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암 치료 해체 백서; 제 3부 방사선의 재발견 (2)
'양자 메스' 일본이 선도
중립자 장치, 소형화를 위해 민관 연대

“암으로 인한 사망이 제로인 사회를 목표로 한다”. 최근 양자과학기술연구개발기구의 히라노(平野) 이사장의 발언은 점점 과감해지고 있다. 히라노 이사장의 이런 발언의 배경에는 양자과학기술연구개발기구가 일본의 전력기기 제조사들과 함께 개발에 착수한 차세대 암 치료 장치 ‘양자 메스’가 있다. 최근 이 분야의 연구가 급속도로 추진되고 있다.

양자과학기술연구개발기구의 ‘양자 메스’ 연구는 현재 전세계에서 가장 앞서나가고 있다. 2016년 12월에 히타치제작소, 도시바, 미쓰비기덴키(三菱電機), 스미토모중기계공업과 포괄적 협정을 체결. ‘양자 메스’를 일부 외과 수술을 대체할 수 있는 새로운 치료법으로 확립하는 것을 목표로 하고 있다. 시작기의 완성은 2026년경을 목표로 한다.

-- 체내에 머무르며 에너지 방출 --
이 ‘양자 메스’는 단적으로 말하면 방사선을 이용해 병소(病巢)를 파괴하는 치료법이다. ‘양자 메스’라고 이름을 정한 것은 지금까지의 방사선 치료와는 다르게 X선이 아닌 파괴력이 큰 중립자선(탄소선)을 이용해 외과 수술 대신 시행할 수 있는 치료법을 목표로 하고 있기 때문이다.

탄소선의 특징은 몸 안에 깊이 침투한 뒤 에너지가 최대화되는 점이다. 지금까지 주류였던 X선의 경우, 체외에서 조사(照射)하면 몸의 표층부에 방사선 양이 최대가 된다. 그 이후 몸 속으로 침투할 수록 그 에너지 양은 감소하며 체내를 통과한다.

암이 표층부 가까이에 있을 경우 X선은 효과가 있다. 하지만 암이 몸 속 깊은 곳에 자리잡고 있을 경우, 그 곳까지 X선이 도달하기 힘들다. 게다가 병소에 X선이 닿을 때까지 정상 세포를 손상시킨다는 단점도 있다.

탄소선 치료는 다르다. 입자(탄소)의 무게는 양자의 12배. 이처럼 무거운 입자를 광속의 약 70%까지 가속화해 조사한다. 흥미로운 것은 이 탄소가 몸 안으로 침투하는 도중에 멈추는 성질을 가지고 있다는 점이다. X선은 방사선 양이 줄어들면서 체내를 통과하지만, 탄소선은 몸 안의 일정한 깊이에 도달한 단계에서 움직임을 멈출 수 있다.

그리고 또 하나 흥미로운 점은 이 탄소는 정지하기 직전 강렬한 에너지를 방출한다는 점이다. 다시 말하면, 탄소선을 체외에서 조사하면 탄소가 병소가 있는 깊이(정지 위치)에 도달한 시점에서 강력한 방사선량을 발생시킬 수 있다는 것이다.

그 결과 X선보다도 탄소선을 이용하는 것이 치료에 효율적이다라는 지적이 많다. 초기 폐암에서는 조사(照射)한 부분의 재발률을 나타내는 국소제어율이 X선이 56%인데 반해 탄소선은 82%에 달한다는 데이터도 있다.

이러한 탄소선 치료의 우수한 점에 착안해, 1994년에는 방사선의학종합연구소(지바(千葉) 시)에 세계 최초의 탄소선 치료장치 ‘하이맥(HIMAC)’이 설치되었다. 하이맥은 연구용 색채가 짙어, 하이맥 자체로는 보급화될 수 없었다. 새로운 타입의 가속 구조 채택 등으로 개량이 추진, 2015년 12월에 가동된 시나가와현립(神奈川縣立)암센터(요코하마 시)의 제 3세대 장치는 소형화가 이루어졌지만, 그럼에도 불구하고 하이맥의 3분의 1정도의 크기로 도심의 병원에 설치될 수 있는 크기까지는 소형화되지 못했다.

양자과학기술연구개발기구은 히타치, 도시바 등 4개 기업과의 ‘올 재팬’ 포괄 협정을 통해 소형화 추진을 가속화할 방침이다. 초전도와 레이저 가속 등 새로운 기술을 도입해 세로 10m, 가로 20m 정도의 일반 병원 건물 안에 설치가 가능한 크기로 제작할 계획이다.

방사선의료연구소 가속기공학부의 시라이(白井) 부장은 “소형화된 탄소선 치료 장치가 병원에 도입된다면 하나의 비즈니스 모델이 만들어지게 된다”라고 강조. 현재 백 수억 엔에 달하는 설치 비용도 소형화로 낮출 수 있는 가능성이 커지며 보급화에 일보 전진할 수 있게 된다

-- 정상세포, 손상 적어 --
이렇게 된다면 치료 범위는 더욱 확대된다. 예를 들어 종양의 중심부, 즉 병소의 정 중앙에는 탄소보다도 무겁고 파괴력 있는 산소 이온을 조사하고, 반대로 정상인 장기 옆에 있는 종양에는 탄소보다도 가벼운, 만약 잘못해서 방사선이 닿아도 손상이 적은 헬륨 이온을 조사하는 등의 다채로운 방사선 치료가 가능해진다.

“어느 장기의 어느 부분에 자리잡은 암을 치료하느냐에 따라 농도가 다른 방사선 치료가 가능해질 것이다”(시라이 부장). 방사선의료연구소에서는 복수의 이온을 조사(照射)하는 동물 시험을 2018년에 시작할 계획이다.

-- 도시바의 비장의 무기, 세계 시장을 겨냥 --
현재는 양자과학기술연구개발기구와 4개 기업들의 담당자가 정기적으로 만나 정보 및 기술 과제에 대해 의견 교환을 추진하고 있는 단계이다. 각 기업 모두 적극적으로 참여하고 있고, 회계부정으로 경영이 흔들리며 의학기기 자회사 ‘도시바 메디컬시스템’을 매각할 수 밖에 없었던 도시바도 중립자선 기술만은 “일본이 자랑할 만한 기술인 만큼 차세대 기술 장치를 만들어 세계에 널리 알리고 싶다”(쓰나가와(綱川) 사장)라며 도시바 본사에 남겨두었다.

물론 중립자선 치료로 모든 암을 치료할 수 있는 것은 아니다. 위와 대장 등 움직임이 불규칙하고 표적을 정하기 어려운 소화기 근처의 암 치료에는 중립자선 치료는 적합하지 않다. 또한 여러 장기에 퍼진 작은 암세포들을 완전히 제거하는 것도 어렵다.

그렇지만 전립선암 및 골연부, 두경부암 등 중립선 치료 효과가 큰 암은 많고, 통원 치료만으로도 치료가 가능해 환자의 부담이 적다. 어느 정도 큰 암을 양자 메스로 제거하고, 이후에는 면역요법 등을 통해 완치하는 등의 병용 요법도 가능하게 될 전망이다.

 -- (3)에 계속 --