg Peak)’라는 특성을 갖고 있습니다. 여기에 가속기를 이용해 에너지를 조절하고 암세포가 있는 부분에서 입자가 멈추도록 조정하 정상 세포에는 큰 영향이 없어 부작용이 현저히 적어집니다.

 

치료기간이 짧아 환자 편의성이 높은 치료법

 

기존 방사선치료의 경우 평균 25차례 치료가 시행되기 때문에 치료기간이 한 달 정도 소요되었지만, 중입자치료의 경우 평균 12차례 치료가 시행됩니다. 이를 통해 환자들이 느끼는 편의성이 크게 향상될 것으로 예상하고 있습니다.

 

중입자 치료와 양성자 치료 차이점

중입자치료는 탄소 등 무거운 원소의 중입자를 빛의 속도에 가깝게 올린 뒤 암세포를 죽인다. 중입자는 암 조직에 닿는 순간 방사선 에너지를 방출해 암세포의 DNA를 파괴하고 암 조직만 사멸시킨다.

 

양성자 치료의 경우 소아암 등 특정암에서 더 우수한 치료효과를 보이는 반면 중입자의 경우 방사선에 반응하지 않는 두경부 관련 암 등에 더 우수한 것으로 나타나고 있다.

중입자 치료는 양성자에 비해 무거운 입자인 탄소 등을 이용한 입자 방사선 치료의 한 방법이다. 양성자보다 무거운 입자이기 때문에 세포 파괴력이 우수하다고 알려져 있다.

 

하지만 세포 파괴력이 우수한만큼 주변 정상조직에 들어가는 방사선량이 크고, 기술적으로 조절이 어려운 부분이 있다. 또 중입자는 양성자의 특징인 브레그피크가 깨끗하게 되지 않고 꼬리가 생기며, 임상연구가 적어 부작용을 예상할 수 없고, 장비 가격이 양성자에 비해 3~5배 비싸다는 점이 단점으로 제시되고 있습니다.

양성자치료 국내도입은 언제부터 시작되었나요?

국내 양성자 치료센터는 2000년대 초반부터 시작되었습니다. 국내 최초의 양성자치료센터인 국립암센터(NCC) 양성자치료센터는 2007년 개원했습니다. 서울 근교 일산에 위치한 양성자치료센터는 아시아 최초의 양성자치료센터였습니다.

 

이후 2015년에 개원한 삼성서울병원 양성자치료센터, 2016년 개원한 한국원자력의학회 양성자치료센터 등 국내 여러 양성자치료센터가 건립됐다. .

 

한국은 양성자 치료 기술 및 인프라 개발에 상당한 투자를 해왔습니다. 이 나라는 또한 주변의 건강한 조직에 대한 손상을 최소화하면서 더 정확하게 종양을 표적으로 삼을 수 있는 정확한 형태의 양성자 치료인 펜슬 빔 스캐닝을 포함한 양성자 치료 기술의 연구 개발에서 선두를 달리고 있습니다.

 

한국에 양성자 치료 센터가 설립되면서 한국과 아시아 전역의 환자들이 양성자 치료에 보다 쉽게 ​​접근할 수 있게 되었습니다. 센터는 또한 고급 암 치료법을 찾는 다른 국가의 환자를 유치했습니다.

 

양성자 치료 특징

 

양성자 치료는 브래그 피크( Bragg peak)란 양성자의 고유한 특성인 고에너지 양성자 빔을 사용하여 암세포를 표적으로 삼아 파괴하는 일종의 방사선 요법입니다.

 

X선이나 감마선을 사용하는 기존의 방사선 요법과 달리 양성자 요법은 건강한 조직을 보존하면서 종양 부위에 보다 정확한 선량의 방사선을 전달합니다. 양성자 요법은 건강한 조직에 대한 방사선 노출을 최소화하는 것이 중요한 뇌, 척수 또는 전립선과 같은 민감한 기관 근처에 위치한 종양을 치료하는 데 특히 효과적입니다. 양성자 치료는 장기적인 부작용의 위험을 최소화하는 것이 필수적인 소아암 치료에도 효과적입니다.

양성자 치료는 어떻게 하는건가요?

