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방창현 교수 연구팀, 문어 빨판의 원리로 피부에 약물 전달하는 패치 개발 2024.02.01
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방창현 교수 연구팀, 문어 빨판의 원리로 피부에 약물 전달하는 패치 개발

- 음압 자극 이용한 약물전달 커핑 점착 패치 개발

- 화장품에서부터 의약품 시장까지 상용화 기대


▲ (왼쪽부터) 방창현 교수(교신저자), 김기현 교수(교신저자), 이지현 박사과정생(제1저자)


화학공학/고분자공학부 방창현 교수 연구팀은 문어 빨판을 닮은 인공흡착 컵들의 국소적인 음압*이 피부 각질층 구조 변형을 유도하여 약물전달을 촉진하는 효능을 확인하고, 이를 기반으로 간단히 부착이 가능한 저자극 비침습* 경피약물전달* 커핑* 점착 패치를 개발하였다. 이를 이용하여 약학과 김기현 교수연구팀과 공동으로 천연물(말톨*)을 이용하여 아토피 질환 동물 모델에 적용해 효과적 약물 전달 및 아토피 치료 가능성을 확인했다.

 * 음압: 물체 내부가 외부와 단절되어, 물체 내부의 기압이 감소될 때 나타나는 외부 기압과 압력 차이. 흡인력이라고도 함.

 * 비침습: 피부를 관통하지 않거나 신체에 어떤 구멍도 통과하지 않고 질병 따위를 진단하거나 치료하는 방법.

 * 경피약물전달: 피부를 통한 약물 전달 방법으로 바르거나 붙임으로써 약물이 전신에 흡수되도록 함.

 * 커핑: 피부에 음압을 가하여 복합적인 자극(각질층 자극, 피부 혈관 확장 및 혈액순환 증대, 표피의 재생력과 저항력 향상 등)을 가하는 효과.

 * 말톨: 주로 풍미 강화제로 사용되는 천연물이며, 최근 성균관대 김기현 교수 연구팀에서 아토피 치료 효능을 새롭게 밝힘.

▲ 연구팀이 개발한 커핑패치. 문어 빨판의 원리를 이용한 지름 3mm의 흡착 컵들이 붙어있다.


피부를 통해 약물을 전달하는 방법은 사용이 간편하고 국부적으로 약물을 전달할 수 있다는 장점이 있지만 외부 물질로부터 인체를 보호하는 역할인 피부 조직, 특히 밀도 높은 각질층의 구조적 특성으로 인해 전달효율에 한계가 있었다.


본 연구는 방창현 교수 연구팀에서 2017년 네이처(Nature) 誌에 보고한 돌기를 갖는 인공문어 빨판을 굴곡진 피부에 적용하기 적합하도록 컵의 형태와 소재를 획기적으로 개선하여 작은 힘으로 다양한 움직임과 거칠고 습한 피부에 안정적인 점착이 가능하고 피부음압자극으로 효과적인 약물 전달이 가능한 경피약물전달 커핑 점착 패치를 개발한 것이다. 연구팀이 개발한 커핑 패치는 패치를 적용하는 것 외에 별도의 전원장치나 부가 장비를 필요로 하지 않아 경제성과 사용성이 크게 향상되었다.


피부에 적용한 패치의 영향을 투과전자현미경을 통해 분석한 결과, 음압에 의해 피부 각질층 간의 미세한 공간이 발생하는 것을 관찰하였고 다양한 피부에 적용하였을 때 약물의 전달 깊이가 적용 부위에 균일하게 효과적으로 증가함을 확인하였다.

※ 투과전자현미경: 고전압으로 가속된 전자 빔을 관찰하려는 대상에 투과하여 수십만 배 이상으로 확대, 관찰할 수 있는 전자현미경.


이외에도 레티놀, 히알루론산 등 다양한 분자량과 성질을 가진 약물 및 유효물질들과 패치를 함께 적용했을 때도 효과적인 전달율을 확인할 수 있었으며, 다양한 피부 모델(돼지 피부, 인공 피부, 인체 피부)에서도 촉진 효과가 유지되었다.


연구팀은 약학과 김기현 교수팀과의 공동연구를 통해 천연 활성물질(말톨)이 탑재된 경피약물전달 커핑 점착 패치를 아토피 피부염을 유도한 동물모델에 적용하였고 그 결과 기존의 면역조절 아토피 피부염 치료제 도포 방식 대비 향상된 치료 효과를 보여주었다.

▲ 문어의 빨판을 닮은 점착 컵의 커핑 패치. 기존의 약물 도포 대비 향상된 약물 전달효율 비교.


연구팀은 “복잡한 추가 장비 없이 저자극 비침습적으로 피부 부착을 통한 효과적인 약물전달을 가능하게 하는 본 패치 기술은 화장품, 나아가 의약품으로까지 확장될 수 있으며 새로운 개념의 경피약물전달 시스템 원천 기술을 제공할 수 있을 것으로 기대하고 있다”고 밝혔다. 연구결과는 현재 성균관대학교 교내 창업기업인 (주)미메틱스에 기술이전을 완료해 제품화가 진행 중이다.


본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 신진연구사업과 보건복지부 피부과학 응용소재 선도 기술 개발 사업의 지원으로 수행되었다. 연구팀의 이번 연구의 성과는 국제학술지 ACS Nano(IF: 17.1)에 지난 1월 22일 온라인 게재되었고, 저널 커버로 선정되었다.


이번 연구는 한국과학기술연구원 천연물 연구소 김수남 박사, 성균관대학교 김진웅 교수, 포항공과대학 이기라 교수 등이 공동으로 참여하였다.


※ 논문명: Artificial octopus-limb-like adheisve patches for cupping-driven transdermal delivery with nanoscale control of stratum corneum

※ 저자명: 방창현(교신저자), 김기현(교신저자), 이지현(제1저자)


○ 관련 언론보도

- [사이언스샷] 약물전달? 주사기는 가라, 문어 빨판이 맡는다 <조선비즈, 2024.02.01.>

- 성균관대 연구진, 문어 빨판 원리로 피부에 약물 전달하는 패치 개발 <에듀동아, 2024.02.01.>
- 성균관대 연구진, 문어 빨판 원리로 피부에 약물 전달하는 패치 개발 <한국대학신문, 2024.02.01.>
- 성균관대 “문어 빨판 원리로 피부에 약물 전달” <대학저널, 2024.02.01.>
- 방창현 성균관대 화학공학·고분자공학부 교수 연구팀, 문어 빨판 원리로 피부에 약물 전달하는 패치 개발 <스마트경제, 2024.02.01.>
- 성균관대 , 문어 빨판 원리로 피부에 약물 전달하는 패치 개발 성공 <이뉴스투데이, 2024.02.01.>
- 성균관대 연구진, 문어 빨판 원리로 피부에 약물 전달하는 패치 개발 <교수신문, 2024.02.01.>
- 성균관대 연구진 문어 빨판 원리로 피부에 약물 전달하는 패치 개발 <베리타스알파, 2024.02.01.>
- 성균관대 연구팀, ‘문어 빨판 원리’로 피부에 약물 전달하는 패치 개발 <팝콘뉴스, 2024.02.01.>

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