[논문]치료용 방사성동위원소 사용 시 단일 세포의 핵 크기 변화에 따른 흡수선량 분석

김유수; 조용인

doi:10.7742/jksr.2022.16.7.1007

치료용 방사성동위원소 사용 시 단일 세포의 핵 크기 변화에 따른 흡수선량 분석
Analysis of Absorbed Dose on the Nucleus Size Change of Single Cells using Therapeutic Radioisotopes 원문보기

한국방사선학회 논문지 = Journal of the Korean Society of Radiology, v.16 no.7, 2022년, pp.1007 - 1014

김유수 (좋은삼선병원 영상의학과) , 조용인 (부산가톨릭대학교 보건과학대학 방사선학과)

초록
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표적 방사성핵종 치료(targeted radionuclide therapy, TRT)는 방사성의약품을 사용하여 종양세포를 치료하는 방법이다. 인체의 조직을 구성하는 세포와 핵은 구형과 타원형으로 구성되어 있지만, 암세포의 경우 다양한 형태의 세포 형태로 이루어져 있다. 이에 본 연구는 몬테카를로 방법을 통해 표적 방사성핵종 치료 시 사용되는 베타선 방출 핵종을 대상으로 단일 세포 내 세포핵의 크기 변화에 따른 세포 구성 영역별 흡수선량을 분석하였다. 세포는 5 ㎛, 10 ㎛ 두 가지의 크기의 구 형태로 선정하였으며, 세포의 내부 구성은 세포핵, 세포질, 세포 표면으로 구분하였으며, 세포핵의 크기 증가에 따른 흡수선량을 평가하였다. 그 결과, 표적 방사성핵종 중 ¹⁷⁷Lu이 세포 모든 구획에서 가장 높은 선량을 나타냈으며, 세포 내 핵의 비중이 증가함에 따라 세포 표면의 흡수선량은 증가되었으나, 세포질과 세포핵의 흡수선량은 감소하는 경향을 보였다. 따라서 표적 방사성핵종 치료 시 암세포의 크기를 고려한 방사성핵종의 선택과 적절한 방사능량 결정이 중요할 것으로 판단된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Targeted radionuclide therapy (TRT) is a method of treating tumor cells using radiopharmaceuticals. Cells and nuclei constituting tissues of the human body are composed of spherical and oval shapes, but cancer cells are composed of various cell types. Therefore, this study analyzed the absorbed dose for each organelle according to the change in the size of the cell nucleus for beta-emitting nuclides during targeted radionuclide therapy through the Monte Carlo method. Cells were set in two sphere shapes, 5 ㎛ and 10 ㎛, and the internal structure was divided into cell nucleus, cytoplasm, and cell surface. Next, the absorbed dose according to the increase in the size of the cell nucleus was evaluated. As a result, 177Lu among the target radionuclides showed the highest dose in all cell compartments. As the ratio of the nucleus in the cell increased, the absorbed dose on the cell surface increased, but the absorbed dose in the cytoplasm and nucleus tended to decrease. Accordingly, it is judged that it is important to select a radionuclide considering the size of cancer cells and determine an appropriate amount of radioactivity during targeted radionuclide treatment.

주제어

표/그림 (9)

그림 Fig. 1. Geometry for a single cell.
표 Table 1. Range according to beta ray energy of radionuclide
그림 Fig. 2. Change in nucleus size according to cell size.
표 Table 2. Absorbed dose on cell surface according to changes in nucleus size in cells (diameter 5 μm) by type of radionu clide ( Unit : μGy/particle)
표 Table 3. Absorbed dose on cytoplasm according to changes in nucleus size in cells (diameter 5 μm) by type of radionu clide ( Unit : μGy/particle)
표 Table 4. Absorbed dose on cell nucleus according to changes in nucleus size in cells (diameter 5 μm) by type of r adionu clide ( Unit : μGy/particle)
표 Table 5. Absorbed dose on cell surface according to changes in nucleus size in cells (diameter 10 μm) by type of radionu clide (Unit : μGy/particle)
표 Table 6. Absorbed dose on cytoplasm according to changes in nucleus size in cells (diameter 10 μm) by type of radionu clide ( Unit : μGy/particle)
표 Table 7. Absorbed dose on nucleus according to changes in nucleus size in cells (diameter 10 μm) by type of radionu clide (Unit : μGy/particle)

