반복적인 주사 치료로 불편을 겪는 환자들을 위해 다양한 비침습적 약물전달 기술이 개발되는 가운데, 최근 국내 연구진이 주사 없이 패치 하나로 대용량 약물을 주입할 수 있는 기술을 개발해서 관심을 모은다.

울산의대 서울아산병원 재활의학과 전재용 교수·의공학연구소 천화영 박사·서울과학기술대 윤현식 교수 공동 연구팀은 주사 없이 대용량 약물을 빠르게 전달하는 ‘표면유체식 마이크로니들 패치(SFMNP, Surface Fluidic MicroNeedle Patch)’를 최근 개발했다고 27일 밝혔다. 

우리 몸 체액은 혈관에서 간질공간, 림프관, 림프절을 거쳐 정맥으로 순환하며 이 중 간질공간은 림프관을 통해 림프절로 이어지는 핵심 통로로 최근 표적약물 전달의 주요 경로로 주목받고 있다.

현재는 주사기를 이용한 약물 주입이 일반적이지만, 통증 없이 약물이나 조영제를 전달할 수 있는 마이크로니들 기술이 만성질환자와 반복 모니터링 환자에게 주목받고 있다. 다만 기존 기술은 약물 적재량이 적거나 피부 표면에서 빠르게 확산돼 간질공간까지 도달하지 못하는 한계가 있으며, 이를 개선하면 제조 공정이 복잡해지고 비용이 상승하는 문제가 있었다.

연구팀은 모세관력을 활용해 고용량 약물이 스스로 피부 속 간질공간으로 유입되는 ‘표면유체식 마이크로니들 패치’를 개발했다. 모세관력은 액체가 아주 좁은 틈에서 외부 압력 없이도 스스로 퍼져나가는 힘이다.

연구팀은 모세관력을 활용하기 위해 크기가 큰 약물 저장소부터 1mm 크기 홀과 미세한 마이크로니들까지 크기가 다른 통로를 계층적으로 연결한 연속 구조로 제품을 설계했다.

표면유체식 마이크로니들 패치에는 약물이나 조영제를 저장할 수 있는 크기가 큰 저장소가 포함돼 있으며, 저장소 약물이 1mm 크기 홀을 통해 패치로 이동하게 된다. 패치 표면과 피부 사이에 존재하는 미세 통로를 따라 모세관력 현상으로 약물이 퍼지면서 마이크로니들까지 자발적으로 도달하는 것이다. 

연구팀은 먼저 기계적 삽입실험 및 체외실험 등 기초실험을 통해 마이크로니들 패치 효능을 평가했다.

그 결과, 약물이 모세관력에 의해 유입되는 것을 확인했으며 마이크로니들에 의해 생성된 약 0.2~0.3mm 구멍을 통해 약물이 손실되지 않고 림프 모세혈관까지 성공적으로 도달했다. 

나아가 동물모델에 표면유체식 마이크로니들 패치를 부착해 림프조영술용 조영제를 주입시킨 결과, 10분 이내 간질공간과 림프절까지 조영제가 도달한 것을 확인했다. 

약물이 제대로 전달됐는지 확인하는 형광신호 강도가 기존 주사기와 거의 유사한 정도로 나타났으며, 약물이 2시간 이상 신체에 체류하는 것을 확인했다. 또 간질공간 압력이 병적으로 증가하는 림프부종 모델에서도 성공적으로 약물이 전달됐다.

표면유체식 마이크로니들 패치는 간단한 공정만으로 대량 생산이 가능하다. 패치 형태이기에 일회용으로 제작할 수 있어 감염 위험을 낮추고 환자 편의성을 크게 높일 수 있다.

전재용 교수는 “이번에 개발한 표면유체식 마이크로니들 패치는 조영제나 항암제 등 간질 및 림프계 표적 약물 전달에서 기존 주사 방식에 비해 우수한 효율과 환자 편의성을 동시에 제공할 수 있다. 향후에는 림프부종이나 종양 림프절 전이 등 질환 진단과 치료 반응 모니터링까지 확장 가능한 차세대 약물전달 플랫폼으로 발전시키기 위해 연구를 이어가겠다”고 말했다.

한편, 이번 연구결과는 기능성·나노소재 분야 국제학술지인 ‘응용기능소재’에 최근 게재됐고 커버 논문 및 유럽화학학술연합회(Chemistry Europe) 핫 토픽으로도 선정됐다.