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약물 전달

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목차

1. 개요

약물 전달은 약물을 신체 내 특정 부위로 효과적으로 운반하고 전달하는 기술을 의미한다. 약물 전달 시스템은 표적 지향형, 방출 제어형, 흡수 개선형으로 분류되며, 표적 지향형은 능동적 및 수동적 시스템으로, 방출 제어형은 약물 방출 속도와 시기를 조절하여 약물 농도를 유지하는 데 중점을 둔다. 흡수 개선형은 약물의 체내 흡수를 촉진한다. 최근에는 나노 기술, 생물학적 제제 전달, 뇌로의 약물 전달 연구가 활발히 진행되고 있으며, 약물 작용 분리, 효과 증강, 부작용 경감, 사용성 개선, 경제성 향상 등의 장점을 가진다.

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약물 전달
약물 전달 개요
약물 전달 시스템의 예
약물 전달 시스템은 약물이 환자에게 투여되는 방식이다.
정의약물을 신체 내에 투여하여 치료 효과를 나타내는 과정 또는 방법
목표약물의 효능 증대
약물 독성 감소
환자 편의성 향상
분류제어 방출 시스템
표적 지향 시스템
자극 반응 시스템
약물 전달 방법
경구 투여약물을 입으로 섭취하는 방법
주사 투여약물을 주사기를 사용하여 신체에 투여하는 방법
종류:
정맥(IV)
피하(SC)
근육(IM)
경피 투여약물을 피부를 통해 흡수시키는 방법
예: 피부 패치
흡입 투여약물을 호흡기를 통해 흡수시키는 방법
국소 투여약물을 특정 부위에 직접 적용하는 방법
기타 투여 경로직장 투여
질 투여
안구 투여
비강 투여
약물 전달 시스템 종류
제어 방출 시스템약물이 특정 시간 동안 제어된 속도로 방출되도록 설계된 시스템
목적:
약물 농도 유지
투여 횟수 감소
부작용 감소
표적 지향 시스템약물이 특정 세포 또는 조직에 선택적으로 전달되도록 설계된 시스템
예:
나노 입자
리포솜
항체-약물 접합체(ADC)
자극 반응 시스템특정 자극(예: pH, 온도, 빛)에 반응하여 약물을 방출하는 시스템
활용:
암 치료
유전자 치료
약물 전달 기술
마이크로니들피부에 미세한 구멍을 만들어 약물 전달
나노 기술나노 입자를 이용한 약물 전달
3D 프린팅맞춤형 약물 전달 시스템 제작
약물 전달 연구 개발
중요성신약 개발 비용 증가에 대한 해결책
만성 질환 치료 효과 증대
R&D 투자신약 개발 투자 증가 추세
관련 분야
약학약물 설계 및 제형 개발
생체 재료 공학약물 전달 시스템에 사용되는 재료 개발
화학 공학약물 전달 시스템의 설계 및 제조 공정 개발

2. 종류

약물 전달 시스템(DDS)은 크게 표적 지향형, 방출 제어형, 흡수 개선형으로 나눌 수 있다.[44]


  • 표적 지향형 DDS: 약물을 특정 부위에만 전달하는 기술이다. 능동적 약물 전달 시스템과 수동적 약물 전달 시스템으로 나뉜다.[45]
  • 방출 제어형 DDS: 약물 방출 속도와 시기를 조절하여 약물 농도를 일정하게 유지하는 기술이다.
  • 흡수 개선형 DDS: 약물의 흡수를 촉진하여 효과를 높이는 기술이다.


이러한 약물 전달 기술은 약물 작용 분리, 효과 증강 및 발현, 부작용 경감, 사용성 개선, 경제성 향상 등의 효과를 가져다 줄 수 있다.[44]

효과설명
약물 작용 분리특정 작용만을 선택적으로 추출하거나 억제
효과 증강/발현효과가 더욱 정확해지고, 재현성 향상, 투여량 감소, 새로운 효능 발현
부작용 경감안전역 확대로 QOL 개선, 환자 부담 경감, 부작용으로 중단된 화합물의 약물 부활 가능
사용성 개선환자 및 의료 종사자 부담 감소, 순응도 불이행 문제 해결
경제성제품 수명 연장, 차별화, 의료비 및 관련 비용 절감, 연구·개발 효율성 향상



경피 흡수를 촉진하는 기술로는 전류를 사용한 이온 주입, 초음파를 사용한 초음파 도입[50], 극소 바늘로 피부에 구멍을 내는 마이크로니들 등이 있다.[51]

2. 1. 표적 지향형 DDS

표적 약물 전달은 다른 조직에 영향을 미치지 않고 필요한 부위에만 약물을 전달하는 기술이다.[22] 암과 같은 만성 질환 치료에 큰 영향을 줄 수 있어 많은 관심을 받고 있다.[23][24][25] 효과적인 표적 전달을 위해서는 약물 전달 시스템이 우리 몸의 방어 체계를 피하고, 목표 지점까지 순환할 수 있어야 한다.[26] 이를 위해 리포솜, 나노겔, 나노생명공학 등 다양한 약물 전달체가 연구되고 있다.[20][23][27]

이 기술을 통해 기대할 수 있는 점은 다음과 같다.

