과제: 대부분의 약물은 효과를 발휘하기 위해 혈류로 들어가야 하며, 이는 합성 인슐린과 GLP-1 작용제(인기 있는 새로운 체중 감량 약물)를 포함하는 생물학적 공급원으로 만든 약물 종류인 바이오의약품의 경우 어려울 수 있다.

이러한 약물은 상대적으로 불안정하고 크고 무거운 분자를 포함하고 있기 때문에 경구로 복용하기가 어렵다. 위장관에서 너무 많이 분해되고 너무 커서 이를 통해 혈류로 들어갈 수 없다. (효과가 있다고 하더라도 경구용 버전은 혈류에 도달하는 양이 너무 적어 잠재적으로 비용이 증가하기 때문에 훨씬 더 많은 용량이 필요한 경우가 많다.)

대신, 약물은 일반적으로 주사를 통해 투여되어야 하는데, 이는 고통스럽고 불편할 수 있으며 바늘을 두려워하는 인구의 25%에 속하면 불안을 유발할 수 있다.

바늘 없는 약물 전달: ETH Zurich의 연구원들은 이제 작은 흡입 컵처럼 보이는 바이오치료제용 바늘 없는 약물 전달 방법을 개발했다. 약물이 채워지면 패치처럼 뺨 안쪽에 붙여서 약물이 혈류로 들어가도록 한다.

공동 책임자인 네베나 파우노비치(Nevena Paunović)는 "이것은 수백만 명의 사람들에게 주사와 관련된 두려움과 고통을 덜어줄 수 있는 완전히 새로운 약물 전달 방법이다."고 말했다.

동전 옆에 있는 3D프린팅 장치. 출처: ETH Zurich/Luo Z et al.

작동 원리: 지 루오(Zhi Luo) 연구원은 식사 중에 흡입으로 인해 후추 열매의 절반이 뺨 안쪽에 달라붙었을 때 이런 방식으로 약물을 전달하는 아이디어를 생각해냈다고 말했다.

그와 그의 동료들은 젖고 미끄러운 표면에 달라붙을 수 있는 문어 촉수의 빨판에서 영감을 얻어 흡입 기반 약물 전달 시스템의 프로토타입을 설계하기 시작했다. 그런 다음 여러 디자인을 3D프린팅하여 돼지 볼에 테스트했다.

공동 연구 책임자인 클라인 세레욘(Klein Cerrejon)은 “흡인 컵을 뺨의 점막 내벽에 고정하고 손상을 일으키지 않고 충분히 늘리려면 어떤 기하학적 구조와 얼마나 많은 진공이 필요한지 알아내야 했다.”고 말했다.

문어 촉수의 빨판이 디자인에 영감을 주었다. 출처: ETH Zurich/Luo Z et al., 편집됨

다음으로, 연구자들은 "부형제"로 사용할 비활성 물질을 찾았다. 이 물질은 장치 내부에서 생물학적 치료제의 운반체 역할을 하고 늘어진 점막 내벽을 통과하는 데 도움이 될 수 있다.

"흡착 컵은 완전히 새로운 전달 시스템이기 때문에 올바른 물질을 찾기 전에 광범위한 실험을 해야 했다."고 세레욘은 말했다. "천연 내인성 물질이 이 작업에 매우 적합하다는 것이 밝혀졌다."

결과: 바늘 없는 약물 전달 시스템에 담체 물질과 데스모프레신(체내 수분 조절에 도움이 되고 경구 흡수율이 낮은 것으로 알려진 바이오의약품)을 혼합한 후 연구자들은 개를 대상으로 테스트했다.

경구 형태의 약물에 비해 흡입 컵 장치는 동물의 혈류로 약물의 최대 두 배를 흡수했다.

그런 다음 연구자들은 Wegovy로 판매되는 체중 감량 약물인 세마글루티드로 테스트를 반복한 결과, 이 장치가 FDA가 승인한 경구용 약물(Rybelsus)만큼 많은 양의 약물이 개의 혈류로 들어가는 것을 발견했다.

30분 후에도 약물의 90% 이상이 장치에 남아 있기 때문에 약물이 담체에 용해되는 속도를 바꾸거나 단순히 흡입 컵을 입 안에 더 오래 두는 등의 방법으로 흡수를 높일 수 있는 기회가 있다고 생각한다.

페이로드를 전달하는 장치의 단계를 보여주는 다이어그램. 출처: ETH Zurich / Luo Z et al.

연구진은 패치에 대한 사람들의 느낌을 테스트하기 위해 40명의 지원자에게 물로 채워진 패치를 30분 동안 볼 안쪽에 부착하도록 요청했다.

장치 사용 시 느낌이 어떠냐는 질문에 참가자 37명은 전혀 불편함을 느끼지 않거나 약간만 불편함을 느꼈다고 했으며, 40명 모두 흡착컵을 제거한 후 24시간 동안 부착 부위에서 특별한 느낌을 받지 못했다고 말했다.

7명은 이 장치가 말하기 능력에 "어느 정도" 영향을 미쳤다고 말했고, 32명은 말하기에 미치는 영향이 경미하거나 존재하지 않는다고 말했다(자원봉사자 한 명은 질문에 답하지 않았다). 매일 약을 복용해야 하는 경우 31명은 주사 대신 흡입 컵을 사용하는 30분을 선택한다고 말했다.

두 손가락을 사용하여 흡착컵을 뺨에 누르는 방법을 보여주는 사람. 이미지 출처: Transire Bio

미래 전망: 연구자들은 당뇨병 환자가 인슐린을 전달하기 위해 흡입 컵을 사용할 때 필요한 것처럼 흡입 컵을 반복적으로 적용하는 것의 영향에 대해 여전히 연구가 필요하다고 지적한다. 이제 계획은 건강한 지원자를 대상으로 한 임상시험을 준비하기 위해 더 많은 테스트를 실시하는 것이다.

궁극적으로 파우노비치와 세레욘은 신생 기업인 Transire Bio를 설립하여 바이오의약품을 투여하는 대체 방법으로 바늘 없는 약물 전달 시스템을 시장에 선보이기를 희망한다.

파우노비치는 "우리는 프로토타입을 보유하고 있으며 이미 해당 기술에 대한 특허를 취득했다."라고 말했다. "우리의 다음 단계는 현재 제약 규정을 충족하는 방식으로 흡입 컵을 제조하는 것이다."