‘주사 무서워’…바람으로 통증 없이 약물 주입하는 기술 개발 [와우! 과학]

주사는 누구나 맞기 싫어한다. 그리고 사실 의료진 역시 주사를 좋아하지 않는다. 약물을 주사에 잰 다음 주사하는 과정도 번거롭고 실수로 주사침에 찔릴 가능성도 있다. 주사침과 주사기 같은 일회용 감염성 폐기물이 많이 생기는 것은 말할 필요도 없다.

따라서 많은 과학자가 주사를 대신할 수 있는 비경구적 약물 투여 방식을 연구하고 있다. 이 가운데 하나가 바로 약물을 강한 압력으로 제트 분사해 피부 아래로 주입하는 방식이다.

에어건으로 분사하는 약물 입자의 압력과 속도를 적절히 조절해 통증을 느끼는 신경이 있는 깊이까지 들어가지 않게 하면 통증도 거의 없고 주사침 찔림 사고나 일회용 의료 폐기물 문제도 없으니 일석이조다. 약물 투여나 접종에 들어가는 시간도 크게 단축할 수 있다.

그러나 약물이나 백신이 손상 없이 정확히 의도된 깊이와 위치까지 가도록 하기 위해 금이나 텅스텐 같은 금속 운반체를 사용하는 경우 가격도 비싸고 쉽게 분해되지 않는다는 또 다른 문제가 있었다. 그냥 약물만 고속 분사할 경우 정확한 깊이까지 들어가지 않거나 단단한 피부에 튕겨 나가 의도한 양만큼 투여하기 힘든 것도 문제다.

미국 텍사스 대학 제레미아 가센스미스 교수가 이끄는 연구팀은 최근 주목받는 물질인 MOFs(metal-organic framework, 금속 유기 골격체)에 주목했다. MOFs는 내부에 많은 공간을 지닌 상자 같은 물질이기 때문에 약물을 내부에 넣어 전달하는데 이상적인 소재다. 피부를 뚫고 들어가는 미세 입자를 제트로 분사하면 주사 대신 바람으로 통증 없이 약물을 투입할 수 있다.

연구팀이 특히 주목한 것은 ZIF-8(zeolitic-imidazolate framework-8)이라는 MOFs다. 연구팀은 이 물질이 백신이나 분자량이 큰 약물을 전달하는데 가장 적당하다고 생각하고 이를 이용한 약물 투여 에어건인 MOF-Jet의 프로토타입을 개발했다. (사진)

MOF-Jet의 장점은 백신처럼 분자량이 크고 단백질 성분이라 경구용으로는 투여가 어려운 물질을 안전하게 내부에 넣어서 피부 아래로 전달할 수 있다는 것이다. 또 다른 장점은 인체 조직에서 서서히 분해되는 데 그 속도를 조절할 수 있다는 것이다.

ZIF-8은 pH에 민감해서 제트를 분사할 때 적당한 양의 이산화탄소를 섞어 주면 조직에서 탄산 형태로 pH를 낮춰 더 빨리 분해되도록 할 수 있다. 따라서 약물이나 백신의 종류에 따라 최적의 시간에 걸쳐 인체에 투여될 수 있도록 조절이 가능하다.

MOF-Jet는 이제 초기 동물 실험을 진행한 단계로 앞으로 상용화를 위해서는 많은 연구와 투자가 필요하다. 실제로 사람에서 안전하고 효과적인 약물 투여 방식인지 알기 위해서는 앞으로 추가적인 전임상 및 임상 시험이 필요하다. 간편하게 통증 없이 비접촉으로 주사를 맞는 날이 오게 될지 결과가 주목된다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com