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인슐린 투여, 주사를 대체할 수 있는 경구 투여 약물 캡슐 개발

기사승인 2019.02.11  07:19:14

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- MIT와 브리검 여성병원, 제약 회사인 노보 노르디스크 공동연구팀, 블루베리의 크기의 캡슐(SOMA)은 압축된 인슐린으로 만든 작은 바늘을 포함하고 있으며, 캡슐이 위장에 도달 한 후에 주입

사진은 경구 투여 인슐린 캡슐(SOMA, Self-orienting Millimeter-scale Applicator)(사진:MIT)

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.

A: SOMA(캡슐)는 위벽에 국한되며, 조직 벽쪽으로 주입 메커니즘을 지정하고 약물 페이로드를 점막을 통해 주입, 약물은 용해 나머지는 신체에서 배출. B: 동전과 비교된 SOMA. C: 표범 거북(S.pardalis)과 SOMA의 비교(사진:논문캡처)

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.

표범 거북(S.pardalis)과 약물캡슐(SOMA)의 비교(사진:영상캡처)

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

최창현 기자 press0119@hanmail.net

<저작권자 © 세미나투데이 무단전재 및 재배포금지>
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