고압산소챔버 산소요법을 통해 암 관리방법 도입

고압산소챔버 산소요법을 통해 암 관리방법 도입

 

 

 

안녕하세요.

메디람의 김지호병원장입니다.

 

얼마 전 저희 병원에 고압산소챔버가 도입되어 소개를 해드리려고 합니다.

또한 고압산소요법이 암에 어떠한 영향을 미치는지에 대해서 설명해 드리도록 하겠습니다.

 

 

먼저 환자분들의 후기를 소개해드립니다.

 

 

 

 

1. 저산소와 암 : 암세포는 끊임없이 성장하고 분열하기 위해서 충분한 영양과 산소를 혈액으로부터 공급받아야 합니다. 영양과 산소는 암세포가 개체 수를 늘리고 전이를 하기 위한 필요충분 조건입니다. 암세포 발생 초기 단계에는 그 수가 많지 않기 때문에 기존의 혈관으로부터 충분한 산소와 영양분을 공급받습니다. 하지만 암세포는 정상세포에 비해서 분열하는 속도가 비교할 수 없을 정도로 빠릅니다. 

 

시간이 흐를수록 동일한 공간의 암세포 수는 기하급수적으로 늘어나고 결과적으로 산소 요구량이 늘어나 기존의 혈관으로부터 공급받는 산소와 영양분은 불충분한 상태가 됩니다. 이러한 척박한 환경에 처음으로 노출되었을 때는 암세포도 정상세포처럼 죽게 됩니다. 이를 ‘저산소에 의한 세포괴사’라고 표현합니다. 하지만 암세포는 정상세포와는 다르게 속수무책으로 계속 당하지만은 않습니다. 암세포는 이러한 위기 상황에서 스스로의 생존을 위해 저산소유발인자(HIF-1a)라는 유전자를 발현시켜 살 길을 찾아 냅니다. 저산소유발인자는 말 그대로 세포가 저산소 환경에 놓였을 때 작용하는 단백질로 생존에 유리한 유전자를 발현시키는 역할을 합니다. 암세포가 증식과 전이를 일으키고 치료를 받았음에도 재발하는 이유가 바로 여기에 있습니다.

 

 

 

 

2. HIF-1a 와 암 : 충분한 산소가 공급되지 않는 환경에 처한 암세포는 생존을 위해 HIF-1a를 작동시킵니다. 과학자들은 그동안 수 많은 연구를 통해 HIF-1a가 암세포 내에서 어떤 유전자들을 발현시키는지 규명했습니다. 놀랍게도 HIF-1a가 관여하는 유전자들은 주로 암세포의 증식과 전이에 관련된 것으로 밝혀졌습니다. HIF-1a는 암세포의 혈관신생(angiogenesis), 전이(metastasis), 암 줄기세포(cancer stemness), 면역억제(immunosuppression), 항암제 내성(chemoresistance), 면역항암제 내성(immunotherapy resistance), 방사선치료 내성(radioresistance) 등에 밀접하게 관여하며 종양내미세환경(tumor microenvironment)를 암세포가 생존하기 유리한 환경으로 변화시키는데 중요한 역할을 하는 것으로 밝혀졌습니다. 

 

2-1. HIF-1a 와 혈관신생 : 암이 커갈수록 암세포의 산소 요구량은 늘어나고 결국 저산소 환경이 됩니다. 기존의 혈관으로부터 공급받는 산소와 영양분 만으로는 더 이상 커질 수 없는 단계에 이릅니다. 성장 한계점에 이른 암세포는 HIF-1a를 통해 혈관내피세포 성장인자(VEGF; Vascular Endothelial Growth Factor), EGF, FGF, TGFb, IGF1 등의 혈관신생을 유도하는 단백질을 만들어 냅니다. 암세포가 만들어서 뿜어내는 VEGF는 기존에 공급받던 혈관에 작용하여 새로운 혈관 가지를 암세포 방향으로 뻗어나게끔 유도합니다. 암세포는 새롭게 만들어진 혈관으로부터 보다 많은 산소와 영양을 공급 받고 기하급수적으로 그 개체 수를 늘립니다. 암이 증식하는 첫 번째 과정입니다.

