약물전달시스템, 의료분야의 새로운 패러다임
약물전달시스템, 의료분야의 새로운 패러다임
  • 최국림 기자
  • 승인 2020.09.03 14:06
  • 댓글 0
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DDS, 높은 수익성 기대
고분자 DDS, 항체-약물 결합체 등 다양
나노캡슐, 융합기술을 이용한 DDS

제약 산업에서는 신약개발 못지 않게 약물전달시스템(Drug Delivery System, DDS) 개발이 중요시 되고 있다. DDS 기술은 필요한 양의 약물을 원하는 표적에 효율적으로 전달하고 부작용을 최소화할 수 있는 제형을 설계하여 약물치료를 최적화하는 기술을 말한다.

출처: 게티이미지뱅크
출처: 게티이미지뱅크

DDS, 신약개발 못지 않게 중요

약물전달시스템 개발은 질병을 효과적이고 경제적으로 치료를 할 수 있게 함으로써 전세계적인 고령화 시대에서 각종 질환으로 인해 발생하는 사회적 비용을 줄일 수 있는 중요한 역할을 하게 되었다. 또한, DDS기술은 기존의 약물은 물론 앞으로 개발될 약물에 광범위하게 적용될 수 있어 신약개발에 버금가는 수익 창출이 가능하다. IT, BT, NT과 같은 여러분야의 기술들이 접목된 융합기술(Convergence Technology)이며 , 최근에는 가장 중요한 R&D의 첨단역할을 하고 있는 NT를 접목 시킨 나노의약품에 대한 관심이 증대되고 있다.

DDS는 전달경로, 약물의 종류 및 전달 기술의 형태에 따라 분류할 수 있다. 투여 경로(부위)에 따라 경구형, 주사형, 폐흡입형, 경피형, 점막투여형, 삽입형 등으로 분류된다. 용도에 따라 흡수촉진형, 약효지속형, 표적부위집중형, Intelligent DDS 등으로 분류된다.

DDS는 약물을 표적분자에 직접적으로 전달하는 것으로, 고분자를 이용한 약물전달시스템과 융합기술을 통한 약물전달장치 시스템으로 나뉘어진다(BRIC View 2019-T27).

 

고분자를 이용한 약물전달시스템

고분자를 이용한 약물전달시스템에 이용되는 고분자로는 보통 합성 고분자(synthetic polymer), 단백질, 마이셀(micelle), 리포솜(liposome) 그리고 항체(antibody) 등이 있는데 원리는 약물을 고분자와 공유결합을 시키거나 캡슐 형태로 만들어 이용하는 것이다

고분자-약물 결합체(polymer-drug conjugation)에는 폴리에틸렌글라이콜(polyethylene glycol; PEG)이나 폴리글루타메이트(polyglutamate), 히알루론산(hyaluronic acid, HA)등과 같은 고분자 물질이 사용되는데 한번에 링크될 수 있는 약물의 양에 한계가 있다던가, 우리 몸에 축적될 수 있다는 위험성이나 반감기가 빠르다는 단점들이 여전히 존재하고 있다

이러한 단점을 보완하기 위해 고안된 단백질-약물 결합체(protein-drug conjugation)는 약물과 단백질 사이의 이온 결합을 통해 운반가능한 약물의 양을 증가시킬수 있고, 남아 있는 단백질의 경우는 우리 몸에서 대사반응을 통해  보통의 단백질로 대사체가 될 수도 있어 축적에 대한 위험성을 줄일 수 있다.

리포좀은 두 층의 지방으로 구성된 자가결집(self-assembled) colloidal 구형 구조로 바깥쪽의 이중 지방층이 중앙의 수용성 공간을 에워싸고 있는 형태를 보인다. 이러한 특성을 기반으로 약물전달체로 이용하게 되는데 투여랑이 많고 표적화한 전달이 가능하다는 장점이 있다.

