MIT와 하버드 의과 대학 브리검 여성병원(Brigham and Women 's Hospital), 제약 회사인 노보 노르디스크(Novo Nordisk) 공동연구팀은 인슐린을 경구 투여하는 데 사용할 수 있는 약물 캡슐(인슐린 및 기타 생물학적 물질의 경구 전달을 위한 자기 방향성 밀리미터 규모의 응용 프로그램 SOMA, Self-orienting Millimeter-scale Applicator)을 개발하여 제1형 당뇨병 환자(인슐린 의존형 당뇨병: Insulin-Dependent Diabetes Mellitus: IDDM) 에게 매일 주사해야하는 주사를 대체할 수 있다고 밝혔다.
블루베리의 크기의 캡슐(SOMA)은 압축된 인슐린으로 만든 작은 바늘을 포함하고 있으며, 캡슐이 위장에 도달 한 후에 주입된다. 동물 실험에서 혈당을 낮추기 위해 피부를 통해 주사한 것과 비교할 수 있는 수준의 충분한 인슐린을 투여할 수 있으며, 이 장치가 또 다른 단백질 약물을 전달하기 위해 적용될 수 있음을 보여주었다고 덧붙였다.
이 연구 결과는 2월 7일자 사이언스(Science Journal)에 게재됐으며, 연구팀은 수석 저자로 하버드 의과 대학의 브리검 및 여성병원(Brigham and Women 's Hospital) 조교수이자 2019년부터 MIT의 메사추세츠 공과대학, 의학공학 및 과학연구소(Institute for Medical Engineering) 교수로 활동 중인 지오반니 트래버소(Giovanni Traverso) 교수가 그리고 MIT 대학원생 강민수(Minsoo Khang), 알렉스 에이브람슨(Alex Abramson) 등과 덴마크 제약 회사인 노보 노르디스크(Novo Nordisk) 등의 과학자들을 포함하고 있다.
몇 년 전, 트래버소와 동료 연구원들은 위나 소장의 내벽에 약을 주입하는 데 사용할 수 있는 작은 바늘로 코팅된 알약을 개발했었지만 효과가 있기 전에 위산으로 분해돼 그 효과가 미비했다. 이번 새로운 캡슐의 경우 연구자들은 디자인을 단 하나의 바늘로 변경하고 위 내부에 약물을 주입하지 않고 위벽에 주입할 수 있도록 했으며, 바늘의 끝은 일반적으로 약의 정제에 사용된 것과 동일한 과정으로 거의 100% 압축된 '동결 건조 인슐린'으로 만들어졌다.
또한 위벽에 들어가지 않는 바늘의 샤프트는 생분해성 물질로 만들어졌으며, 캡슐 내에서 바늘은 설탕으로 만든 디스크로 고정된 압축 스프링에 부착된다. 캡슐을 삼키면 위장에서 물로 설탕 디스크를 녹여 스프링을 방출하고 바늘이 위 벽에 주입되는 것이다. 위벽에는 통증 수용체가 없으므로 환자가 통증을 느낄 수 없다.
이 시스템은 표범 거북이라고 알려진 거북이에게서 자기 방향성에 대한 영감을 얻었다. 이 거북이는, 아프리카에서 발견되는 것으로, 높고 가파른 돔을 가진 껍데기를 가지고 있는데, 이 거북은 만약 굴러갈 때 스스로 바로 잡을 수 있게 해준다. 연구원들은 이 거북을 컴퓨터 모델링 해 이 캡슐 모양을 디자인했다. 결과적으로 이 캡슐은 위장의 역동적인 환경에서도 방향을 바꿀 수 있게 됐다.
또 약물이 위벽에 주입되도록 하기 위해 캡슐이 위장에 도달했을 때 바늘이 위장의 내벽과 접촉하도록 방향을 지정할 수 있도록 시스템을 설계했다. 일단 주사 바늘 끝이 위 벽에 주입되면, 인슐린은 연구원이 조절할 수 있는 속도로 용해된다. 이 연구에서는 투여된 인슐린이 혈류로 완전히 방출되는 데 약 한 시간이 걸렸다.
한편 연구팀은 돼지 시험에서 최대 300 마이크로그램의 인슐린을 성공적으로 공급할 수 있었으며, 최근에는 5 밀리그램으로 용량을 증가시킬 수 있었는데, 이것은 1 형 당뇨병 환자에게 주사해야 하는 양과 비슷하다. 또한 캡슐은 내용물을 방출 한 후에는 소화 시스템을 통해 무해하게 통과 할 수 있었으며, 캡슐에서의 부작용은 발견하지 못했다.(참고, 논문명: An ingestible self-orienting system for oral delivery of macromolecules/바로가기)