중입자 치료, 국내에서도 내년부터 시작…양성자 치료는 2007년 도입 이후 확대
침대에 누워있는 환자 주위를 거대한 기계가 회전하면서 병을 치료하는 장면은 공상과학영화에 종종 등장한다. 이처럼 피 한 방울 흘리지 않고도 병을 치료하는 모습은 공상이 아니라 이미 현실이다. 대표적인 것이 암 치료에 사용하는 중입자 치료기와 양성자 치료기다. 기존 수술이나 항암제 등으로 치료하지 못한 암을 완치할 정도로 효과가 입증됐고 부작용도 거의 없어 꿈의 암 치료기로 통한다. 우리나라뿐만 아니라 세계 각국은 꿈의 암 치료기 도입에 적극적이다.
암은 수술, 항암제, 방사선으로 치료한다. 이들 치료법은 모두 환자에게 피해를 덜 주는 방향으로 진화했다. 그중에서 방사선은 가장 늦게 암 치료에 사용됐으나 가장 획기적으로 발전했다. 한 해 국내에서 약 25만 명의 암 환자가 발생하는데 이 가운데 30~40%는 방사선 치료를 받는다. 1990년대부터 시작한 방사선 치료는 암뿐만 아니라 정상 조직까지 파괴하는 치명적인 단점을 갖고 있다. 이에 따라 면역이 약해져 하찮은 질병에도 위태로워지거나 머리카락이 빠지는 등 각종 부작용을 경험한다. 강한 방사선으로 암을 치료했더라도 정상 조직까지 파괴된 탓에 삶의 질은 떨어진다. 심지어 방사선 피폭으로 새로운 암세포가 만들어지기도 한다.
중입자 치료와 양성자 치료의 등장으로 이런 문제가 해결됐다. 중입자와 양성자를 환자 몸속의 암을 조준해 발사하면 정상 조직에 거의 피해를 주지 않고 암에 도달해 최대 에너지(방사선)를 방출한 후 소멸된다. 이는 특정 지점(암)에서 에너지를 방출하는 특성(브래그 피크) 때문에 가능하다. 예를 들면, 일렬로 늘어선 10개의 풍선 중 7번째 풍선을 터뜨려야 할 때 기존 X선을 쏘면 앞에 있는 6개의 풍선이 모두 터진 후 7번째 풍선이 터지며 8~9번째 풍선까지 터진다. 중입자 빔과 양성자 빔은 앞에 있는 6개 풍선을 그대로 통과한 후 7번째 풍선만 터뜨린다. 물론 8~10번째 풍선도 무사하다. 따라서 ‘내가 암 치료를 받고 있나’라고 반문할 정도로 환자가 느끼는 감각이나 통증 등 부작용이 거의 없다.
현존하는 최고 암 치료기 ‘중입자 치료기’
중입자 치료기는 인류가 개발한 최고의 암 치료기로 통한다. 중입자란 말 그대로 무거운 입자이고, 암 치료에 사용하는 중입자는 탄소에서 추출한다. 탄소 이온을 가속기(싱크로트론)에 넣어 빛의 속도에 가깝게 가속하면 중입자 빔이 생성된다. 이 중입자는 양성자보다 12배 무겁다. 이를 환자의 몸에 있는 암세포를 조준해 발사한다. 무거운 입자를 가속하기 때문에 중입자의 파괴력은 엄청나다. 기존 X선 치료가 돌멩이를 던지는 정도라면 양성자는 활에 비유할 수 있고 중입자 치료는 총을 쏘는 수준이다.
단순히 파괴력이 센 것뿐만 아니라 정밀하기까지 하다. 정상 조직에는 피해를 주지 않으면서 암세포만 타격한다고 해서 ‘날카로운 명사수’라는 별칭도 있다. 심지어 중입자를 쏘는 각도를 정밀하게 조절하므로 정상 조직이 받는 방사선 피폭을 최소화한다. 그래서 중입자 치료기는 2가지 형태로 개발됐다. 하나는 침대에 누운 환자를 중심으로 거의 360도로 회전하면서 암에 중입자 빔을 발사하는 회전형 중입자 치료기다. 중요한 장기를 피해 암만 공격하기가 유리해 두경부암 등을 치료할 때 사용한다. 또 다른 하나는 고정형 중입자 치료기다. 중입자 빔을 2~3개 방향에서 발사한다. 예를 들어 방광 아래 요도를 감싸고 있으면서 직장과 가까운 전립선암은 직장을 피해 허벅지 양쪽에서 중입자를 발사해 파괴한다.
