정형일 교수팀, 2형 당뇨 약물의 전달 효능을 개선한 ‘에그 마이크로니들’ 개발

기존 마이크로니들의 약물 탑재 시 변성 문제와 불완전한 삽입 문제 극복

당뇨 환자들이 당뇨병을 스스로 쉽게 관리할 수 있는 초석 다져

정량 전달과 보관 안정성이 필수적인 약물에 적용 가능

재료공학 분야 국제 학술지 표지논문 선정, 글로벌 경쟁력 확보

생명시스템대학 생명공학과 정형일 교수팀과 교원창업기업 주식회사 주빅(대표 양휘석)은 2형 당뇨(T2DM) 약물인 리라글루티드(Liraglutide)의 전달 효능을 개선한 ‘에그 마이크로니들(Egg microneedle, EMN)’을 공동 개발했다.

용해성 마이크로니들은 통증을 유발하는 주사형 약물 전달의 단점을 극복하고, 피부를 통해 환자 스스로 쉽게 약물을 투여할 수 있다는 장점이 있어 큰 각광을 받고 있다. 하지만 이를 피부에 삽입하는 과정에서 완전히 들어가지 않아 약물이 정량 전달되지 않는다는 문제가 있으며, 불안정한 약물이 마이크로니들에 탑재되는 과정에서 대부분 변성돼 실제로 의약품에 적용하는 데는 어려움을 겪어 왔다.

정형일 교수팀과 주식회사 주빅은 이러한 문제점을 개선하기 위해 ‘에그 마이크로니들(Egg microneedle, EMN)’이라는 독자적인 용해성 마이크로니들을 개발했다. 

EMN은 달걀 노른자가 흰자에 의해 보호받듯이, 노른자층(Yolk layer)에 약물을 탑재하고 흰자층(Shell layer)이 노른자층에 탑재된 약물을 보호하게 만들었다. 노른자층에 탑재된 약물이 외부 환경으로부터 차단되므로 약물의 변성을 최소화할 수 있다. 또한, 기저층(Base layer)을 두어 EMN을 피부에 삽입할 때 노른자 부분이 피부에 완전히 삽입되게 해 탑재된 약물 전부가 피부를 통해 전달될 수 있도록 했다. 

[그림 1. 에그 마이크로니들(Egg microneedle, EMN)의 구성 요소 및 투여 원리. EMN은 기존 용해성 마이크로니들과 같은 형상을 가지지만 약물을 탑재하는 ‘Yolk layer’ 부분이 마이크로니들 중앙에 위치해 외부 환경에 노출되지 않는 구조를 가진다.]

연구팀이 새로 개발한 에그 마이크로니들(EMN)은 기존 용해성 마이크로니들의 약물 탑재 시 변성 문제와 불완전한 삽입 문제를 동시에 극복할 수 있어, 그동안 용해성 마이크로니들에 적용이 어려웠던 바이오의약품도 적용할 수 있게 됐다는 점에서 마이크로니들의 활로를 개척한 중요한 연구로 평가된다.

정형일 교수는 “기존 용해성 마이크로니들의 단점들을 보완할 필요가 있었다” 면서 “이번 연구를 통해 당뇨 환자들이 당뇨병을 스스로 쉽게 관리할 수 있는 초석을 다졌다.”고 말하며, “더 나아가 기존 마이크로니들에는 적용할 수 없었던 다양한 약물들을 EMN을 통해 전달할 수 있게 되기를 기대해 본다.”고 밝혔다. 

주빅의 양휘석 대표는 “주빅은 마이크로니들 분야의 연구개발 노하우와 이번 연구 성과를 바탕으로 기존 마이크로니들의 탑재 약물 활성 및 피부 내 정량 전달을 크게 개선한 새로운 의약품을 지속적으로 개발할 것”이라며 “이번 EMN 기술 개발을 통해 약물의 정량 탑재 및 전달이 중요한 백신, 호르몬을 탑재한 의약품 마이크로니들의 성공적인 개발이 기대된다.”고 밝혔다.

이 연구는 보건복지부 재원으로 한국보건산업진흥원 보건의료기술연구개발사업의 지원과 한국연구재단 감염병차세대백신기초원천핵심기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 “Egg microneedle for Transdermal Delivery of Active Liraglutide”라는 제목으로 보건의료 분야의 권위 있는 국제 학술지 ‘어드밴스드 헬스케어 머티리얼즈(Advanced Healthcare Materials, IF 11.092)’에 표지논문으로 게재됐다.

[그림 2. ‘Advanced Healthcare Materials’ 저널 표지. 용해성 마이크로니들은 장기간 연구가 진행돼 왔지만 삽입률에 따른 약물 전달의 불균형이 문제점으로 제기돼 왔다. 저널 표지는 이러한 기존 용해성 마이크로니들의 문제점을 극복하는 에그 마이크로니들(Egg Microneedle)의 형상을 표현하고 있다.]

논문정보

● 논문제목: Egg Microneedle for Transdermal Delivery of Active Liraglutide

● 논문주소: https://doi.org/10.1002/adhm.202202473 

출처 : 연세소식, https://www.yonsei.ac.kr/ocx/news.jsp?mode=view&ar_seq=20230410135639788062&sr_volume=633&list_mode=list&sr_site=S&pager.offset=0&sr_cates=25