Yıldız Technical University, 마르마라대학교, 이스탄불대학교-제라파샤의 연구자들이 3D 바이오프린터를 사용해 제작한 마이크로니들 기반 치료 패치를 개발했다. 이 패치는 가장 공격적인 피부암 유형 중 하나인 흑색종 치료를 위해 화학요법과 광열요법을 하나의 플랫폼에서 결합하는 것을 목표로 한다.
이번 연구는 3개 대학의 공동 참여로 2022년에 설립된 보건 바이오기술 우수성·응용·공동연구센터(SABİOTEK)에서 수행됐으며, 터키 과학기술연구위원회(TÜBİTAK)와 터키 보건연구원(TÜSEB)의 지원을 받았다. 프로젝트는 Yıldız Technical University 생명공학 교수이자 SABİOTEK 소장인 Cem Bülent Üstündağ가 이끌었다.
패치는 어떻게 작동하는가?
하이드로겔로 제작된 마이크로니들은 구조 내부에 2가지 기능성 물질을 포함한다. 치료용 화학요법제로 사용되는 5-플루오로우라실(5-FU)은 표적 부위에 직접 전달하고 방출을 제어하기 위해 바늘 끝부분에 배치됐다. 시스템의 기저부에는 대략 5~10나노미터 크기의 그래핀 양자점이 포함돼 있다.
그래핀 양자점에 빛을 비추면 광에너지가 열로 변환된다. 이 시스템은 국소적으로 온도를 약 42도까지 높이는 것을 목표로 하며, 이는 암세포의 세포 활동을 방해하고 세포자멸사 메커니즘을 유도할 가능성이 있다. 또한 열은 마이크로니들에서 화학요법제의 방출을 제어하는 데 도움을 줄 수 있다.
실제로 무엇이 달라지는가?
핵심 아이디어는 혈액순환을 통한 약물 전달에 전적으로 의존하는 대신 종양 부위에 치료를 집중하는 것이다. 연구팀은 체내 다른 부위에 도달하는 약물의 양을 줄이면 화학요법과 관련된 전신 부작용을 제한할 수 있다고 본다. 그러나 이러한 이점은 아직 후속 단계에서 입증해야 하는 가설이며, 임상적으로 확인된 결과는 아니다.
연구자들은 마이크로니들 제작에 알긴산나트륨과 젤라틴을 기반으로 한 생체재료를 사용했다. 또한 터키에서 생산된 젤라틴과 국제 상용 제품을 비교했으며, 두 제품이 유사한 특성을 보였다고 밝혔다. 이후 연구는 현지 젤라틴을 사용해 계속 진행됐다.
다음 단계: 전임상 단계
암세포를 대상으로 한 실험실 시험은 완료됐지만, 전임상 단계에 필요한 동물실험은 아직 시작되지 않았다. 동물실험이 성공하면 임상 연구로 넘어갈 수 있지만, 연구팀은 이 단계들이 장기간에 걸리고 비용도 많이 든다고 설명했다. 따라서 현재 결과는 환자에게 치료제가 제공되고 있거나 패치가 의료적 사용에 준비됐다는 것을 의미하지 않는다.
연구팀은 3D-Printed Microneedle Patch for the Treatment of Melanoma via Synergistic Chemotherapy and Photothermal Therapy라는 제목으로 이 기술을 발표했으며, 국제 대회에서 금메달과 WIIPA 특별상을 받았다고 밝혔다. 또한 2건의 특허를 출원했다. 하나는 마이크로니들 시스템에 관한 것이고, 다른 하나는 마이크로니들의 피부 관통 능력과 적용 중 발생하는 힘, 그리고 표적 피부층에 도달하는 정도를 측정하는 시험 플랫폼에 관한 것이다.
연구자들은 향후 종양을 외과적으로 절제한 뒤 해당 부위에 남아 있는 암세포에 대응하기 위한 보조 국소 치료제로 패치를 사용하는 방안을 제시하고 있다. 그러나 이 제안된 사용 역시 전임상 및 임상 연구를 통해 효과와 안전성을 입증해야 한다.