광역학(역동)(photodynamic therapy: PDT) 치료란?

광역학치료(photodynamic therapy: PDT)는 레이저와 광감각제(또는 광민감제: photosensitizer)에 의해 apoptosis, necrosis, vascular shutdown, local immune 작용을 일으켜 cytotoxic effect를 유도하는 치료법으로 1900년에 Rabb이 아크리딘 용액속의 짚신벌레에 노출시킨 짚신벌레(paramecia) 에서 광독성이 확인 된 이래 꾸준히 발전해 왔다.

 

연구배경

1960년 Lipson 등이 광감각제로 헤마토포르피린 (hematoporphyrin)을 사용하여 수술 중 종양부위에서 형광을 확인함으로써 임상적으로 종양의 진단에 대한 가능성을 제시하였고 이후 1976년 Kelly 와 Snell 등이 방광암 환자의 치료에 광역학치료를 이용하여 암 치료에 적용하였다. 광역학치료는 1995년 광감각제인 PhotofrinⓇ이 미국식품의약국 (FDA)의 공인을 받은 이후, 초기 식도암과 폐암의 치료법으로 사용되어 왔으며, 캐나다, 네덜란드, 일본 등에서 진행성 폐, 소화기, 비뇨기계 등의 암환자에 대한 차세대 암치료법으로 적용되고 있는 기술이다.

광역학 치료는 광감각제, 광원 그리고 산소가 필요하며, 미리 광감각제를 체내에 주사한 후, 질병 부위에 특별한 파장을 갖는 광원 (레이저)을 조사하여 암을 치료하는 방법이다. 광감각제가 종양조직에 선택적으로 축적된 후 레이저에 의해 ground state 의 광감각제가 excited state로 활성화되면 산소와 결합하여 화학적으로 반응성이 매우 높은 free radical과 단일항산소 (1O2：singlet oxygen) 를 발생시켜 암 조직세포를 괴사시킨다(그림).

PDT requires three elements: light, a photosensitizer and oxygen

광역학 치료에 의한 암세포 사멸과정은 독성의 활성산소가 암세포를 직접적으로 손상하는 메커니즘에 기인할 수도 있고 종양 주변의 미세 혈관에 손상을 주어 암 조직에 영양분이 공급되지 않도록 하여 암세포를 사멸시키는 간접적인 효과에 기인할 수도 있다고 알려져 있다. 그뿐만 아니라 산화적 스트레스(oxidative stress)에 따른 2차 반응으로 세포자살(apoptosis) 또는 면역학적 반응을 유도하여 암 조직을 공격하도록 면역시스템을 활성화시킬 수도 있다 (그림).

 

The mechanism of action on tumors in photodynamic therapy (Nature Review Cancer, 2006)

 

PDT의 가장 큰 장점은 질병 부위에만 선택적으로 치료가 가능하기 때문에 부작용이 적고 시술 과정이 간단하여 환자의 고통을 요구하지 않을 뿐만 아니라 입원할 필요 없어 횟수에 제한이 없이 시술이 가능하다는 점이다. 또한 여러 차례 반복 시술이 가능하여 그 효과를 증대시킬 수 있으며, 외과적 수술, 방사선 요법, 및 화학적 요법 등의 다른 치료법과 병행이 가능하다.

이러한 광역학치료법은 정상조직에는 비교적 영향을 미치지 않으면서 종양 조직을 빠르게 파괴함으로써 다양한 암 치료에서 효능이 입증되고 있다. 그러나 광역학치료는 치료 후의 재발률이 있어 완전한 치료를 위해서는 보조요법을 병행하는 것이 최근의 연구 동향이다. 현재 광역학치료에 대한 관심이 높아지면서 분자 수준에서 어떻게 광역학치료가 종양 조직을 파괴하는지와 이때 동반되는 종양 조직 내의 변화에 대한 연구가 다양하게 이루어지고 있다. 많은 전임상 연구 결과들은 광역학치료가 종양 조직을 직접적으로 파괴하는 것 외에 국소적 면역반응과 급성 혈관 손상을 유도하는 등 직접적으로 혹은 간접적으로 종양 주변의 다양한 nonmalignant component 들에도 영향을 미치는 것으로 알려져 있다. 즉 광역학치료에 의한 세포손상은 여러 현상의 mixture이며, 광역학치료 시 의도하지 않은 angiogenesis와 pro-survival 분자들이 증가하는 것으로 보고하고 있다. 이러한 angiogenesis, 염증반응, pro-survival 분자 등은 광역학치료 후, 완전히 치료되지 않은 암의 재발과 전이를 초래하게 되며 또한 광역학 치료 효과 판정의 지표가 되고 있다.

                                                                                      - 2012 대통령 post-Doc. 펠로우십 연구계획서 (작성자; 본인) - 발췌