난임 치료 주사 부담 줄이는 ‘마이크로니들’ 개발
한 번 삽입해 두 종류 호르몬 순차 전달
온열 자극으로 지속 방출에서 급속 방출 전환
난임 치료 과정에서 여러 차례 맞아야 하는 호르몬 주사 부담을 줄일 수 있는 새로운 약물전달 기술이 개발됐다.
연세대학교 의과대학 의학공학교실 성학준·조성우·유승은 교수, 김현재 학생과 세브란스병원 산부인과 최영식 교수 연구팀은 한 번 피부에 삽입하면 생식호르몬 두 종류를 필요한 시점에 전달할 수 있는 형상기억 마이크로니들을 개발했다고 26일 밝혔다.
이번 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials, IF 19.9)’에 게재됐다.
난임 치료를 위한 과배란 유도 과정에서는 난포의 성장을 촉진하는 난포자극호르몬(FSH)과 배란을 유도하는 인간 융모성 성선자극호르몬(hCG) 등을 정해진 일정과 용량에 따라 투여한다. 대부분 피하주사로 투여하기 때문에 반복 투여에 따른 통증과 불편함이 발생하고, 환자가 정해진 투여 시점을 지켜야 하는 부담도 있다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 온도에 따라 원래 형태로 돌아가는 형상기억고분자를 이용해 약물 방출 방식을 조절할 수 있는 마이크로니들을 개발했다.
마이크로니들 내부 서로 다른 공간에 FSH와 hCG를 각각 넣었다. 피부에 한 번 삽입하면 먼저 FSH가 3일 동안 서서히 방출된다. 이후 원하는 시점에 핫팩 수준의 온열 자극을 가하면 마이크로니들이 내부에 있던 hCG를 방출한다. 마이크로니들 하나에서 호르몬 두 종류를 시간차를 두고 서로 다른 속도로 전달할 수 있도록 했다.
연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션을 이용해 피부 침투와 약물 탑재에 적합하도록 마이크로니들 구조를 최적화했다. 이어 세포·조직 실험을 통해 온도에 따른 형상 변화가 약물 방출을 조절하는 것을 확인했다.
[그림] 두 종류의 호르몬을 각각 다른 공간에 저장한 마이크로니들 구조
토끼를 이용한 동물실험에서는 마이크로니들을 한 번 삽입해 FSH를 지속적으로 전달한 뒤 정해진 시점에 온열 자극을 가해 hCG를 빠르게 전달하는 데 성공했다. 반복적으로 호르몬을 주사한 대조군과 비교했을 때 호르몬의 급격한 변화를 완화하면서도 기존 주사요법과 유사한 배란 유도 효과를 나타냈다.
성학준 교수는 “이번 연구는 마이크로니들의 형상 변화를 이용해 필요한 시점에 약물 전달 방식을 바꿀 수 있는 새로운 접근법을 제시했다”며 “향후 반복 주사에 따른 환자 부담을 줄이고, 여러 약물을 순차적으로 전달해야 하는 다양한 치료 분야에 활용할 수 있는 플랫폼 기술로 발전시켜 나갈 계획”이라고 말했다.
[연세대학교 의과대학 의학공학교실 성학준 교수 프로필]