약물 전달 제어: 메커니즘 및 애플리케이션

### 제어 약물 전달 기술의 발전
* 💊 현재의 약물 전달 과제: 기존의 약물 전달 방식은 종종 **'피크 앤 밸리' 약물 농도**로 이어져 잠재적인 독성이나 효능 부족을 유발합니다. **환자의 낮은 순응도** 또한 중요한 문제입니다.
* 🔬 서방형 시스템의 진화: 지난 40년 동안 서방형 시스템은 경우에 따라 **최대 5년까지 장기간 약물을 전달**할 수 있는 제어 방출 제형으로 발전해 왔습니다.
* 🧪 제어 방출의 메커니즘: **확산, 화학 반응(예: 생체 침식), 용매 효과(예: 부종) 및 삼투압**을 통해 약물 전달을 제어할 수 있습니다.
* 👁 안과에서의 응용: 저장소 기반 제어 방출 장치인 **오커서트 시스템은 녹내장 치료에 사용되는 제어 약물 전달의 초기 사례** 중 하나였습니다.
* 🩺 국소 약물 전달: **제어 방출 시스템은 치과(예: 치주 질환) 및 심장학(예: 약물 용출 스텐트)**에서 널리 사용되어 왔습니다.
* 💉 전신 약물 전달: 제어 방출 시스템은 전신 약물 전달에 혁신을 일으켜 **정신분열증, 전립선암, 당뇨병과 같은 질환에 대한 장기 지속형 제형**을 가능하게 했습니다.
* 🌡 퍼스트 패스 효과를 우회하는 경피 시스템은 **특정 약물을 전신적으로 전달**하는 데 효과적이었습니다. 하지만 경구 투여에 비해 **정상 상태에 도달하는 데 시간이 오래 걸릴 수 있습니다.**
* 🚀 향후 약물 전달 기술이 향상되면 **이온 삼투압, 전기 천공, 초음파 등의 방법**을 통해 경피로 전달할 수 있는 약물의 범위를 확장할 수 있습니다.

MIT 교수인 밥 랭거가 약물 전달 기술이 환자 순응도와 약물 방출 메커니즘 제어에 미치는 영향에 대해 설명합니다.

Robert S. Langer (MIT) Part 1: Advances in Controlled Drug Release Technology: An Overview

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- 제어 약물 전달 기술은 원하는 범위 내에서 약물을 제공하여 효과와 환자 순응도를 개선하는 것을 목표로 합니다.

- 서방형 시스템과 같은 초기 방법에서는 약물 방출 속도를 늦추기 위해 다양한 화학 공학적 접근 방식을 사용했지만 여전히 반복 투여가 필요했습니다.

- 지난 40년 동안 폴리머와 펌프를 포함한 제어 방출 제형의 등장으로 보다 정확하고 일관된 약물 전달이 가능해져 자주 투여할 필요성이 줄어들었습니다.

약물 전달 시스템은 이제 환경 조건에 영향을 받지 않고 미리 정해진 패턴으로 최대 5년 동안 약물을 방출할 수 있습니다.

흥미롭게도 리포좀, 마이크로스피어 및 기타 운반체를 사용하여 신체의 특정 부위에 약물을 표적화하는 연구가 활발히 진행되고 있습니다.

약물 전달의 세 가지 기본 메커니즘은 확산, 화학 반응 및 용매 효과로, 각각 약물 방출을 제어하는 고유한 방법을 제공합니다.

일반적인 확산 기반 약물 전달 시스템에는 일정한 속도로 약물을 방출할 수 있는 저장고와 장기 약물 방출에 대한 다른 접근 방식을 제공하는 매트릭스 시스템이 있습니다.

고분자 매트릭스에서 약물 방출의 메커니즘

고분자 매트릭스는 확산, 화학 반응(생체 침식), 용매 팽창을 통해 약물을 방출할 수 있습니다.

생체 침식은 매트릭스가 용해되어 약물을 방출하여 환자 친화적인 솔루션을 제공합니다.

화학 반응은 또한 약물과 폴리머 사이의 결합을 끊어 약물을 방출할 수 있습니다.

용매 팽창은 매트릭스를 팽창시켜 물 섭취량에 따라 약물이 방출되도록 할 수 있으며 삼투압은 약물 방출을 위한 다공성 구멍을 만들 수 있지만 이 방법은 재현성이 떨어질 수 있습니다.

정밀한 약물 전달을 위한 삼투 펌프에 대한 독특한 접근 방식

삼투 펌프는 완전 구동식 시스템을 사용하여 개발되어 매우 정밀한 방출 속도를 구현할 수 있습니다.

펌프 설계에는 삼투압을 생성하는 소금이 들어 있는 챔버, 약물을 위한 압축성 및 불투수성 멤브레인, 약물이 방출되는 레이저 드릴 구멍이 포함됩니다.

이 혁신적인 펌프 디자인은 약물 전달 시스템에 널리 사용되어 왔으며, 녹내장 치료 및 눈의 인공 눈물에 일찍이 적용되었습니다.

이산화티타늄은 약물 방출 시스템을 가시화하기 위해 사용되며 방출 속도를 조절할 수 있습니다.

제어 방출 시스템은 건조한 눈에 오래 지속되는 수분을 공급하기 위해 인공 눈물을 위해 개발되었습니다.

이러한 시스템은 장기 약물 전달을 위한 노플랜트와 같은 피임 방법에도 널리 사용되었습니다.

또한, 제어 방출 시스템은 치주 질환 치료를 위한 국소 약물 전달을 위해 치과에 적용되어 기존 방법보다 더 효과적이고 효율적인 대안을 제공합니다.

중공 섬유 시스템은 치주 질환 치료 시 국소 약물 전달에 사용되며, 시간이 지남에 따라 약물이 방출되어 잇몸 상태를 개선합니다.

항암제로 코팅된 약물 용출 스텐트는 일반적으로 심혈관 질환 환자의 평활근 세포 증식을 방지하고 혈관을 열어두는 데 사용됩니다.

생분해성 마이크로스피어와 같은 제어 방출 시스템도 약물의 전신 전달에 활용되어 정신분열증이나 제2형 당뇨병과 같은 질환을 앓고 있는 환자에게 오래 지속되는 효과를 제공합니다.

약물 전달에서 경피 시스템의 역할

경피 시스템은 저장소 및 확산 기반 시스템을 사용하여 피부를 통해 약물을 전달하며, 하루에서 일주일까지 지속됩니다.

약물의 투과성은 수용성, 분자량, 유/수분 분할 계수 등의 특성에 의해 영향을 받습니다.

이러한 시스템은 용량이 적고 피부 투과성이 높은 약물에 유용하며, 안정 상태에 도달하는 데 시간이 걸릴 수 있지만 첫 번째 통과 효과를 줄일 수 있는 이점이 있습니다.

경피 약물 전달은 만성 질환에 더 효과적이기 때문에 낮은 플럭스를 가진 약물에 대한 투과 강화제가 필요합니다.

미래의 약물 전달 시스템에는 투과율을 높이기 위해 전기장, 전기 천공 및 초음파가 포함될 수 있지만, 환자가 편리하게 사용할 수 있도록 장치를 소형화하는 것이 주요 과제입니다.

또한 전구체 및 침투 강화제와 같은 화학적 방법은 약물 전달에 중요한 역할을 하며, 이는 siRNA, mRNA 및 유전자 편집 분자와 같은 새로운 약물을 포함한 다양한 약물의 효과에 필수적입니다.