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핵심내용

근적외선으로 약물 투여하는 생체이식 장치 개발

- 주사바늘 없이 최소 침습으로 장기약물치료 -

□ 최영빈 교수(서울대), 최진호 교수(단국대)가 공동연구를 통해 주사바늘 없이 근적외선*으로 약물을 투여하는 생체이식 장치를 개발했다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다.
    ※ 이승호 박사(서울대), 박혜연 연구원(단국대)이 제1저자로 연구에 참여했다.
    * 근적외선 : 적외선 중 가시광선에 가까운 빛이다. 공업용‧의료용으로 많이 이용한다.

□ 1~2회가 아닌 반복적인 피하 주사 투여는 환자에게 많은 고통과 경제적 부담을 안겨준다. 대표적인 사례로 성장호르몬 결핍에 의한 저신장증 등은 지속적으로 성장호르몬 주사가 처방된다.

□ 연구진은 이를 해결할 수 있도록, 밀봉된 여러 개의 약물저장소를 피부에 이식하고, 근적외선을 쪼여주어 하나씩 약물이 방출되는 장치를 개발했다.

 ㅇ 개발된 장치를 몸속에 이식한 뒤 외부 장치를 이용해 피부 밖에서 근적외선을 인가해주는 방식으로 작동한다. 근적외선에 의해 체내 장치에서 약물저장소의 막이 선택적으로 파열되면서 일정량의 약물(성장호르몬 등)이 체내로 전달되도록 구성되었다.

 ㅇ 이번 연구에서 핵심 기술은 근적외선을 가하면 파열되는 막이다. 근적외선을 받으면 열을 발생하는 그래핀 기반 나노입자와, 이때 발생한 열을 감지하여 파열되는 특수 고분자로 만들어졌다.

□ 연구진은 “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”라고 밝혔다.

□ 이 연구 성과는 과학기술정보통신부·한국연구재단 NRF특별협력사업, 기초연구사업(중견연구)의 지원으로 수행되었다. 세계적 과학학술지 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’에 5월 23일 게재되었다.

상세내용

 < 논문명, 저자정보 >

논문명
Implantable multireservoir device with stimulus responsive membrane for on-demand and pulsatile delivery of growth hormone

대표 저자
최영빈 교수(교신저자, 서울대학교), 최진호 교수(교신저자, 단국대학교), 이승호 박사(제1저자/서울대학교), 박혜연 연구원(제1저자/이화여자대학교)

< 연구의 주요내용 >

1. 연구의 필요성

 ○ 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.

2. 연구내용

 ○ 이를 해결하기 위하여, 연구진은 “주사바늘 없이 체외에서 근적외선을 인가함으로써 약물주입이 가능한 이식형 디바이스”를 개발 하였다.

 ○ 이 디바이스는 단 한 번의 체내 이식 후 외부에서 사용자가 원할 때마다 비침습적으로 근적외선을 피부 바깥에서 짧은 시간 (5초 이내) 인가하여 약물 전달이 가능하도록 설계되었다.

 ○ 특히, 배터리 및 구동장치가 필요 없어 소형화 가능하고 이식에 용이하다는 장점이 있다. 

 ○ 연구진이 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.

 ○ 현 연구진은 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.

3. 연구성과/기대효과

 ○ 연구진은 지속적, 반복적 성장호르몬의 피하 주사 투여가 요구되는  성장호르몬결핍증 치료를 위하여 “주사바늘 없이 체외에서 근적외선으로 인가함으로써 약물주입이 가능한 이식형 디바이스”를 개발 하였다.

 ○ 이번에 개발한 근적외선으로 약물 투여가 가능한 체내 이식형 디바이스는 만성질병으로 장기간 잦은 주사 약물치료가 필요한 환자의 불편함을 크게 덜어줄 수 있는 신개념 의료기기가 될 수 있다는 점에 큰 의미가 있을 것이다. 

...................(계속)

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