  • 약물 작용 분리: 특정 작용만을 선택적으로 조절할 수 있다.
  • 효과 증강/발현: 약효가 더 정확해지고, 재현성이 향상된다. 투여량을 줄이거나 새로운 효능을 기대할 수도 있다.
  • 부작용 경감: 안전성이 높아져 환자의 삶의 질을 개선하고, 부작용 때문에 개발이 중단된 약물을 다시 사용할 수 있게 한다.
  • 사용성 개선: 환자와 의료진의 부담을 줄이고, 약물 복용 지시를 잘 따르지 않는 문제(복약 순응도 불이행)를 해결하는 데 도움을 준다.
  • 경제성: 제품의 수명을 연장하고, 다른 제품과 차별화할 수 있다. 또한 의료비 및 관련 비용을 줄이고, 연구·개발 효율성을 높일 수 있다.


표적 지향형 DDS는 능동적 약물 전달 시스템과 수동적 약물 전달 시스템으로 나뉜다.[45]

; 항체 등의 사용

: 트랜스페린 수용체나 종양 특이 항원에 결합하는 물질(트랜스페린이나 각종 항체)을 입자 표면에 고정하면, 입자는 목표 조직에 더 많이 쌓이게 된다.

; 서방형 제제

: 약물이 체내에서 빠르게 흡수, 분해되지 않고 오랫동안 일정한 속도로 방출되도록 만들어, 약효를 지속시키는 제제이다.

2. 1. 1. 능동적 약물 전달 시스템

약물 운반체에 항체나 당쇄 등을 결합하여 표적 조직으로의 지향성을 제어한다. 항체-약물 접합체(ADC), 융합 단백질 등이 활용된다.[45]

2. 1. 2. 수동적 약물 전달 시스템

약물 운반체의 입자 크기나 친수성 등 물리화학적 성질을 이용하여 약물의 체내 동태를 제어한다.[45] 프로드러그, 폴리에틸렌 글리콜 변형, 고분자 미셀, 리포솜, 마이크로캡슐, 사이클로덱스트린, 나노 입자 등이 여기에 해당한다.[45]

; 약물을 포함하는 입자의 크기[46]

: 리포솜[47]이나 미셀[48]과 같은 입자의 크기를 말한다.

  • 직경 150nm 이하의 작은 입자를 피하 투여하면, 모세 혈관벽을 통과할 수 없지만 모세 림프관에는 침투할 수 있다. 림프관은 암 전이나 세균 감염의 주요 경로이므로, 항암제나 항생물질을 투여할 때 적합하다.
  • 직경 100nm 이하의 입자를 정맥 내 투여하면, 종양 조직 내의 신생 혈관은 벽이 거칠기 때문에 혈관벽을 통과한다. 따라서 입자가 고농도로 종양 내에 집적된다.
  • 직경 5μm 정도의 입자를 정맥 내 투여하면, 모세 혈관을 통과할 수 없으므로 폐에 입자가 집적된다.

2. 2. 방출 제어형 DDS

조절 방출 제제(Controlled-Release, CR) 또는 변형 방출 제제는 약물이 방출되는 속도와 시기를 변경하여 적절하거나 지속적인 약물 농도를 생성한다.[28] 최초의 조절 방출 제제는 1950년대 덱세드린이었다.[13] 이 시기에는 더 많은 약물이 CR 제형으로 개발되었으며, 피부를 통해 약물이 천천히 흡수되도록 하는 경피 패치도 도입되었다.[29] 그 후, 몇 달마다 투여해야 하는 항정신병 약물 및 성 호르몬용 창고 주사와 같이 다양한 약물의 물리 화학적 특성을 고려한 여러 CR 제품이 개발되었다.[30][31]

1990년대 후반부터 CR 제형 연구는 대부분 약물 청소율을 감소시키기 위해 나노 입자를 활용하는 데 집중하고 있다.[13][29]

많은 과학자들이 약물 방출 속도를 0차 반응으로 유지하여 혈중 약물 농도를 일정하게 유지하는 경구 제형을 개발하고자 노력했다. 그러나 몇 가지 생리적 제약으로 인해 이러한 경구 제형 개발은 어려움을 겪었다. 첫째, 장 하부로 갈수록 약물 흡수 능력이 감소하므로, 경구 제형이 위에서 장으로 이동하면서 약물 흡수가 감소한다. 시간에 따라 제형에서 방출되는 약물량이 감소하는 현상은 이러한 상황을 더욱 악화시킨다. 페닐프로판올아민 염산염 방출이 약 16시간 동안 일정한 혈중 농도를 유지한 것이 유일한 사례였다.[32]

2. 3. 흡수 개선형 DDS

약물 전달 시스템(DDS) 기술을 통해 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

  • 효과 증강 및 발현: 약효가 더욱 정확해지고 재현성이 향상된다. 투여량을 줄이거나 새로운 효능을 발현하는 등 적용 범위를 확대할 수 있다.