환자가 받는 피해가 거의 없기 때문에 중입자 치료 기간은 짧다. 기존 X선으로 6개월에서 1년 동안 약 25회 치료한다면, 중입자는 몇 주 동안 평균 12회로 치료를 마칠 수 있다. 초기 폐암·간암은 1~2회만으로 완치된 사례가 있고, 전립선암과 두경부암은 3주 이내에 치료를 끝낸다. 암환자에게는 치료 자체가 신체적 부담인데, 중입자 치료는 그 부담을 절반으로 줄이는 셈이어서 암 투병 생활이 전반적으로 개선된다.
치료 기간을 단축하고도 치료 효과는 매우 뛰어나다. 세계에서 가장 먼저 중입자 치료를 시작한 일본과 독일의 치료 사례로 가늠해볼 수 있다. 최악의 암으로 알려진 췌장암이 큰 혈관에 붙어있는 경우에 가장 좋은 치료는 수술이지만 10건 중 7~8건은 수술을 포기할 정도로 위험 부담이 크다. 눈 뒤편에 있는 암을 치료하기 위해서는 안구를 적출해야 하므로 사실상 수술이 불가능하고 항암제나 기존 방사선 치료도 무용지물이다. 목에 생긴 특정 암은 수술이 어렵고 수술해도 재발하기 일쑤다. 이들 모두 중입자 치료로 완치한 사례다.
이처럼 중입자는 거의 모든 암종을 치료할 수 있다. 특히 5년 생존율이 30% 이하인 3대 난치암(폐암·간암·췌장암)이나 다른 치료(수술·항암제 등)로 실패한 암에 중입자 치료를 시도할 수 있다. 다만 혈액암(백혈병)이나 여러 조직으로 전이된 암은 예외다.
중입자 치료비 비싼 것이 단점
중입자 치료는 부작용이 없고 치료 효과가 뛰어나지만 치료비가 비싼 것이 단점이다. 외국에서 중입자 치료를 받으려면 1억~2억원이 든다. 내년부터는 국내에서 중입자 치료를 받을 수 있어 치료비가 절반 이하로 줄어들 전망이다. 올해 세계에서 16번째 중입자치료센터를 갖춘 세브란스병원은 국내 최초로 내년부터 중입자 치료를 시작한다. 서울대병원과 서울아산병원은 각각 2025년과 2027년 중입자 치료기를 도입할 예정이다.
한편, 세계 최초로 중입자 치료를 시작한 나라는 일본이다. 일본은 자체 개발한 중입자 치료기를 1994년부터 암 치료에 투입해 2019년 4월 기준 1만1000명 이상의 환자를 치료한 데이터와 노하우를 확보했다. 이어 독일도 독자적인 중입자 치료 기술로 2009년부터 중입자 치료를 시작했다. 이후 다른 나라들은 일본과 독일 기술을 이용한 중입자치료센터를 갖추기 시작했다. 이탈리아(2012년), 중국(2014·2022년), 오스트리아(2019년), 대만(2021년)에 이어 우리나라와 프랑스가 2023년 중입자 치료 국가 대열에 합류하고, 미국은 2026년 플로리다 분원에서 중입자 치료를 시작할 계획이다.
“내년에 국내 첫 중입자 치료 시작”
이익재 세브란스병원 중입자치료센터장 인터뷰
국내에서 처음으로 방사선 치료를 시작한 지 100년 만인 올해 세브란스병원은 국내 최초로 중입자치료센터를 완공했다. 이 센터에 중입자 치료기 3대(회전형 2대·고정형 1대)를 갖췄다. 내년 3~4월 고정형 치료기로 암 치료를 시작한다. 첫 대상자는 전립선암 환자가 될 전망이다. 회전형 2대는 내년 후반기부터 순차적으로 치료에 투입한다. 이런 계획을 진두지휘하는 초대 중입자치료센터장은 이익재 세브란스병원 방사선종양학과 교수가 맡았다.
암 환자가 중입자 치료를 받는 시간은 얼마나 되나.
“준비시간을 포함해도 30분이면 치료를 마칠 수 있어 치료받은 날 귀가할 수 있다. 1시간에 고정형은 2명, 회전형은 3명을 치료할 수 있다. 중입자 치료기 3대로 하루에 50명 전후, 연간 약 1200명의 환자를 치료할 수 있다.”
중입자 치료의 성적은 어떻게 되나.
“이미 중입자 치료를 해온 일본과 독일의 데이터를 보면 간암 90%, 전립선암 100%, 폐암 80%, 재발한 암 42%의 완치율을 보인다. 국내에서도 5년 생존율이 30% 이하인 3대 난치암(폐암·간암·췌장암)의 생존율을 2배 이상 끌어올릴 것으로 기대한다.”
많은 암환자가 중입자 치료로 몰리지 않겠나.