AI 본문요약
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문제 정의

표적 방사성핵종 치료는 사용하고자 하는 방사성 핵종을 종양에 표적화하는 것이 중요하며, 실제 세포 단위에서의 선량을 직접 측정하는 것은 현실적으로 불가능하다. 이에 본 연구 결과는 몬테카를로 전산모사를 통해 단일 세포 내에서 방사성핵종의 종류, 세포 크기 변화에 따른 베타선의 영향을 확인한 것에 대해 의미가 있다. 추후 표적 방사성핵종 치료 시 다양한 크기의 종양 세포에서의 흡수선량에 대한 참고자료로서 활용될 수 있을 것으로 생각된다.
이에 본 연구에서는 몬테카를로 방법을 기반으로 단일 세포 내에서의 세포핵 크기 변화에 따른 흡수선량을 분석하고자 하며, 이를 통해 세포 크기 변화에 따른 흡수선량에 대한 정량적인 자료를 제공하고자 한다.

제안 방법

2의 5 μm 세포와 유사하게 3 ～ 8 μm 까지 1 μm간격으로 구의 반경을 증가시키면서 세포핵의 반경 크기에 따른 세포 표면, 세포질, 세포핵의 흡수선량을 평가하였다
단일 세포(직경 10 μm)내 세포핵 크기 변화에 따른 흡수선량 평가를 위해 세포핵의 크기를 3 ～ 8 μm 까지 1 μm 간격으로 증가시키면서 흡수선량을 산정하였다.
앞서 평가한 두 가지 세포 크기별 베타선의 입자당 선량 결과를 통해 세포 내 흡수선량에 대해 분석하였다. 그 결과, 세포 영역 중 세포핵 내 선량이 가장 낮은 분포를 나타내었으며, 단일 세포의 크기의 경우 5 μm 세포에서 10 μm 세포에 비해 세포 표면에서 3.
치료용 방사성동위원소가 존재하는 선원 영역, 표적 영역은 동일하게 설정하였으며, 모의실험 내 관심 영역의 설정과 선량 계산 등을 단일 세포 직경 5 μm에서의 핵 크기의 변화에 따른 세포의 흡수선량 평가와 동일하게 수행하였다.

성능/효과

그 결과, 세포 영역 중 세포핵 내 선량이 가장 낮은 분포를 나타내었으며, 단일 세포의 크기의 경우 5 μm 세포에서 10 μm 세포에 비해 세포 표면에서 3.6 ~ 4.1배, 세포질에서 3.7 ~ 5.2배, 세포핵에서 7.0 ~ 37.8배 높은 선량 분포를 보였다
8배 높은 선량 분포를 보였다. 또한 방사성핵종에 따른 선량분포는 방출하는 베타선 최대에너지에 따른 비정이 짧을수록 더 높은 세포 흡수선량을 나타낸 것으로 분석된다.

후속연구

추후 표적 방사성핵종 치료 시 다양한 크기의 종양 세포에서의 흡수선량에 대한 참고자료로서 활용될 수 있을 것으로 생각된다. 나아가 본 연구를 토대로 향후 다세포 수준에서의 흡수선량 및 교차선량에 대한 연구가 이뤄진다면, 실제 표적 방사성핵종 치료 시 세포 수준에 대한 흡수선량 수준을 확인할 수 있는 정량적인 선량 데이터를 제공할 수 있을 것으로 사료된다.
이에 본 연구 결과는 몬테카를로 전산모사를 통해 단일 세포 내에서 방사성핵종의 종류, 세포 크기 변화에 따른 베타선의 영향을 확인한 것에 대해 의미가 있다. 추후 표적 방사성핵종 치료 시 다양한 크기의 종양 세포에서의 흡수선량에 대한 참고자료로서 활용될 수 있을 것으로 생각된다. 나아가 본 연구를 토대로 향후 다세포 수준에서의 흡수선량 및 교차선량에 대한 연구가 이뤄진다면, 실제 표적 방사성핵종 치료 시 세포 수준에 대한 흡수선량 수준을 확인할 수 있는 정량적인 선량 데이터를 제공할 수 있을 것으로 사료된다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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