3. 현재의 노력

약물 전달에 대한 현재의 노력은 방대하며 서방형 제제, 표적 전달, 약물 운반체, 3D 프린팅 등의 주제를 포함한다.[19][20]

3. 1. 나노 기술과의 관계

나노기술은 원자 또는 아원자 수준에서 물질을 조작하는 연구 개발의 광범위한 분야이다. 의학, 에너지, 항공우주 공학 등 다양한 분야에 사용된다. 나노기술은 약물 전달 분야에도 응용된다.[21] 이는 나노입자를 사용하여 약물을 신체의 특정 부위로 운반하고 전달하는 과정이다. 나노기술을 약물 전달에 사용하면 특정 세포를 정확하게 표적하고, 약효를 높이며, 표적 세포에 대한 독성을 낮추는 등 여러 가지 장점이 있다.[21] 나노입자는 기존의 전달 방법으로는 도달하기 어려운 세포에 백신을 운반할 수도 있다.[21] 하지만 약물 전달에 나노입자를 사용하는 데에는 몇 가지 우려 사항이 있다. 일부 연구에 따르면 나노입자가 신체의 다른 부위에서 종양 발달에 기여할 수 있다고 한다.[21] 또한 나노입자가 환경에 유해한 영향을 미칠 수 있다는 우려도 커지고 있다.[21] 이러한 잠재적인 단점에도 불구하고, 약물 전달에 나노기술을 사용하는 것은 여전히 미래 연구를 위한 유망한 분야이다.[21]

3. 2. 생물학적 제제 전달

펩타이드, 단백질, 항체, 유전자 치료 또는 기타 생물학적 성분을 포함하는 제약 제제는 크기가 크거나 전하를 띠기 때문에 종종 흡수 (약리학) 문제가 발생하며, 신체에 들어간 후 변성 (생화학)될 수 있다.[3][11] 이러한 이유로, 최근 약물 전달 분야에서는 리포솜, 나노입자 약물 전달, 융합 단백질, 단백질 케이지 나노입자를 사용하고, 독소가 사용하는 생물학적 제제의 전달 경로를 활용하는 등 이러한 문제를 피하는 방법에 중점을 두고 있다.[3][33][34][35][36] 화학적 운반체를 통한 거대 분자의 세포 내 전달은 RNA 기반 COVID-19 백신에서 알려진 바와 같이 RNA에 가장 진보되어 있으며, 단백질 역시 생체 내에서 세포 내로 전달되었고 DNA는 시험관 내에서 정기적으로 전달된다.[37][38][39] 다양한 투여 경로 중 경구 투여가 환자에게 가장 선호된다. 그러나 대부분의 생물학적 약물의 경우 경구 생체 이용률이 너무 낮아 치료 수준에 도달하지 못한다. 투과 촉진제 또는 효소 억제제, 지질 기반 나노 운반체 및 마이크로니들을 포함하는 고급 전달 시스템은 이러한 약물의 경구 생체 이용률을 충분히 향상시킬 가능성이 높다.[40][41]

4. 뇌로의 약물 전달

뇌는 약물에 매우 민감하여 전신 투여 시 쉽게 손상을 입을 수 있다. 따라서 알츠하이머병, 파킨슨병 등 뇌 질환 치료제 개발 시 건강한 조직에 손상을 주지 않고 뇌로 약물을 전달하는 방법이 연구되고 있다. 예를 들어, 과학자들은 보호 혈액-뇌 장벽(BBB)을 통과하여 뇌에 직접 약물을 전달할 수 있는 나노 입자를 개발했다.[1]

5. 장점

약물 전달 시스템은 다음과 같은 장점을 가진다.[1]


  • 약물 작용 분리: 특정 작용만 선택적으로 추출하거나 억제한다.
  • 효과 증강/발현: 효과가 더 정확해지고, 재현성도 향상된다. 투여량 감소나 적용 범위 확대(새로운 효능 발현 등)를 기대할 수 있다.
  • 부작용 경감: 안전역을 확대해 삶의 질(QOL)을 개선하고, 환자 부담을 줄인다. 부작용으로 제약화가 중단된 화합물을 약으로 부활시킬 수도 있다.
  • 사용성 개선: 환자 및 의료 종사자 부담을 줄이고, 약물 복용 지시 위반(순응도 불이행) 문제 해결로 이어진다.
  • 경제성: 제품 수명 연장, 차별화를 도모한다. 의료비 및 관련 비용 삭감이 가능하며, 연구·개발 효율성을 기대할 수 있다.

참조

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