“중입자 치료가 꼭 필요한 암종이 확립되지 않았다. 일본은 기존 방사선과 항암제에 반응하지 않는 암(육종·췌장암·흑색종)에 중입자 치료를 시도한다. 전립선암은 기존 방사선이나 중입자 치료나 모두 효과가 좋은데, 중입자 치료가 고위험군에서 90% 이상 좋은 결과를 보인다. 아직 중입자 치료는 보험이 적용되지 않아 치료비가 비싸다. 기존 방사선 치료로 충분하면 굳이 비싼 중입자 치료를 받을 필요가 없다. 과일을 깎는 데 과도면 충분한데 더 비싸고 날카로운 칼을 쓸 필요가 없는 것이다. 앞으로 의료진이 중입자 치료가 필요한 환자를 잘 판별할 것이다.”
양성자 치료와 비교할 때 중입자 치료에는 어떤 특징이 있는가.
“혈관에서 멀리 떨어져 있어 산소가 부족한 환경에 있는 ‘저산소 암세포’는 일반 방사선이나 항암제에도 잘 견딘다. 중입자는 이런 암도 잘 죽인다. 중입자는 양성자보다 12배 무거워 암 파괴력이 상당하다. 게다가 중입자는 양성자보다 더 날카롭다. 즉 양성자보다 암 주변 정상 조직에 피해를 덜 준다는 특징이 있다.”
15년 데이터와 노하우 쌓은 양성자 치료기
양성자 치료는 중입자 치료와 여러모로 같다. 양성자 치료는 수소에서 추출한 양성자를 가속기로 가속해 생성된 양성자 빔을 환자 몸속에 있는 암을 조준해 발사하는 방식이다. 양성자도 중입자처럼 정상 조직에 피해를 주지 않고 암만 파괴한다. 양성자 치료는 기간이나 대부분 암종에 사용할 수 있는 점도 중입자 치료와 비슷하다. 치료 효과가 높다는 공통점도 있다.
수술이 불가능한 간암을 양성자로 치료하면 1년 이내에 90% 이상 완치 수준에 도달하며 3년 생존율은 74%다. 수술이 불가능한 췌장암에 대한 양성자 치료 성적도 수술 효과만큼 높다는 평가를 받는다. 수술이 불가능한 1기 폐암 환자는 양성자 치료 후 3년 국소종양제어율이 85.4%에 이르며, 종양 크기가 3cm 이하인 경우에는 94%에 이를 정도로 우수한 성적을 보였다. 1기 식도암에서도 3년 국소종양제어율이 90%로 수술과 비슷한 치료 성적을 보였다. 국소종양제어율은 암세포가 소실된 상태 또는 커지지 않는 상태로 유지하는 비율을 말한다.
양성자 치료를 중입자 치료와 비교해볼 때 가장 큰 차이점은 이미 오랜 기간 국내에서 사용해 왔다는 점이다. 국립암센터는 2007년 양성자 치료를 시작했고, 삼성서울병원도 2015년 양성자 치료기를 도입했다. 15년간의 치료 데이터와 노하우가 쌓인 것이다. 삼성서울병원의 경우, 간암·두경부암·폐암·뇌종양 등 4개 암종이 전체 양성자 치료의 70%를 차지하고, 간암과 두경부암의 치료 건수는 각각 1000건이 넘는다. 국립암센터는 양성자 치료가 소아청소년 암에 유용하다는 점을 입증했다. 양성자 치료 환자 중 10%는 소아청소년 환자인데, 소아암 발생 빈도가 전체 암의 1% 정도인 것을 감안하면 양성자 치료를 받는 소아청소년 암환자 비중은 매우 높은 편이다.
치료법도 진화했다. 양성자 빔의 두께는 약 3mm로 가는 편이지만, 암 크기는 제각각이어서 그 크기에 맞게 양성자 빔의 크기도 조절할 필요가 있다. 그래서 양성자 빔을 얇은 판에 쏘아 확대하는 방식(워블링)을 개발해 넓은 면적의 암이나 호흡의 영향을 받아 움직이는 장기에 있는 암을 치료한다.
또 암 주변에 장기가 밀집돼 있어 정밀한 치료가 필요할 때는 에너지 크기가 서로 다른 수 개 또는 수백 개의 양성자 빔을 종양의 모양에 맞게 쏘는 방식(스캐닝)을 사용한다. 암에 충분한 에너지를 쏘아 파괴하면서도 주변 정상 조직에는 방사선 노출이 거의 발생하지 않는 장점이 있다.
