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[연구] 침습없는 고분자 액상약물 전달패치 개발

김성화 기자
입력 : 2019-08-01 17:20 수정 : 2019-08-01 17:20

 

사진=한국연구재단

 

[헬스앤라이프 김성화 기자] 독사의 어금니(fang)를 모사해 고분자 약물 등을 피부 안으로 빠르고 효율적으로 전달할 수 있는 액상약물 전달패치가 우리 연구진에 의해 고안됐다.

 

1일 한국연구재단(이사장 노정혜)은 숭실대 배원규 전기공학부 교수와 UNIST 기계항공및원자력공학과 정훈의 교수 연구팀의 연구성과를 발표했다. 

 

이번 성과는 국제학술지 <사이언스(Science)> 자매지 <사이언스 트랜스레이셔널 메디슨(Science Translational Medicine)> 1일자 표지논문으로 게재됐다.

 

피부 침투를 위한 바늘과 액체를 밀어 넣는 실린지가 결합된 주사기는 백 년이 지난 현재까지도 백신 등의 정량적 전달방법으로 사용되고 있다. 보통 우리가 아는 주사기가 실린지 주사기다.

 

거부감과 통증을 줄일 마이크로니들(microneedle) 패치가 고안되긴 했지만 액상약물이 대부분인 실정에서 효능에 영향을 미칠 수 있는 약물의 고체화 과정이 필요한 것이 단점이었다.

 

연구진은 큰 압력 없이 가볍게 패치를 눌러 붙임으로써 수 초 내에 액상약물을 그대로 전달할 수 있는 방법을 제안했다. 

 

사진=한국연구재단

아이디어는 독을 밀어 넣는 압력기관이 없음에도 수 초만에 먹이의 피부 안쪽으로 독을 전달하는 뒷어금니독사(Rear-fanged Snake)에서 얻었다. 아주 미세한 홈(groove)이 있는 어금니가 피부 표면에 아주 미세한 홈을 만들고 그 홈을 따라 모세관 현상에 의해 아무런 외력 없이 독이 침투하는 원리를 이용한 것.

 

연구진은 반도체 공정을 이용해 어금니 모사 구조체 100여개를 배열한 엄지 크기의 스탬프형 약물전달패치를 제작하고 슈퍼컴퓨터로 시뮬레이션 했다. 그 결과 머리카락 굵기 두세 배 길이의 어금니 모사 구조체 하나 하나가 각각 실린지 주사기와 같은 기능을 하는 것으로 확인됐다. 이때 걸린 시간은 15초다. 

 

마우스 및 기니피그 모델에 해당 패치를 부착한 결과 외력 없이 5초 만에 백신 및 유효성분이 전달되는 것도 확인했다.

 

배원규 교수는 "자연모사공학의 문제해결기법을 이용해 기존 실린지 주사기의 장점인 액체약물을 그대로 전달하면서도 큰 바늘과 높은 압력으로부터 기인하는 거부감이나 통증을 극복한 것“이라고 의의를 설명했다.

 

이번 연구는 교육부 기초연구사업 지원으로 수행됐다. 

 

(왼쪽부터)UNIST 기계항공및원자력공학과 정훈의 교수, 숭실대 전기공학부 배원규 교수
사진=한국연구재단

 

 

******아래는 논문 원본 일부 발췌본 (Downloaded from Science Translational Medicine)

 

 

Snake fang–inspired stamping patch for transdermal delivery of liquid formulations

 

Won-Gyu Bae, Hangil Ko, Jin-Young So, Hoon Yi, Chan-Ho Lee, Dong-Hun Lee, Yujin Ahn, Sang-Hyeon Lee, Kyunghun Lee, Joonha Jun, Hyoung-Ho Kim, Noo Li Jeon, Woonggyu Jung, Chang-Seon Song, Taesung Kim, Yeu-Chun Kim and Hoon Eui Jeong

 

 

Abstract

 

A flexible microneedle patch that can transdermally deliver liquid-phase therapeutics would enable direct use of existing, approved drugs and vaccines, which are mostly in liquid form, without the need for additional drug solidification, efficacy verification, and subsequent approval. Specialized dissolving or coated microneedle patches that deliver reformulated, solidified therapeutics have made considerable advances; however, microneedles that can deliver liquid drugs and vaccines still remain elusive because of technical limitations. Here, we present a snake fang–inspired microneedle patch that can administer existing liquid formulations to patients in an ultrafast manner (<15 s). Rear-fanged snakes have an intriguing molar with a groove on the surface, which enables rapid and efficient infusion of venom or saliva into prey. Liquid delivery is based on surface tension and capillary action. The microneedle patch uses multiple open groove architectures that emulate the grooved fangs of rear-fanged snakes: Similar to snake fangs, the microneedles can rapidly and efficiently deliver diverse liquid-phase drugs and vaccines in seconds under capillary action with only gentle thumb pressure, without requiring a complex pumping system. Hydrodynamic simulations show that the snake fang–inspired open groove architectures enable rapid capillary force–driven delivery of liquid formulations with varied surface tensions and viscosities. We demonstrate that administration of ovalbumin and influenza virus with the snake fang–inspired microneedle patch induces robust antibody production and protective immune response in guinea pigs and mice.

 

※ 출처  Science Translational Medicine


ksh2@healthi.kr

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