자가-치유하는 겔(gel)은 몸에 주입되어서 장기 약물 창고로서 작용할 수 있다.

요약: 화학 공학자들이 주사기를 통해서 주입할 수 있는 새로운 종류의 자가-치유 수화겔(hydrogel)을 고안했다. 과학자들은 겔을 특정한 모양으로 만들 수 있고 특정한 기간에 걸쳐서 그것의 수화물을 방출하도록 고안할 수 있기 때문에 약물을 전달하기 위해서 겔을 사용하는데 관심을 가지고 있다. 

그림. 주사기. 새롭게 개발된 겔은 두 가지 구성 성분으로 이루어진 그물망 네트워크로 구성된다: 섬유소와 같은 또 다른 중합체의 가닥들 안에 꼬인 중합체들로 만들어진 나노입자들.

과학자들은 겔을 특정한 모양으로 만들서 특정한 기간에 걸쳐서 짐을 방출하도록 고안할 수 있기 때문에 약물 전달에서 겔을 사용하는데 관심을 가지고 있다. 그러나, 현재의 버전들은 수술적으로 이식해야 하기 때문에 항상 실용적이지는 않다. 

이 장벽을 극복하는 것을 돕기 위해서, MIT 화학 공학자들이 주사기를 통해서 주입할 수 있는 새로운 종류의 자가-수리하는 수화겔을 고안했다. 한 번에 하나나 두 가지 약물들을 나를 수 있는 그러한 겔들은 많은 다른 질병 중에서 암과 시력 감퇴, 심장 질환을 치료하는데 유용할 수 있다고 연구자들은 말했다. 

이 새로운 겔은 두 가지 구성 성분들로 이루어진 그물망 네트워크로 구성된다: 섬유소와 같은 또 다른 중합체의 가닥들 안에 꼬인 중합체들로 만들어진 나노입자들.“이제 압력을 가했을 때 모양을 바꿀 수 있고 중요한 것은 그 다음에 그 힘을 완화했을 때 다시-수리할 수 있는 겔을 가지게 되었다. 그것은 그것을 주사기나 바늘을 통해서 짜넣어서 수술 없이 몸 안에 넣을 수 있게 해준다”고 2월 19일Nature Communicationson에 이 겔을 기술한 논문의 주저자들 중의 한 명이며 MIT의 Koch 통합암연구소(Koch Institute for Integrative Cancer Research)의 박사후 연구원인 Mark Tibbitt가 말했다. Koch연구소 박사후 연구원인 Eric Appel도 그 논문의 주저자이며, 이 논문의 선임 저자는 MIT의 David H. Koch 연구 교수인 Robert Langer이다. 다른 저자들로는 박사후 연구원인 Matthew Webber, 학부생인 Bradley Mattix, 박사후 연구원인 Omid Veiseh가 있다. 

과학자들은 이전에 중합체들 사이에 비가역적인 화학 결합들을 형성함으로써 생물의학에서의 사용을 위한 수화겔들을 만들었다. 여러 응용들 중에서, 콘텍트 렌즈를 만드는데 사용되는 이들 겔들은 강하고 단단하지만, 일단 그 모양을 형성하면 쉽게 바꿀 수 없다. MIT 팀은 전단력이라고 알려진 강한 기계적인 힘을 견디고 그 다음에 스스로 변형할 수 있는 겔을 만드는 일에 착수했다. 다른 연구자들은 수화겔로 자가-조립하는 단백질들을 조작함으로써 그러한 겔을 만들었지만, 이 접근법은 복잡한 생화학적인 과정을 필요로 한다. 그 MIT 팀은 더 간단한 것을 고안하기를 원했다. “우리는 정말로 간단한 물질들을 가지고 연구하고 있다. 그것들은 최신 화학적 기능화를 필요로 하지 않는다”고 Tibbitt는 말했다. 

