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안영현
안영현(Young-Hyeon An) 저자 이메일 보기
서울대학교
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Facilitated Transdermal Drug Delivery Using Nanocarriers-Embedded Electroconductive Hydrogel Coupled with Reverse Electrodialysis-Driven Iontophoresis

1. 논문관련 분야의 소개, 동향, 전망을 설명, 연구과정에서 생긴 에피소드

[연구분야 및 논문내용 소개]
피부조직은 외부의 충격이나 생화학적인 위해요소로부터 우리 몸을 보호하는 1차적인 방어벽인 동시에, 약물을 전달함에 있어서 가장 큰 장벽입니다. ‘경피약물전달시스템(Transdermal drug delivery system, TDDS)’은 이러한 피부 장벽을 뚫고 전신(systemic) 혹은 국소적(topical)으로 약물을 전달하기 위한 방법을 연구하는 분야입니다. TDDS 가 추구하는 방향은 1) 경구투여의 단점인 초회 통과대사(first pass metabolism)를 피하고 2) 주사바늘이 주는 두려움과 고통 없이 피부로 약물을 전달하는 것입니다. 그리고 이를 위해 다양한 물리적인 장치, 나노운반체(nanocarriers), 혹은 화학적 경피흡수촉진제(penetration enhancers) 등을 사용합니다.

물리적인 방식 중, 본 논문에서 사용한 '이온영동법(iontophoresis)'은 피부에 약 0.5 mA/cm2 정도의 미세전류를 가하면서 전기적 반발력으로 약물이나 영양분 등을 전달하는 기술입니다. 이는 비침습적이고 자극이 거의 없고 장치가 비교적 간단하다는 장점이 있습니다. 한 편, 하이드로겔은 약물 패치에 자주 사용되는데, 이는 친수성 고분자의 3차원적인 가교를 통해 제작되고 다량의 수분을 함유할 수 있습니다. 이온영동법에서는 전원장치(이하 이온영동기)의 전극으로 사용되는 동시에, 약물을 저장하고 있다가 피부에 부착 시 전달을 시작하는 약물 저수지(reservoir) 역할을 합니다. 본 논문에서는 이온영동법의 기본 원리에 충실하여 하이드로겔을 이용한 이온영동 패치 시스템의 약물전달 효율을 극대화하고자 하였습니다. 논문의 핵심 요소는 1) 전기전도성 하이드로겔, 2) 표면전하가 도입된 약물전달용 나노운반체, 그리고 3) 소형화된 이온영동 장치입니다 (그림).

upload_image[그림] 경피약물전달용 이온영동 패치

최근에는 TDDS 연구가 미세침(microneedle) 중심으로 이루어지는 분위기라 이온영동법은 전통적이고 구세대 기술로 여겨지곤 합니다. 그러나, 이번 연구는 친환경적이고 소형화된 전원장치와 함께, 구성요소들의 전기적 특성을 고려해 진일보한 형태의 이온영동패치 시스템을 개발했다는 점에서 의의가 있습니다. 또한, 논문에서 사용한 약물 이외에도 펩타이드 및 단백질 치료제 또한 적용이 가능한 플랫폼으로서 충분한 활용가치를 지닌다고 생각됩니다.

[전망]
이온영동법은 불과 몇 년 전 까지만 해도 내원을 통한 치료 및 시술이 이루어졌습니다. 그러나, 최근에는 소형화된 이온영동기가 출시되어 홈케어가 가능해지기 시작했습니다. 일례로 공동연구를 진행한 ㈜바이오센서연구소는 역전기투석 (reverse electrodialysis, RED) 배터리를 활용한 마스크팩을 출시해 국내외에서 큰 관심을 받았습니다 (https://www.franzskincare.com). 이와 더불어, TDDS에서는 미세침이나 생체적합한 나노운반체 등을 이용한 기술이 지속적으로 개발되고 있습니다. 특히, 저분자 약물을 넘어서서 펩타이드나 단백질 등의 거대분자까지 주사없이 피부로 전달하는 것이 TDDS가 실현하고자 하는 목표 중 하나입니다. 최근에 단백질 치료제의 비침습적인 경피전달 기술에 대해 리뷰했으니 참고자료로 활용하셔도 좋을 겁니다 (DOI: 10.1002/adtp.201900116). 앞으로는 TDDS가 많은 부분에서 주사바늘을 대체할 것으로 생각됩니다. 주사 공포증(needle phobia)을 가진 분들이 기뻐할 만 한 소식이겠네요.

[실험관련 에피소드]
연구의 시작은 “무좀패치를 만들자!”였습니다. Fluconazole을 사용해 무좀치료에 효과적인 패치를 제작하기로 했지만, 동물 모델을 준비하기가 여간 까다로운 것이 아니었습니다. 게다가 이런저런 이유로 연구가 지체되면서 슬럼프도 찾아오고 지쳤던 터라 적당한 선에서 마무리하려고 했죠. 약 1년 동안 reject 선고를 받으며 저널 순회공연을 하던 중, Zhen Gu 교수님 (University of North Carolina) 팀의 rosiglitazone 미세침을 이용한 비만치료 논문을 접하게 됐습니다 (DOI: 10.1021/acsnano.7b04348). 이를 보고 “우리도 '무좀패치'뿐 아니라 '뱃살패치'(?)도 만들어보자”는 시도를 하여 연구의 폭을 넓힐 수 있었고 만족스러운 결실을 맺을 수 있었습니다.

2. 연구를 진행했던 소속기관 또는 연구소에 대해 소개 부탁 드립니다.

