서울대·단국대 공동연구팀, 주사바늘 없이 약물주입 가능한 이식형 디바이스 개발

[기계신문] 성장호르몬 결핍증에 의한 저신장증 등의 치료를 위해 가장 일반적으로 사용하는 방법은 지속적, 반복적 성장호르몬의 피하 주사 투여이다. 하지만 이는 환자에게 많은 고통과 경제적인 부담을 안겨주는 제약점이 있다.

이를 해결하기 위해 서울대 의과대학 의공학과 최영빈 교수와 단국대 조직재생공학연구원 최진호 교수는 공동연구를 통해 “주사바늘 없이 체외에서 근적외선을 인가함으로써 약물주입이 가능한 이식형 디바이스”를 개발했다. 근적외선은 적외선 중 가시광선에 가까운 빛으로, 공업용‧의료용으로 많이 이용한다.

이 디바이스는 단 한 번의 체내 이식 후 외부에서 사용자가 원할 때마다 비침습적으로 근적외선을 피부 바깥에서 5초 이내로 짧은 시간 인가하여 약물 전달이 가능하도록 설계되었다. 특히 배터리 및 구동장치가 필요 없어 소형화가 가능하고 이식에 용이하다는 장점이 있다.

연구팀이 개발한 이식형 약물전달 디바이스는 각각 일정한 양의 성장호르몬을 탑재한 다수의 약물저장소를 근적외선에 감응하여 파열될 수 있는 막으로 밀봉하여 완성하였다.

개발된 약물전달 디바이스는 이식 후 체외에서 사용하는 외부 디바이스를 통해 줄맞춤 되어 비침습적으로 인가된 근적외선으로 각각의 약물저장소의 막을 선택적으로 파열함으로써 일정량의 성장호르몬을 체내에 전달할 수 있도록 구성되어 있다.

이번 연구의 핵심 기술은 “근적외선 인가 시 파열 가능한 감응성 막”이며, 이는 근적외선을 받으면 열을 발생하는 그래핀 기반 나노입자와 이 때 발생한 열에 의해 감응하여 파열될 수 있는 특수한 고분자의 복합체로 만들어졌다.

연구팀은 성장호르몬 결핍이 유도된 동물을 사용한 실험을 통해 근적외선이 인가된 디바이스로 얻어진 성장호르몬과 인슐린양성장인자 혈중 농도가 기존 성장호르몬 피하주사 방법으로 실험한 결과와 거의 같은 수준으로 나타난다는 것을 밝혔다.

최영빈 교수는 “이번에 개발한 근적외선으로 약물 투여가 가능한 체내 이식형 디바이스는 만성질병으로 장기간, 반복적 주사 약물치료가 필요한 환자의 불편함을 크게 덜어줄 수 있는 신개념 의료기기가 될 수 있다는 점에 큰 의미가 있다”고 설명했다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 NRF특별협력사업, 기초연구사업(중견연구)의 지원으로 수행되었으며, 국제과학학술지 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’에 5월 23일자 게재되었다.