화학공학부 박재형 교수와 방창현 교수 공동연구팀(주저자: 송민우 학생, 하민지 학생, 신솔 박사)이 차세대 경피 약물전달 시스템의 핵심 기술을 개발했다. 연구팀은 문어 빨판 구조를 모사한 흡착컵과 짧은 마이크로니들을 결합해, 통증 없이 엑소좀과 같은 거대분자 치료물질을 피부 깊숙이 전달할 수 있는 '피부 고밀착형 이중증폭 경피 약물전달 패치'를 구현하는 데 성공했다. 이 성과는 주사 기반 치료의 한계를 극복하고, 미용·항노화 치료부터 스마트 헬스케어까지 다양한 임상 응용의 가능성을 열었다.

- 기존 기술의 한계를 극복한 혁신적 설계

이번 연구는 기존 마이크로니들 패치가 갖는 통증과 피부 자극 문제를 해결하는 데 초점을 맞췄다. 피부의 가장 바깥층인 각질층은 외부 물질의 침투를 차단하는 촘촘한 구조로 외부 물질의 침투를 차단한다. 때문에 연고나 크림으로는 엑소좀이나 단백질 같은 생물학적 제제를 진피층까지 전달하기 어렵다. 기존 마이크로니들 패치는 이를 극복하기 위해 600 μm 이상의 긴 바늘을 사용했지만, 통증과 피부 자극이 발생하고, 굴곡지거나 땀 등으로 인해 습한 피부에서는 밀착력이 떨어지는 문제가 있었다.

연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 문어 빨판의 음압 형성 원리를 이용한 흡착컵 구조를 패치 표면에 설계하고, 300 μm 이하인 짧은 마이크로니들을 함께 결합한 새로운 형태의 이중촉진 구조를 구현했다. 이 패치는 외부 전원이나 별도의 장치 없이 피부에 부착만 하면 흡착컵 내부에 미세 음압이 형성되어 피부에 안정적으로 밀착된다. 동시에 음압으로 각질층이 일시적으로 미세하게 열리면서 마이크로니들의 침투 효율이 증폭되어, 엑소좀과 같은 거대분자 제제를 진피층까지 효과적으로 전달한다.

- 뛰어난 효과와 안정성 입증

동물실험 결과, 새로 개발된 엑소좀 경피전달 패치는 기존 니들패치 방식 대비 약물 전달 깊이를 약 2.6배(최대 290 μm) 증가시켰으며, 피부 내 콜라겐 생성을 촉진하고 활성산소종(ROS)을 감소시켜 노화된 피부의 미세환경을 개선하는 효과를 보였다. 특히 굴곡지고 습한 피부 환경에서도 패치가 안정적으로 밀착되어, 장시간 사용 시에도 약물 전달 효율이 유지됨이 검증되었다.

- 다양한 분야 응용 가능성

이 연구의 피부 부착형 이중촉진 약물전달 패치는 피부 자극 없이 거대분자 치료 물질을 피부 깊숙이 전달할 수 있도록 설계되었으며, 생체적합성이 우수하고 밀착력이 뛰어나 일상생활 중에도 안정적으로 사용할 수 있다. 엑소좀 뿐만 아니라 단백질, 핵산 등 다양한 생체유래 치료제를 효과적으로 전달할 수 있어, 향후 미용·항노화 치료뿐 아니라 스마트 헬스케어 패치 등으로 활용 범위를 확대할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구는 범부처 재생의료기술개발사업단의 재생의료 원천기술개발사업, 국가과학기술연구회의 융합연구단사업, 과학기술정보통신부·한국연구재단의 중견연구 및 글로벌선도연구센터(GSRC)사업, 산업통상자원부의 시장선도형 K-sensor 기술개발사업의 지원으로 수행되었다.

본 연구성과는 국제학술지 Nano-Micro Letters (IF 36.3, JCR 상위 1%)에 2025년 7월 23일 온라인 게재되었으며, 저널 표지논문(Cover Paper)으로 선정되었다.

*논문명: A Hierarchical Short Microneedle-Cupping Dual-Amplified Patch Enables Accelerated, Uniform, Pain-Free Transdermal Delivery of Extracellular Vesicles

*학술지: Nano-Micro Letters

*논문링크: https://doi.org/10.1007/s40820-025-01853-7

*연구포털: https://pure.skku.edu/en/persons/jae-hyung-park/ (박재형 교수),  https://pure.skku.edu/en/persons/changhyun-pang/(방창현 교수)