서울대학교 화학생물공학부 황석연 교수님의 ‘생체모방재료 및 줄기세포공학 연구실’에서 연구를 진행했습니다. 저희 실험실은 생체재료와 줄기세포 등을 이용한 조직재생 연구를 주로 합니다. 뼈나 연골, 그리고 연조직 재생을 위한 조직공학적 전략을 수립하고 여러 기관들과 공동연구를 진행하고 있습니다. 교수님께서 핵심적인 concept만 정해지면 바로 연구를 진행하게 해 주시고 갑작스런 미팅 요청에도 기꺼이 시간을 내주시기에, 열정있는 학생이라면 후회없이 학위과정을 할 수 있는 연구실입니다. (http://bmsce.snu.ac.kr/)

3. 연구활동 하시면서 평소 느끼신 점 또는 자부심, 보람

이번 연구를 포함해 기업체나 임상의 선생님들과 공동연구를 진행하면서 크게 배운 것이 있다면, 바로 실용화 연구에 대한 안목입니다. 대학원생 입장에서는 좋은 논문을 쓰기 위해 차별화된 기술을 개발하고자 하지만, 그 과정에서 점점 기술이 복잡해지곤 합니다. 그러나 공학은 결국 실용화 전략을 필요로 합니다. 그리고 그 전략은 ‘단순화’가 핵심임을 이번 연구를 진행하면서 깨달을 수 있었습니다. 학위과정 중에 쉽게 얻을 수 없는 관점을 갖게 된 것에 보람을 느끼고 있습니다. 최근에 Jeffrey Karp 교수님(Harvard medical school)의 2년 전 TED 강연을 보게 되었는데 이러한 단순화의 중요성을 잘 알려주는 내용이라 공유하고 싶습니다. (https://www.ted.com/talks/jeff_karp_turning_failure_into_success_3_principles_of_radical_simplicity_jan_2018/up-next).

4. 이 분야로 진학하려는 후배들 또는 학생들에게 도움이 되는 말씀을 해 주신다면?

저도 아직 배워가는 학생인지라 누군가에게 공개적인 조언을 하는 것이 다소 낯간지럽지만, 이제 막 학위과정을 시작하신 분들에게 제가 생각한 대학원 생활의 중요한 점 두 가지를 나누고자 합니다.

시작부터 자신의 연구주제가 잡히지 않았다고 조급해하지 마세요. 한 두 학기 정도는 다양한 실험들을 최대한 많이 접해보는 것이 본인 연구의 폭을 넓히기 위한 밑거름이 됩니다. 특히, 박사과정을 하고자 하는 분들은 긴 호흡으로 연구활동 하시기 바랍니다. 조급한 마음으로 연구하면 슬럼프만 자주 찾아옵니다.

다른 연구 분야에도 관심을 가지세요. 학위과정을 하면서 자기 분야는 깊게 알되 다른 분야는 넓게 아는 T자형 인재가 되도록 노력하는 것이 중요하다고 생각합니다. 저의 짧은 경험으로는 다른 분야에도 관심을 갖는 분들이 보통 자기 연구도 잘 하시더라구요. 관심있는 연구분야는 NCBI 이메일 알림 서비스 등을 통해 연구동향을 파악하고 있는 것도 도움이 될 겁니다.

5. 연구활동과 관련된 앞으로의 계획이 있으시다면?

우선은 이번에 박사학위 논문심사를 받을 예정이라 졸업 준비도 하고, 그동안 벌여놓은 프로젝트들도 차례로 논문화작업을 하느라 정신 없는 한 학기를 보내고 있습니다. 이후에는 단백질치료제 전달을 위한 TDDS 연구를 하고자 합니다. 쉽지 않은 분야지만 즐겁게 해보려고 합니다.

6. 다른 하시고 싶은 이야기들....

실험실에서 처음으로 피부관련 연구를 시작하면서 적잖은 어려움들이 있었는데 격려해주시고 함께 공부해주신 황석연 교수님, 감사합니다. 학생의 좁은 시야로 연구를 한정하려 했던 저를 설득하면서까지 연구방향을 제시해주신 교수님의 깊은 통찰력 덕분에 제가 한 단계 발전을 하고 좋은 결과를 낼 수 있었습니다. 공동연구 제안해주시고 실용적 연구의 안목을 깨닫게 해주신 이 준 선생님! 감사합니다. 선생님 덕분에 제 대학원 생활이 더 즐겁고 도전적일 수 있었습니다. 앞으로도 함께 해요, 용산 오아로피부과 흥해라~! 지속적으로 교류해주시고 논문이 계속 늦어짐에도 웃으면서 기다려주신 바이오센서연구소 장명훈 대표님, 계속되는 반복실험에도 내색하지않고 함께 해준 동욱샘 감사합니다. 프란츠스킨케어 더더욱 번창하시길 바랍니다~!

실험에 도움주신 서울대 김대형교수님과 경원씨, 그리고 GIST 이재영교수님과 김세민 박사님께도 감사의 마음 전합니다. 궂은 일들 도와준 후배 동현이와 중현이. 그리고 실험 도와줄 뿐 아니라 오히려 선배 멘탈까지 관리해주면서 마음의 여유를 찾게 해 준 민정이에게도 늘 고마운 마음입니다. 마지막으로, 부족한 막내아들임에도 언제나 자랑스러워하고 뒷바라지 해주는 부모님과 형. 고맙고 사랑합니다. 딱 1년 전에 아빠 쓰러지시고 힘든 시간을 보냈지만, 가족이 하나되어 극복하고 지금은 건강히 회복하셔서 정말 다행이에요. 비록 떨어져있지만 기쁠 때나 슬플 때나 하나로 뭉치는 우리 가족이 됩시다!

 등록일 2020-04-06
Category: Nanobio
  댓글 2
회원작성글 seeker92  (2020-04-01 10:54)
고생했다ㅋ
회원작성글 min927  (2020-04-01 11:01)
축하축하☺️
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