다양한 분야가 의학에 응용되면서 현대 의학 기술은 기하급수적인 속도로 발전하고 있습니다. 그 덕에 많은 사람의 수명이 연장됐고, 더욱 많은 질병을 효과적으로 치료할 수 있게 되었습니다. 이 글에서는 그중 대표적인 기술 중 하나인 ‘약물 전달 시스템’(Drug Delivery System)의 기본 개념과 나노 기술을 이용한 최신 약물 전달 기법 및 그 응용을 소개하고자 합니다.
우선 약물 전달 기술, 또는 약물 전달 시스템이란 무엇일까요? 똑같은 약물이라도 전달하는 방법에 따라서 효능이 천차만별 달라지기 마련입니다. 이처럼 의약품의 부작용을 최소화하면서 효능을 극대화해 필요한 양의 약물을 효율적으로 전달하는 투여 경로와 약의 형태를 보고 ‘약물 전달 시스템’(Drug Delivery System)이라고 합니다.
약물 전달 시스템의 가장 흔한 예시로는 직접 입으로 섭취하는 것이 있습니다. 사실 어쩌면 시스템이라고 부르기도 어려울 정도로 간단하지만, 전 세계적으로 널리 이용되고 있습니다. 그러나 이 방법은 소화, 호흡, 순환기관을 통해 온몸에 전달되기 때문에 몸 전체에 영향을 주고, 약효가 오래가지 않기에 개선할 필요가 있습니다.
몇십 년 동안 과학자들은 더욱 효율적인 약물 전달 시스템 개발을 위해 애써왔고, 그중 한 가지 방법이 나노 기술을 이용하는 것입니다. 그렇다면 왜 굳이 나노 기술을 도입한 것일까요? 나노 기술의 장점을 몇 가지 얘기하자면, 우선 나노입자는 특정 병적 부위에 약물을 전달하도록 설계될 수 있습니다. 또 정확한 곳에 정량의 약을 투여할 수 있으며, 부작용을 최소화할 수 있습니다.
그리고 활성 약제가 영향을 받는 부위에만 침전되기 때문에 투여량과 치료비용을 줄일 수 있고, 세포막을 지나 세포질에 침투할 수 있는 능력 덕분에 효율성을 높일 수 있습니다.
그 외에도 약물이 특정한 신호 때문에 촉발될 때 활성화되는 형태로 몸 안에서 유도될 수 있고, 몸 안에서 조절된 약물 방출을 최소화해 부작용으로 발생할 수 있는 조직 손상을 최소화하는 등의 장점이 존재합니다.
케이스 웨스턴 리저브 대학 과학자들은 나노 입자 체인을 사용해 쥐의 유방암 세포에 약물 독소루비신을 전달하는 실험을 진행했습니다. 나노입자는 종양 안으로 도입된 다음 약물을 파열시키는 형태로 방출했는데, 이 연구를 통하여 같은 약물을 사용한 표준 치료법과 비교하면 나노입자를 사용한 약물 투여가 종양의 성장을 더 빨리 중단할 수 있음을 알 수 있습니다. 또 최근 하버드대 위즈 연구소도 출혈을 줄이는데 나노입자의 효과를 입증하는 쥐 실험에 성공했다고 밝혔습니다. 이 연구결과는 출혈을 줄임으로써 표준 혈전증 치료를 돕는 나노 치료제로 주목을 받고 있습니다. 또 바이러스를 모방해 만든 ‘크네델’(knedel)이라고 하는 나노 입자도 개발되었는데, 크네델에는 만두처럼 외피와 속 공간이 있어 공간에 유전자 치료제를 넣어 전달할 수 있습니다.
또 나노 기술을 통해 더욱 정교하고 내구성이 뛰어난 수술 장비를 만듦으로써 치과 진료 기술을 발전시킬 수 있고, 나노기술로 인해 중추신경 상태의 관리가 더욱 쉬워지면서 이러한 질병의 조기 진단과 치료, 예방이 가능해질 것으로 기대됩니다. 폐병에서는 ‘MOF’라는 100㎚ 이하의 유기 구조체를 이용한 작은 케이지 제작을 통해 특정 폐 세포를 약물 분자를 전달함으로써 부작용을 최소한으로 줄이고 이미 섭취한 약물이 폐로 집중적으로 전달할 수 있게 하여 치료 방법을 개편하였습니다.
전문가들은 의학 부문에서 나노기술의 급속한 발전이 광범위한 질병 퇴치를 위한 무한한 가능성을 제공할 것으로 예상했습니다. 미래에는 암, HIV, 중추신경계통의 질환 및 폐와 관련한 만성적인 질환 등도 나노 의학에서 해결책을 찾을 수 있다고 주장했고, 그만큼 많은 과학자가 나노 기술을 연구하며 많은 기대를 걸고 있습니다.
원하던 케미 2019 봄호
작성자: 18-085 이나영
분야: 나노기술
참고문헌:
[1] X. J. Loh, P. Peh, S. Liao, C. Sng and J. Li. Controlled drug release from biodegradable thermoresponsive physical hydrogel nanofibers. Journal of Controlled Release. 2010; 143: 175-182.
[2] S. Patel, K. Kurpinski, R. Quigley, H. Gao, B. S. Hsiao, M.-M. Poo and S. Li. Bioactive nanofibers: synergistic effects of nanotopography and chemical signaling on cell guidance. Nano Letters. 2007; 7: 2122- 2128.
[3] I. Ahmed, H.-Y. Liu, P. C. Mamiya, A. S. Ponery, A. N. Babu, T. Weik, M. Schindler and S. Meiners. Three-dimensional nanofibrillar surfaces covalently modified with tenascin-C-derived peptides enhance neuronal growth in vitro. Journal of Biomedical Materials Research Part A. 2006; 76A: 851-860
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[1] S. Patel, K. Kurpinski, R. Quigley, H. Gao, B. S. Hsiao, M.-M. Poo and S. Li. Bioactive nanofibers: synergistic effects of nanotopography and chemical signaling on cell guidance. Nano Letters. 2007; 7: 2122- 2128.
동영상:
[1] https://www.youtube.com/watch?v=x-jyvHS65vo
[2]https://www.youtube.com/watch?v=4erWCSGe1tM
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