 

양성자 요법에서 환자는 테이블에 누워 있고 사이클로트론이라는 기계는 양성자를 고속으로 가속합니다. 그런 다음 양성자는 자석 시스템을 사용하여 종양 부위로 향합니다. 양성자는 체내로 들어가 조직과 상호 작용하면서 속도를 늦추고 종양 부위에 에너지를 축적합니다. 

 

양성자 치료 특징 

양성자 치료는 암조직에만 정확하게 고용량의 방사선을 전달 할 수 있으며, 주변 정상조직에는 방사선 노출을 최소하하여 방사선 치료에 따른 부작용 및 2차 암 발생위험을 낮출수 있습니다.

 

기존 엑스선 치료는 재취료가 쉽지 않은데 비해 , 양성자 치료는 상대적으로 안전하게 재 치료를 할 수 있습니다.

 

 

 

펜슬 빔 스캐닝이란 무엇입니까?

 

펜슬 빔 스캐닝은 종양 부위에 훨씬 더 정확한 방사선량을 전달하는 고급 형태의 양성자 치료입니다. 펜슬 빔 스캐닝에서 좁은 양성자 빔이 종양 부위를 향하고 빔이 일련의 작은 단계로 이동하여 전체 종양 부피를 덮습니다. 빔은 종양의 각 지점에 정확한 양의 방사선을 전달하도록 조정되어 건강한 조직의 손상을 최소화하면서 보다 효과적인 종양 제어가 가능합니다.

양성자 요법은 암 치료에 어떻게 사용 됩니까?

 

양성자 요법은 뇌, 척추, 두경부, 폐, 간, 전립선 및 위장관 암을 포함한 다양한 암을 치료하는 데 사용됩니다. 눈 주변, 뇌간, 척수 등 기존 방사선 치료로는 치료가 어려운 부위의 암 치료에 특히 효과적이다.

 

양성자 요법은 기존의 방사선 요법보다 부작용이 적고 많은 유형의 암을 치료하는 데 사용할 수 있는 정확하고 효과적인 형태의 방사선 요법입니다. 펜슬 빔 스캐닝의 발달로 양성자 치료가 더욱 정확하고 효과적이 되어 보다 표적화되고 개별화된 암 치료가 가능해졌습니다.

 

양성자 치료 대상 - 암 종류

		양성자 치료	암 종류
	폐암	간암	뇌종양	두경부암	식도암	췌담도암
양성자치료 종양제어율	80 ~ 85%	85%이상	방사선량 증가 시 향상된 임상결과 보고.		진행성 식도암의 경우, 동시 항암방사선 치료후 수술적 절제를 시행하는 것에 비해 재발률이 높음.
x 선 치료	65% 내외	50~70%
x 선체부정위  방사선 수술		85%이상

		양성자	치료	암 종류
유방암	전립선암	기관암	흉선암	림프종	육종	위암

 출처 - 서울삼성병원 양성자치료센터 ( 대상암 )

 

양성자 요법 치료비

양성자 치료비는  18세 미만 소아암 전체, 성인의 경우, 약 흉부암(폐암, 식도암 포함), 복부암(간암, 췌담도암 포함), 두경부암(안구암 포함), 뇌종양, 방사선 치료 부위 재발암에 건강보험 급여가 적용된다.

이로 인해 2000~3000만 원의 비용이 소요되던 한 주기 치료(평균 20일, 20회)가 100~500만 원으로 크게 낮아졌다고 합니다.

 

각각의 특성이 있는 치료법입니다. 하지만 수술없이 치료할 수 있다는 것만으로도 엄청 좋은 건 사실이지만 아직까지 중입자치료는 전립선암 만 치료를 시작하였으며, 초기 도입 비용으로 가격이 저렴하지 않을 것입니다.

 

세계에서 몇 개없는 중입자치료센터 개설로 외국에 가지 않고 우리나라에서도 치료가능 한 날이 다가왔네요. 어서 빨리 다른 암 종류로 확대되어 많은 분들이 혜택을 보았으면 합니다.

 

 

참고 -2018년 7월2일  medical world news - 양성자 중입자 치료중 어떤 치료가 더 좋을까? 

          중입자가속기 연구소 - 중이온가속기, 연세대 중입자 치료센터(중입자치료), 서울삼성병원 양성자치료센터-양성자치료