한국원자력연구원(원장 주한규) 양성자과학연구단(단장 이재상)은 치료용 방사성동위원소 ‘구리-67(이하 Cu-67)’의 핵자료를 정확히 생산할 수 있는 새로운 측정법을 개발했다고 7월 31일 밝혔다.

Cu-67은 의료 진단용 감마선과 대장암, 방광암 등 암세포를 죽이는 치료용 베타선을 모두 방출하는 방사성동위원소다. 진단과 치료를 동시에 할 수 있고, 기존 동위원소에 비해 반감기(2.5일)가 짧아 체내 피폭도 상대적으로 적어 차세대 방사성의약품으로 주목받고 있다. 이런 우수성에도 생산 공정이 몹시 까다로워 아직 국내에는 대량생산 체계가 갖춰지지 않았다.

Cu-67은 아연-68(Zn-68) 등의 물질에 양성자 빔을 조사해 생산할 수 있는데 고품질로 대량 생산하기 위해서는 정밀한 설계와 시뮬레이션 등을 위한 기초 입력 데이터인 핵자료가 필요하다. 보통 핵자료는 핵종이 방출하는 방사선 스펙트럼을 물리적으로 측정해 얻을 수 있다. 다만 Cu-67은 다른 핵종과 달리 방출하는 감마선 스펙트럼이 불순물인 갈륨-67(이하 Ga-67)과 정확히 겹쳐 물리적인 측정법으로는 이 두 핵종을 구분할 수 없었다. 

이 때문에 두 핵종을 화학적으로 직접 분리 정제하는 중간 과정이 필요했다. 하지만 분리 과정에서 Cu-67의 손실이 계속 발생해 비효율적이고, 부정확했다. 중간 과정인 화학적 분리 정제 없이 두 핵종 간 방사선 방출 강도 차이를 활용해 수학적 해석법으로 접근하는 방법도 있지만 핵종 간 반감기 차이로 정확하지는 않았다. 

이에 양성자과학연구단 입자빔이용연구부 박준규 박사 연구팀은 두 핵종의 감마선 방출강도 뿐만 아니라 반감기 차이(Cu-67은 2.5일, Ga-67은 3.2일)까지 고려한 새로운 해석적 분리방법을 제시했다.

Cu-67과 Ga-67 각각의 감마선 세기 합이 전체 감마선 세기와 같다는 점과 감마선 방출 강도 비율, 반감기 차이를 이용했다. 이를 통해 화학적 분리 과정 없이도 Cu-67의 정확한 핵자료를 얻을 수 있었다. 또한 ‘감마선 방출 강도’와 ‘반감기’라는 2가지 정보만 주어지면 Cu-67 외에도 중첩된 감마선을 지닌 모든 핵종을 분리 측정할 수 있어 의미가 크다.

연구진은 이번에 생산된 Cu-67의 정밀한 핵자료를 바탕으로 대량생산을 위한 공정 최적화에 집중할 계획이다. 2025년부터 본격적으로 경주에 있는 양성자가속기를 통한 Cu-67 대량생산에 나선다. 연구원은 지난 2020년 입자가속기 사이클로트론을 통해 국내 최초로 Cu-67 생산에 성공했으며, 의료용 방사성동위원소와 방사성의약품을 꾸준히 개발하고 있다. 

이번 성과는 세계적 과학 저널 네이처(Nature)가 출간하는 학술지 Scientific Reports에 7월 게재됐다.

한국원자력연구원 양성자과학연구단 이재상 단장은 “국내 대용량 선형 양성자가속기 시설을 기반으로 신개념 치료 기술에 필수적인 방사성동위원소 생산기술 개발을 통해 국민 삶의 질을 높일 것”이라고 밝혔다.