▲온열치료 전문가 강상만 칼럼니스트
이번 학회를 방문한 의료진과 학회 회원들이 가장 중요하게 여긴 강의는 미국 하버드대학교 명예교수이자 현재 독일 프라이부르크대학교 방사선종양학과에 재직 중인 보펠(Vaupel) 교수의 50년 업적을 기린 발표였다. 보펠 교수는 정통종양학자로서 온열요법을 병행치료에 도입한 선구자로서 종양학 분야에서 존경받는 학자이다.
[사진 1] Water-filtered Infrared A(wIRA) Irradiation 북 커버
2022년 Springer에서 출간한 보펠 교수의 책, Water-filtered Infrared A (wIRA) Irradiation은 현재 Springer Link에서만 7만 건이 넘는 관심이 그의 학술적 연구 결과가 얼마나 주목받는가를 알 수 있다.
보펠 교수의 독일온열종양학회에서의 강연은 ‘50년간의 연구 회고: 종양 산소화 상태 및 조직 과수화(Hyperhydration)의 핵심 역할 온열-방사선치료 – 임상적으로 밀접한 통찰력 (Looking back on 50 years of research: Key role of tumor oxygenation status is thermo-radiotherapy - Major clinically relevant insights.)’이라는 주제로 진행됐다.
다음은 강의 요지이다.
반세기(1974~2024)를 돌아본, 연구의 주요 초점은 환자의 악성 종양에 대한 경도/중등 전신온열요법(Mild, Fever-range WBH, 39~43℃, 30~60분)의 효과와 실험이다. 여기에는 정교한 미세 기술(종양 내 이질성 감지용), 기타 생리학 기반 기술 및 다양한 가열 기술을 적용했다. 비현실적인 설정과 인위적 산물을 피하고자, 우리는 (a) 종양속으로 삼투압에 의한 물의 이동과 관련된 욕조형 온열, (b) 체중의 ≥1% 무게인 실험적 종양들, (c) 종양 온도> 43.5℃를 제외했다.
우리 연구의 주요 초점은 임상적으로 관련성 있는 국소적 경도 온열요법이 종양 혈류, 산소화 상태 및 기타 종양 특이적 병태 생리(예: 종양 조직 산증, 대사 및 생체 에너지 상태, 바르부르크 효과(각주 1), 젖산 및 아데노신 수치, 기타 미세환경 매개변수의 이질성)에 미치는 영향을 연구하는 것이었다.
이러한 연구에서 얻은 데이터는 80개의 과학 저널에 출판되어 있다. 경도 온열요법 치료에서 종양 혈류(TBF: Tumor Blood Flow)의 주요 역할을 고려할 때, 1980년대 초반부터 악성 종양은 원래 조직보다 혈류 속도가 낮아 "선택적 가열을 선호한다"는 잘못된 가정이 있었다.
정상 유방 섬유선의 평균 혈류 속도가 0.06ml/g/min인 데 반해 유방암의 평균 혈류 속도는 0.24ml/g/min이다. 경도 온열요법에서 평균 TBF는 지속적으로 0.32ml/g/min까지 상승해 산소(O2), 항암제, 면역 세포 및 대류 열전달의 수송을 증가시킨다. 일반적으로, 치료적으로 관련 있는 경도 온열요법 유도에 의한 TBF 개선은 가열 후 1~2시간 후에는 더 이상 나타나지 않는다.
이러한 단기적 변화는 주로 (a) 공동 선택된 혈관들의 기본 혈관 확장과 연속적으로 종양 혈관에 "공급"하는 상류 영역의 정상 조직 혈관의 확장, (b) 간질액 압력 감소 및 (c) 개선된 혈류(점성 저항 감소)를 통해 발생하게 된다.
정상 유방의 평균 산소분압(pO2)는 65mmHg이지만, 유방암의 산소분압은 10mmHg이다. 저산소 분율(pO2 < 5mmHg)은 정상 유방 조직에서 <1%이고 유방암에서는 45%이다. 다인자적(Multi factorial)이고 복잡한 시나리오가 경미한 고열(평균 Mild WBH 후 PO 값 ≈20mmHg) 시 종양 산소화 상태가 2배 향상되는 데 관여한다.
일반적으로 원발성 종양과 전이암의 O2 공급은 (a) 불충분한 관류, (b) 제한된 O2 확산, (c) 혈액의 감소된 O2 수송 용량에 의해 공간적, 시간적으로 제한되게 된다. 복합 치료 환경에서 국소적 경도 온열요법의 주요 목표는 종양 O2 상태를 개선하는 것이며, 이는 방사선 감수성, 일련의 항암제의 효능, 항종양 면역 반응, 종양 진행 및 최종적으로 환자 결과에 중대한 영향을 미치게 된다.
종양 O2 상태를 개선하기 위한 조치에는 (a) O2 가용성(TBF x 혈액 O2 함량)의 증가, (b) O2 확산성 증가(HT 및 종양 조직 과수화로 인한), (c) 심화된 종양 산증 시 헤모글로빈에서 O2의 제거 개선 및 세션당 경도 온열요법에 의한 것이 포함된다.
암은 뚜렷하게 높은 수분 함량(CW: Contents of water; 과수화 원래 조직과 비교했을 때 전형적인 생물물리적 특성 (예: 정상 유방은 53%, 유방암은 80%))을 갖는다. 결과적으로 비열용량 cp, 열전도도 k, 열확산도 α, 열 유출도 ε는 CW가 증가함에 따라 거의 선형적으로 증가한다. 따라서 과수화는 전자기파(EM-) 복사의 더 높은 흡수와 열에너지 축적을 초래하지만, 더 높은 열전도도, 확산도 및 유출도로 인해 조직 가열 속도가 낮다.
3부가 이어집니다
[사진 2] 드훠스트 교수와 보펠 교수와 필자가 함께했던 2018년 독일 온열종양학회 후 저녁 식사 자리
각주
1. 바르부르크 효과: 산소가 충분히 있음에도 불구하고 암세포는 에너지 대사 과정에서 포도당의 대사 반응이 해당과정에 의해 정상적인 흐름에 따라 미토콘드리아(Mitochondria)에서 완전하게 연소가 되지 않고, 그 산물인 피루브산이 젖산으로 발효되어 세포 외부로 배출된다는 점을 말하며, 이를 최초로 발견한 과학자가 바르부르크이며 이러한 현상을 바르부르크효과(Warburg effect)라 한다. 즉, 암세포는 필요한 에너지를 생산할 때 산소로 포도당을 태우지 않고 포도당을 효모균처럼 발효하여 젖산을 증가시켜서 에너지원으로 쓴다는 것이다. Otto Heinrich Warburg는 독일의 생화학자이며 노벨생리의학상 수상자이다.
참고 문헌
Lüchtenborg A.-M. et al: Adv Exp Med Bio.1463(2024); Vaupel P. et al: Appl Magnet Reson 52(2021):1451-1479, Vaupel P. et al: Cancers 15(2023): 1394; Vaupel P. & Piazena, H.: Int J Hyperthermia 39 (2022): 987-997; Adv Exp Med Biol 1438(2023): 135-145.
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