 

 

2-2. HIF-1a 와 전이 : HIF-1a는 암세포의 전이를 유발하는 가장 근본적인 원인으로 알려져 있습니다. 과학자들은 암세포에 충분한 산소를 공급해 주면 혈관신생과 전이가 잘 이뤄지지 않는 반면, 산소 공급을 차단시키면 암세포는 생존을 위해 산소가 풍부한 곳으로 전이를 한다는 사실을 알게 되었습니다. HIF-1a는 암세포가 기존의 조직에서 다른 조직으로 이동하기 위해 EMT(epithelial mesenchymal transition)에 직접적으로 관여하고 MMP, SDF-1, CXCR4 등의 단백질을 발현시켜 세포 이동(cell migration)을 원활케 하는 역할을 합니다. 즉, 저산소로 인해 발현된 HIF-1a는 암세포의 전이를 일으키는 가장 근본적인 원인이라 할 수 있습니다.

 

 

 

2.3 HIF-1a 와 암 줄기세포 : HIF-1a는 암세포를 역분화시켜 암 줄기세포(CSC; cancer stem cell)로 변화시키는 작용도 합니다. CSC라는 용어는 1900년도 말에 처음 등장하였고, 2000년도 초에 뇌종양세포로부터 CSC를 처음으로 분리하여 세상에 본격적으로 알려졌습니다. 암 줄기세포의 발생 이론은 크게 두 가지로 알려져 있습니다. 하나는 정상 줄기 세포가 암 줄기세포로 변하는 것이고, 다른 하나는 분화된 암세포가 역분화되어 암 줄기세포로 변하는 것입니다. 두 가설 모두 HIF-1a가 깊게 관여하며 CSC화 되는 근본 원인 중 하나로 밝혀졌습니다. 여러 연구에서 암세포 내 HIF-1a의 농도가 높아질수록 OCT4, NANOG, SOX2, CD133, CD44, CMYC 등의 CSC 표지 단백질(CSC marker) 발현이 높아지는 것을 확인했습니다. 즉, 암세포가 저산소 환경에 놓이면 HIF-1a를 통해 생존의 확률을 높일 수 있는 CSC 유전자를 발현시킵니다. CSC화 된 암세포는 일반 암세포에 비해서 대사 속도가 느려져 항암치료나 방사선치료의 효과가 떨어집니다.

 

 

2-4. HIF-1a 와 면역억제 : 저산소는 종양 내 환경을 변화시켜 면역세포가 활동하기 어렵게 만듭니다. 저산소에 의해서 생성된 HIF-1a는 NK 세포와 T 세포가 암세포 내부로 침입하는 걸 막습니다. 전립선암과 췌장암 조직에서 산소 농도가 충분한 부위에는 NK 세포와 T 세포가 활발히 활동하는 반면, 산소가 결핍된 저산소 부위에는 NK 세포와 T 세포가 활동하지 않는 것을 확인했습니다. 동일한 암 덩어리 내에서도 산소 농도에 따라 NK 세포와 T 세포의 항암 작용이 다르게 나타남을 확인한 것입니다. 산소가 풍부한 암 조직에서는 암세포를 살해하는 M1 대식세포가 많은 반면에 저산소 환경은 암세포를 보호하는 M2 대식세포의 수가 많아지고 면역관문단백질인 PDL1의 발현도 높아집니다. 면역억제를 유도하는 Treg 세포와 MDSC 세포의 수도 저산소 환경에서 증가합니다. 즉, 저산소는 HIF-1a를 통해 암세포가 면역 회피를 할 수 있는 환경을 만들어 줍니다. 이렇게 암조직이 저산소 상태에 빠져 면역 회피가 일어나는 상태를 cold tumor 라고 부르기도 합니다. cold tumor는 면역세포의 활동이 잘 일어나지 않을 뿐만 아니라 항암치료와 방사선치료, 면역항암치료의 효과를 낮추며 재발률이나 5년 생존율 등의 지표에서도 좋지 않은 결과를 내는 것으로 알려져 있습니다. 

 

 

 

3. 고압산소챔버란 : 대기압 보다 높은 2~3기압의 압력으로 100% 산소를 체내 주입하여 혈 중 산소 농도 뿐만 아니라 세포 내 산소 농도를 높여주는 기기입니다. 초기 고압산소챔버는 잠수병이나 급성 일산화탄소 중독증을 치료하기 위하여 고안되었습니다. 그러나 체내 산소 농도를 높임으로써 얻을 수 있는 다양한 효과가 입증되면서 당뇨발, 버거씨병, 화상, 방사선치료로 인한 피부 손상, 급성 장 폐색증, 수술 후 상처 치유, 급성망막변성증, 뇌손상장애, 성형수술 후 붓기 완화 등 다양한 분야에서 적용되고 있습니다. 