보험 적용으로 양성자 치료비 줄어들어
무엇보다 양성자 치료는 보험이 적용돼 환자의 치료비 부담이 천만원 단위에서 백만원 단위로 크게 줄었다. 현재 국내에서 방사선 치료를 받는 암환자는 연간 8만여 명이다. 그중 10~15%에 해당하는 약 8000명은 양성자 치료를 받으면 좋아질 수 있는 환자다. 삼성서울병원과 국립암센터가 연간 900명과 500명을 치료하므로 나머지 6600명도 양성자 치료가 필요하다. 앞으로 양성자 치료기 도입이 늘어날 여지가 있다. 계명대 동산병원은 2025년 비수도권에서는 처음으로 양성자 치료기를 도입할 예정이고, 서울성모병원도 2028년 양성자치료센터 문을 연다는 목표를 세웠다.
한편, 양성자로 특정 질환을 치료한다는 개념은 1946년부터 있었다. 1955년 양성자 빔 치료가 연구 목적으로 시도됐고, 1999년 미국 로마린다 대학병원에 양성자치료센터가 들어서면서 양성자 치료 시대가 열렸다. 이후 세계적으로 양성자 치료기 도입이 가속됐다.
“암 치료에 양성자 치료가 세계적인 대세”
김태현 국립암센터 양성자치료센터장 인터뷰
국내 방사선 치료에 새로운 패러다임을 제시한 것은 국립암센터다. 2007년 국내 최초로 양성자 치료기 3대(회전형 2대·고정형 1대)를 도입해 운영해 오고 있다. 2025년 회전형 1대를 추가로 도입할 계획이다. 15년간 누적 치료 건수는 8만9000건(환자 수 약 5000명)이다. 김태현 국립암센터 양성자치료센터장으로부터 양성자 치료 현황을 들었다.
세계적으로 양성자 치료기를 도입한 곳은 얼마나 되나.
“국립암센터가 양성자 치료기를 도입했던 2007년 당시 세계적으로 12곳의 양성자치료센터가 있었다. 이후 우후죽순처럼 불어나 현재는 세계적으로 50곳의 양성자치료센터가 있다. 2025년이면 125곳으로 늘어난다. 특히 중국은 현재 5곳을 2025년까지 21곳으로 늘린다. 암 치료에서 양성자 치료가 세계적인 대세다.”
국내 양성자 치료 성적은 어떤가.
“간암의 예를 보면, 다른 치료로 실패한 경우나 진행성이어서 항암제와 병행 치료가 필요한 경우에 양성자로 치료했더니 1년 이내에 90%의 완전관해(치료 흔적이 사라짐)를 보였다. 1~2기 간암을 수술로 치료하면 5년 생존율이 50~70%인데 양성자 치료로는 68~70%가 된다. 진행성 간암의 생존율이 1년이라면 양성자 치료를 추가하면 생존율이 더 높아진다. 또 전이가 빈번해 항암제를 쓸 수밖에 없는 췌장암을 양성자로 치료한 성적은 수술 성적과 다르지 않았다.”
15년 동안 축적한 치료 데이터와 노하우는 어떤 것이 있나.
“간암 환자 144명을 7년간 추적 관찰하면서 양성자 치료가 기존 치료(고주파 열치료)보다 안전하고 효과적이라는 사실을 세계 최초로 국립암센터가 증명했다. 양성자 치료기를 우리보다 먼저 도입한 미국·유럽·일본도 입증하지 못한 연구 성과로 평가받았다. 작은 간암에 고주파 열치료는 표준 치료인데, 양성자 치료도 그 범주에 들어갈 만하다는 의미다. 또 양성자 치료는 소아청소년 암에 그 유용성이 입증됐다. 소아청소년 암을 방사선으로 치료하면 성장지연이나 기능장애와 같은 부작용이 있거나 2차 암이 유발될 수 있어 신중한 치료 전략이 필요하다. 소아청소년 암환자의 치료 후 삶의 질을 생각한다면 일차적으로 양성자 치료를 고려할 수 있다.”
중입자 치료와 비교해 양성자 치료의 장점은 무엇인가.
“양성자는 암만 타격하므로 암 앞쪽과 뒤쪽 정상 조직에 피해가 없다. 중입자는 암을 타격하고 암 뒤쪽 정상 조직에 약 10% 피해를 줄 수 있다. 무시할 수준이라고 하더라도 양성자 치료는 그 피해까지 줄인다. 또 여러 각도에서 암을 조준해 양성자와 중입자를 쏘는데, 정밀한 각도를 조절하는 데 양성자가 다소 우수하다. 물론 이는 기술적인 문제여서 중입자 치료기도 진화할 것이지만 현재까지는 양성자 치료가 안정적이라고 볼 수 있다. 또 양성자 치료는 2015년부터 건강보험 적용으로 환자의 치료비 부담이 크게 줄었다.”
