전기공학부 배원규 교수, 독사의 어금니 모사해 액상약물 전달패치 고안

– 미세 홈 구조에 의한 모세관 현상으로 주사기 대비 통증 감소

본교 전기공학부 배원규 교수가 UNIST 정훈의 교수와 함께 고분자 약물 등을 피부 안으로 빠르고 효율적으로 전달할 수 있는 액상약물 전달패치를 고안해 국제학술지 ‘사이언스(Science)’ 자매지 ‘사이언스 트랜스레이셔널 메디슨(Science Translational Medicine)’에 8월 1일자 표지로 게재되었다.

교육부 기초연구사업(기본연구)의 지원으로 수행된 이 연구는 피부 장벽(각질조직)을 뚫고 압력으로 약물을 밀어 넣는 기존 실린지 주사 대신 거부감이 적고 통증이 완화된 붙이는 패치형태의 액상 약물 전달방식을 제안한 것이다.

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 초 만에 먹이의 피부 안쪽으로 독을 전달하는 뒷어금니독사(Rear-fanged Snake)에서 얻었다.

아주 미세한 홈(groove)이 있는 어금니가 피부 표면에 아주 미세한 홈을 만들고 그 홈을 따라 모세관 현상에 의해 아무런 외력 없이 독이 침투하는 원리를 이용한 것이다.

연구진은 반도체 공정을 이용하여 어금니 모사 구조체 100여개를 배열한 엄지 크기의 스탬프형 약물전달패치를 제작하고 슈퍼컴퓨터로 시뮬레이션 했다. 그 결과 머리카락 굵기 두세 배 길이의 어금니 모사 구조체 하나하나가 각각 실린지 주사기와 같은 기능을 하는 것을 확인했다. 또한 마우스 및 기니피그 모델에 해당 패치를 부착하여 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 극복한 성과”라며 “치매 치료제나 당뇨환자용 인슐린 등 고분자 약물을 안전하게 피부로 전달할 수 있으며, 화장품에도 적용이 가능해 실생활에서 다양하게 사용될 것으로 기대된다”고 의의를 설명했다.

(사진1 뒷어금니독사의 독 침투원리)

(사진2 새롭게 제안된 미세주사기 vs 기존 실린지 주사기 바늘 )

※ 논문명 : Snake fang–inspired stamping patch for transdermal delivery of liquid formulations

※ 주저자 : 배원규 교수(제1저자, 공동교신저자, 숭실대), 정훈의 교수(공동교신저자 , UNIST)

홍보팀 (pr@ssu.ac.kr)