MIT 접근법은 두 가지 쉽게 사용가능한 구성요소들의 조합에 의존한다. 하나는 처음에 Langer의 연구실에서 개발되었고 지금은 약물 전달과 포장에 흔히 사용되는, PEG-PLA 공중합체로 구성된 일종의 나노입자이다. 수화겔을 형성하기 위해서, 연구자들은 이들 입자들을 한 중합체—이 경우에는 섬유소—와 섞었다. 각각의 중합체 사슬은 많은 나노입자들과 약한 결합을 형성해서, 중합체들과 나노입자들의 느슨하게 짜인 격자를 만든다. 각각의 부착점이 매우 약하기 때문에, 그 결합들은 주사기를 통해서 주입될 때와 같이, 기계적인 스트레스 아래에서 깨진다. 그 전단력이 없어졌을 때, 그 중합체와 나노입자들은 다른 파트너들과 함께 새로운 부착을 형성해서, 그 겔을 수리한다. 

이 겔을 형성하기 위해서 두 가지 구성요소들을 이용하는 것은 또한 그 연구자들에게 두 가지 다른 약물들을 동시에 전달할 기회를 준다. PEG-PLA 나노입자들은 많은 화학요법제들을 포함해서, 소수성의 작은 분자 약물들을 나르기에 이상적으로 적합한 내부 핵을 가지고 있다. 반면에 수상 용액에 존재하는 이 중합체들은 항체와 성장인자들을 포함해서, 단백질과 같은 친수성 분자들을 나를 수 있다. 

이 연구에서 연구자들은 그 겔이 쥐의 피부 아래에 주입되는 것을 견디고 며칠에 걸쳐서 성공적으로 두 가지 약물들 즉, 소수성 약물 하나와 친수성 약물 하나를 방출했다는 것을 보여주었다. 이런 종류의 겔들은 약물-전달 나노입자들의 액체 용액을 주입하는 것에 비해서 중요한 이점을 제공한다: 용액은 몸을 통해서 즉시 분산될 것이지만, 그 겔은 주입 후에 그 자리에 남아서 약물을 특정한 조직에 표적화시킬 수 있게 해준다. 더 나아가, 각각의 겔 구성 요소의 성질들을 조정해서, 그것들이 나르는 약물들을 다른 속도로 방출시켜서, 다른 용도에 맞출 수 있게 해준다. 

그 연구자들은 이제 시력 저하를 치료하기 위해서 항-혈관형성 약물을 전달하기 위해서 그 겔을 이용하는 것을 살피고 있다. 현재, 환자들은 한 달에 한 번 눈에 주사로 시야를 방해하는 혈관의 성장을 막는 이들 약물들을 받는다. MIT 팀은 그 새로운 겔이 이들 약물들을 몇 달에 걸쳐서 전달하도록 프로그램해서, 주사의 빈도를 줄일 수 있을 것으로 생각하고 있다. 

이 겔의 또 다른 잠재적인 응용은 심장 발작 이후에 손상된 심장 조직을 고치는 것을 도울 수 있는, 성장 인자들과 같은 약물들을 전달하는 것이다. 그 연구자들은 또한 수술 후에 남은 종양 세포들을 죽이기 위해서 항암제를 전달하는데 이 겔을 사용할 가능성을 찾고 있다. 이 경우에, 그 겔에 암 세포들을 죽이는 화학요법제와 함께, 암 세포들을 그 겔로 유혹하는 화학물질을 실을 수 있을 것이다. 이것은 수술 후 종종 새로운 종양을 형성하는 잔류 암 세포들을 제거하는 것을 도울 수 있을 것이다. “종양을 제거하면 우리의 물질로 채울 수 있는 공간을 남기는데, 이 물질들이 그러한 세포들을 모아서 죽이는데 장기적으로 치료적 이점을 제공해줄 것이다. 우리는 실제적으로 그 세포들을 모을 때 가장 효과적이게 하는 약물-방출 프로파일을 가지도록 그 물질들을 맞춤제작할 수 있다”고 Appel은 말했다. 

 

출처 http://www.sciencedaily.com/releases/2015/02/150219141340.htm