이 외에 항체-약물 결합체(antibody-drug conjugation,   ADC)는 항암제를 항체에 결합(linking)한 뒤 표적암에 항원을 인식시켜 항암제의 효과를 보는 것이다. ADC는 약물, 단클론 항체, 그리고 항체와 약물을 연결하는 링커 (linker)를 포함한 세 가지 구성 요소로 구성되어 있으며, 암 세포의 표면에 발현된 특정 항원에 특이적으로 결합하는 항체를 사용하여 약물을 종양세포에 전달하는 방법이다.

ADC는 체내 혈액 순환 (circulate)시 unconjugate된 항체와 같은 특성을 보유해야 한다. 특히, 링커는 혈류에 안정(stable)하여 약물이 항체로부터 분리되는 것을 막아 타겟에 도달할 때까지 prodrug상태로 유지되어 정상적인 조직에 입히는 피해를 최소화 해야 한다. 그러나, 약물의 양이 한계가 있고 거부반응을 보일 수 있다는 단점이 있다. 따라서 항체에 결합되어 ADC로 사용될 약물은 보편적으로 사용되는 항암제보다 100-1000배 이상 세포독성이 있는 약물을 사용한다.

 

융합기술을 이용한 약물전달시스템

DDS에 가장 영향을 끼친 것 중의 하나는 나노 캡슐 기술이다. 나노기술은 항체, 펩타이드, 당류 등과 리간드를 함유하는 리포좀 및 고분자 나노입자 등으로 표적 지향적 약물전달에 널리 활용되어지고 있다. 나노 캡슐은 고분자 껍질과 내부심으로 구성되는데, 특정 온도에만 녹게 하거나 항원-항체반응으로 목표지점에만 터질 수 있게 하여 표적 치료를 가능하게 한다.

최근 경희의대 김도경 교수와 한국과학기술연구원(KIST) 김효영 박사 공동 연구팀은 뇌에서 발생하는 가장 대표적인 암종인 교모세포종(glioblastoma)을 표적해 치료할 수 있는 새로운 나노 치료제를 개발했다고 밝혀 화제다(청년의사 2020.06.19.). 교모세포종은 진단 후 평균 생존기간이 12~15개월이고 발병 후 5년 이후 생존율이 5% 미만인 악성 종양이다.

연구팀은 ‘다공성 실리콘 나노입자(porous silicon nanoparticle)'를 치료제의 새로운 플랫폼으로 선택했다. 이는 생체독성이 상당히 낮고 약물의 탑재 효율이 매우 높으며 탑재된 약물의 방출 시간과 장소를 조절할 수 있다는 장점이 있다.

출처: 게티이미지뱅크
출처: 게티이미지뱅크

노령화사회에서 이슈가 되고 있는 퇴행성 뇌질환인 치매나 파킨슨병의 치료약 개발에도 약물전달시스템이 중요한 요소가 되었다. 뇌혈관장벽(blood-brain barrier, BBB)이 평상시에는 외부독성물질을 막아주는 중요한 역할을 하는 반면 질병이 발생했을 때에는 약물의 전달도 어렵게 만들기 때문이다. 따라서 최근에는 단백질 전달체를 사용하거나 바이러스 벡터를 이용하여 BBB를 투과시키는 여러방법들이 연구되어지고 있다.

이 외에도 임플란트 디바이스나 마이크로니들 같은 약물전달 장치에 대한 연구도 활발히 진행중이다. 임플란트 디바이스는 체내 이식이 가능한 약물을 탐지할 수 있으며 마이크로니들은 피부를 통해 약물을 원하는 부위에 전달할 수 있다.

국내에서도 의료분야의 발전에 따라 셀리버리의 약리물질 생체내 전송기술(TSDT)등 약물전달시스템 분야의 연구 활동이 활발해지고 있다. 평균 10년 이상의 기간과 천문학적인 비용이 소요되는 신약 개발과 비교해 볼 때 약물전달 기술 개발은 전망이 밝은 연구 분야인 것은 확실하다.

[바이오타임즈=최국림 기자]

 


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