자기 나노입자로 종양에 열 발산하여 암 치료하는 자기 온열 치료
체온을 올리는 온열 치료는 종양을 치료하고 그 영향을 줄이기 위해 수백 년 동안 사용되고 있다. 물리학자인 에네코 가라이오의 연구 목표는 온열 치료이지만 자기 나노입자란 상이한 시스템을 이용해서 체온을 높인다. 이 나노입자들은 자장으로부터 에너지를 흡수해서 열로 바꾸고 그 열이 종양의 온도를 높여서 종양을 치료하는 데 이용된다. 가라이오와 동료 연구원들이 이 주제에 대해 작성한 논문이 2014년에 측정과학과 기술이란 잡지에 게재되었는데 최근에 탁월한 논문상을 받았다.

.1990년대에 교번 자기장의 작용으로 자기 나노입자가 다량의 에너지를 흡수하는 것을 발견했다. 그런 발견으로부터 종양에 투입한 자성 입자들이 열을 발산하도록 해서 암을 치료하는 실험적인 치료방법인 자기 온열 치료가 등장했다. 나노입자는 교번 자기장으로부터 흡수한 에너지를 열로 방출하는데 이 열이 외부에서 종양에 가해져서 종양의 온도가 올라가게 만든다.

가라이오에 의하면 이 방법이 여러 가지 이점을 제공한다고 한다. 그의 말은 다음과 같다. 첫 번째는 사용되는 자기장이 인체에 해가 되지 않는다. 즉 자기장이 열을 발생하지 않고 따라서 자기장이 인체의 건강한 부위에 영향을 미치지 않는다. 두 번째는 나노입자가 리간드에 포위될 수가 있다. 나노입자는 산화절이 되는 경향이 있지만 리간드는 유기 분자가 만들어내는 층으로 이루어져있다. 이 시스템이 건강한 세포에 영향을 주지 않으면서 나노입자가 종양 세포에 달라붙도록 해준다.

체온을 높이는 방법을 여러 가지가 있는데 온열 치료법들은 그런 방법에 기초해서 분류가 된다. 예를 들면 무선주파수 온열 치료의 경우에는 전자파가 유발하는 전류를 이용해서 종양의 온도를 높이고 안테나를 이용해서 종양 속에 열을 집중시킨다. 이런 안테나를 종양 옆에 설치하는 것은 수술로 한다. 또 초음파 온열 치료에서는 진동으로 열이 나게 만들고, 이와 달리 레이저 온열 치료에서는 적외선 레이저를 이용해서 종양의 옆에 배치한 금 나노입자나 은 나노입자를 자극해서 종양 세포에 열을 가한다.

가라이오에 의하면 자신의 연구에서 가장 중요한 연구결과는 다음과 같다고 한다. 우리는 특정한 나노입자의 흡수율을 측정하는 도구를 만들었다. 그런 후 우리는 특정한 흡수율을 계산해내고 나노입자의 모양과 재료와 리간드가 어떻게 변하는지를 알아내기 위해 여러 가지 모델을 만들었다. 실험실의 테스트에 관해서는 우리는 간의 건강한 세포에 손상을 가하지 않으면서 3마리 실험동물의 간에 괴사를 유발했다고 연구진은 밝혔다.

1,000년 전부터 의사들은 종양을 치료하는 데 열이 효과가 있는 것을 알고 있었고 약 200년 전에 그들은 종양을 열로 치료하기 위해 환자들에 고열을 유발했다. 기본적으로는 이게 온열 치료란 것이라고 가라이오는 설명했다. 그러나 인체의 아무 부위나 열을 가해서는 안 되고 또 아무런 방법으로 열을 가해서도 안 된다. 오직 종양에만 섭씨 41~46도의 열을 가해야만 한다. 그게 자기 온열 치료가 가장 효과적인 온도의 범위라고 연구진은 말했다.

출처:
(1) E Garaio et al., "A multifrequency eletromagnetic applicator with an integrated AC magnetometer for magnetic hyperthermia experiments" Meas Sci Technol, 2014; 25 (11): 115702 DOI: 10.1088/0957-0233/25/11/115702
(2) E Garaio et al., "Specific absorption rate dependence on temperature in magnetic field hyperthermia measured by dynamic hysteresis losses (ac magnetometry)" Nanotechnology. 2015 Jan 9;26(1):015704.