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피부 장벽(각질조직)을 뚫고 압력으로 약물을 밀어 넣는 기존 실린지 주사 대신 거부감이 적고 통증이 완화된 붙이는 패치 형태의 액상 약물 전달방식을 제안한 것이다.
피부 침투를 위한 바늘과 액체를 밀어 넣기 위한 실린지가 결합된 실린지 주사기는 백 년이 지난 현재까지도 백신 등의 정량적 전달 방법으로 사용되고 있다. 거부감과 통증을 줄일 마이크로니들(microneedle) 패치가 고안됐으나 액상약물이 대부분인 실정에서 효능에 영향을 미칠 수 있는 약물의 고체화 과정이 필요한 것이 단점이었다.
이에 연구진은 큰 압력 없이 가볍게 패치를 눌러 붙임으로써 수 초 내에 액상약물을 그대로 전달할 수 있는 방법을 제안했다. 결정적인 단서는 독을 밀어 넣는 압력기관이 없음에도 수 초만에 먹이의 피부 안쪽으로 독을 전달하는 뒤어금니독사(Rear-fanged Snake)에서 얻었다. 아주 미세한 홈(groove)이 있는 어금니가 피부 표면에 아주 미세한 홈을 만들고 그 홈을 따라 모세관 현상에 따라 아무런 외력 없이 독이 침투하는 원리를 이용한 것이다.
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 것을 확인했다. 나아가 마우스 및 기니피그 모델에 해당 패치를 부착해 특별한 외력 없이 5초 만에 백신 및 유효성분이 전달되는 것을 확인했다.
배원규 교수는 “자연모사공학의 문제해결기법을 이용해 기존 실린지 주사기의 장점인 액체약물을 그대로 전달하면서도 큰 바늘과 높은 압력으로부터 기인하는 거부감이나 통증을 극복했다”고 이번 연구의 의의를 설명했다.
교육부 기초연구사업(기본연구)의 지원으로 수행된 이 연구 성과는 사이언스(Science) 자매지 ‘사이언스 트랜스레이셔널 메디슨(Science Translational Medicine)’ 8월 1일(한국 시각)자 표지로 게재됐다.
