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 자기장 기반의 마이크로로봇을 이용한 약물 전달

BioINwatch(BioIN+Issue+Watch): 24-3

■ 생체의학용 마이크로로봇이 독성 문제로 개발을 포기했던 신약후보 물질의 활용성을 재고할 수 있을지 가능성을 주목

○ 신약후보물질의 90% 이상이 임상시험에서 실패하며 이중 30%는 독성 문제가 원인으로, 이는 약물전달 방식이 특정 위치를 표적화하지 못하고 전신을 순환하는 방식으로 인해 발생

- 생체의학용 마이크로로봇이 체액과 조직을 통과하여 표적 부위에 정교하게 약물을 전달하여 이러한 독성 문제를 해결할 수 있을 것으로 기대

※ 마이크로로봇은 혈전으로 인해 혈류가 막혀있는 곳이나 종양이 있는 곳 등 질병 부위를 향해 이동하여 약물을 방출

○ 최근 자기장(magnetic field)을 활용한 마이크로로봇의 구동 방식이 유효한 것으로 평가

- 화학적 농도 구배에 의한 방식은 적절한 농도 조절이 필요하기 때문에 생체 내에서 활용하기 어렵고,

- 빛이나 초음파처럼 외부에서 에너지를 전달하는 방식은 표적 위치에 따라 사용이 제한될 뿐 만 아니라 인체 조직에 초음파가 흡수되는 문제 등이 발생

○ 반면에 자기장 시스템은 인체 내 안전성이 높으며, 진동자기장, 회전자기장 등 다양한 유형의 자기장을 활용하여 이동 능력과 제어력을 향상

- 또한 자기장을 통해 마이크로로봇에 고열을 발생시켜 종양 절제를 위한 효과적 접근법으로도 활용 가능

- 자기 마이크로로봇의 소재로는 우수한 포화자화* 값과 세포 독성이 낮은 자성 물질인 철이 유망하나, 부식 문제를 극복하기 위해 철-백금(FePt) 등 철 기반 합금이나 산화철을 사용

* 포화자화(Saturation Magnetization) : 자기력이 강한 물체에서 한계에 달한 자화의 세기

< 마이크로로봇을 이용한 치료 과정 >

▶ 카테터/내시경이 종양이나 혈전 등 치료를 필요로 하는 신체 부위에 마이크로로봇을 전달. 표적을 탐색한 마이크로로봇 복합체는 단일체로 분해되며 약물을 방출한 뒤, 완전히 분해되어 체내에 흡수되거나 제거됨

출처: Science, Delivering drugs with microrobots, 2023.12.7.

○ 마이크로로봇 이식 이후 체내 이동을 추적하는 것 또한 중요한 문제로, 현재 의료영상 기술로는 단일 마이크로로봇 추적이 불가*하나 단일 마이크로로봇으로 치료 작업을 수행할 가능성은 거의 없음

* X-선, CT와 MRI는 각각 1000μm, 500μm의 공간 해상도를 갖기 때문에 현재로선 생체 내 단일 마이크로로봇(지름 1nm∼1mm) 이미징이 어려움

- 조직에 치료제를 전달할 때는 다수의 마이크로로봇을 한꺼번에 주입하거나 구조체를 갖춘 고분자 복합물로 사용

○ 따라서 현재의 의료영상 기술로 추적 가능할 만큼 충분한 그룹의 마이크로로봇을 이식하고, 이후 체내에서 분해되도록 하는 것이 이상적

- 최근 연구되는 마이크로로봇들은 생분해성 고분자 복합체로 구성되어 pH나 효소에 의해 체내에서 분해 가능

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