 

 

 

고압산소챔버는 비침습적이고 부작용이 적으며 생명활동에 필수적인 산소를 세포단위까지 공급해 주는 비화학적 기기입니다. 이러한 고압산소챔버가 가진 이점 때문에 전 세계적으로 다양한 연구가 진행되고 있고 그 적용 분야도 점점 늘어나고 있습니다.

 

4. 고압산소챔버와 암 : 각 조직 내 정상세포와 암세포의 산소 분압 차이를 보면 아래와 같습니다. 

 

 

위에서 언급한 바와 같이 세포 내 저산소 환경은 암이 생성되고 증식하여 결국에는 전이를 일으키는 근본 원인입니다. 산소를 세포 내까지 공급하여 저산소 환경을 개선할 수 있다면 암세포의 증식과 전이를 막을 수 있습니다. 즉, 세포 내 산소 공급으로 HIF-1a 단백질을 억제할 수 있으면 암세포의 증식도 억제할 수 있습니다. 저산소 환경에서 CSC화 되었던 세포에 산소를 공급하자 CSC가 정상적인 분화를 거듭했다는 연구 결과도 보고되었습니다. 또한, 저산소 환경에서 생성되어 전이를 유발하는 clusted CTC(clusted circulation tumor cell)의 개체 수가 산소를 공급하자 줄어드는 연구결과도 보고되었습니다. 이러한 이론적 기반을 통해 고압산소챔버를 암 환자에게 적용시킨 수 많은 연구가 진행되었고 그 효과가 입증되었습니다. 

 

 

5. 고압산소챔버의 임상적 효과 : 파클리탁셀과 고압산소챔버, 5fu, 4기 환자 치료 예 제시. 면역항암제와 고압산소챔버 시너지효과 제시

그 결과 미국과 이스라엘, 일본에서는 항암치료와 방사선치료의 병행요법으로 고압산소챔버를 암환자에게 적용하고 있고 치료가 완료된 환자의 경우는 재발을 예방하는 목적으로 환자에게 적용하고 있습니다.

 

메디람의 환자들이 고압산소챔버를 체험하는 이미지

 

6. 고압산소챔버와 항암치료 및 방사선 치료의 부작용 개선 - 고압산소챔버는 암세포 자체를 사멸하는 목적 이외에도 여러 방면에서 암환자에게 도움을 줄 수 있습니다.

 

6-1 수술 후 효과 : 고압산소챔버는 수술 후 상처 회복에 탁월한 효과를 나타냅니다. 암 수술 후 발생할 수 있는 여러 가지 합병증과 후유증을 개선해 주기 때문에 수술 후 진행되는 보조 항암치료와 방사선치료를 예정된 스케줄 대로 원활히 받을 수 있도록 도와줍니다. 특히, 개복 수술, 개흉 수술, 두경부 수술 등과 같이 수술 범위가 크거나 수술 후 감염의 우려가 큰 경우 고압산소챔버의 효과를 더욱 많이 누릴 수 있습니다. 두경부 수술이나 유방 복원술 등에 적용되는 피판술의 경우, 피부를 분리한 부위와 복원시킨 부위의 상처 회복에 탁월한 효과를 보입니다. 고압산소챔버는 개복술 후에 나타날 수 있는 장마비나 장폐색증을 예방해 주는 효과가 탁월합니다. 여성의 경우 유방암이나 자궁암 림프 전이로 액하부위와 서혜부위로 광범위한 림프절제술을 받는 경우가 흔합니다. 고압산소챔버는 림프절 제거술 후유증으로 나타나는 팔 다리 부종 증상을 예방해 줍니다.(이 부분은 논문 찾을 필요 있음)

 

 

6-2. 항암치료 부작용 관리 : 항암치료 부작용으로 나타나는 구내염 등의 소화기 점막염, 구강건조증, 백금계열이나 탁솔계열 항암제 투여로 인한 손발 저림 증상 등에도 효과가 증명되었습니다. 

 

6-3 방사선치료 부작용 관리 : 방사선치료로 인해 나타나는 피부 화상, 피부건조 증상은 고압산소챔버로 개선될 수 있습니다. 자궁암이나 비뇨기암, 대장암 치료 목적으로 복강 내로 방사선도 치료를 병행합니다. 이 경우 발생되는 방광염 치료에도 탁월한 효과를 보입니다. 특히, 뇌종양과 두경부 암의 경우에는 방사선치료가 주 치료로서 고압산소챔버와 방사선치료 병행요법에 대한 임상 연구가 많이 진행되었고 의미 있는 결과를 보였습니다.

 

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