맞춤형 알약을 위한 새로운 3D 프린팅 연구

노팅엄대학 연구팀이 여러 소재로 인쇄가 가능한 다중재료 잉크젯 3D 프린팅(MM-IJ3DP) 기술을 활용해 하나의 알약에 여러 치료제를 넣고, 각 치료제의 방출 시점을 제어할 수 있는 차세대 복합제 제조 원천기술 개발에 성공했다. 이 기술이 상용화되면 하루 동안 먹어야 할 모든 처방약을 한 알로 만들 수 있다. /노팅엄대학

영국의 연구팀이 이런 현대인의 고충을 일거에 없애줄 혁신적 제약기술을 개발했다. 3D 프린터를 이용해 여러 개의 약물을 하나의 알약에 인쇄하는 기술이 그것이다. 약물마다 방출 시점의 제어도 가능해 하루 동안 먹어야 할 모든 약을 단 한 알로 해결할 수 있다.영국 노팅엄대학교 펠리시티 로즈(Felicity Rose) 교수팀은 최근 하나의 정제에 여러 약물을 인쇄하고, 시간에 맞춰 각 약물을 체내에 전달하는 새로운 개념의 3D 프린팅 알약 제조 원천기술 개발에 성공했다고 밝혔다.국제 학술지 ‘머터리얼즈 투데이 나노(Materials Today Nano)’에 게재된 이번 연구에서 로즈 교수팀은 여러 소재로 인쇄가 가능한 다중재료 잉크젯 3D 프린팅(MM-IJ3DP) 기술을 활용해 하나의 알약에서 다수의 약물을 원하는 시점에 정확한 용량으로 방출하도록 프로그래밍할 수 있음을 입증했다.먼저 연구팀은 빛(자외선)에 노출되면 수용성 구조로 경화되는 분자 구조를 가진 잉크를 개발했다. 이를 다양한 용량의 아스피린과 결합한 뒤 담체(하우징) 역할을 할 두 개의 수용성, 불용성 소재로 정밀 인쇄했다. 수용성 소재는 폴리-4-아크릴로일 모르폴린(poly-ACMO), 불용성 소재는 트리시클로 데칸디메탄올 디아크릴레이트(TCDMDA)와 에틸렌글리콜 디시클로펜테닐 에테르 아크릴레이트(EGDPEA)를 25 대 75 비율로 조합한 고분자를 사용했다.그렇게 연구팀이 두 소재의 두께와 표면적을 제어해 유용성분의 방출 속도를 조절한 결과, 복용시 느린 속도(분당 0.98±0.04㎎)와 빠른 속도(분당 4.07±0.25㎎), 다단계(분당 2.17±0.04㎎과 0.70±0.13㎎)의 용해도를 가진 알약이 만들어졌다.로즈 교수는 "영국에서만 2명 중 1명이 처방약을 올바르게 복용하지 않고 있고, 이는 건강상 악영향을 미친다"며 "단일 알약 접근법은 아침과 저녁, 식전과 식후 등 하루 중 여러 번 약을 복용했던 상황을 단순화해 치료 효과를 높일 수 있다"고 설명했다.이미 2개 이상의 치료제를 하나의 알약이나 캡슐로 만든 복합제(폴리필·polypill)가 제약업계의 대세로 불리며 시장에 다수 나와 있지만 연구팀의 이번 성과는 개인 맞춤형 의약품의 시대를 열어젖힐 잠재력을 가졌다는 점에서 차별화된다.

실제 기존 복합제는 발기부전·조루증, 고혈압·고지혈증·혈액순환처럼 특정 질환을 타기팅한 약물들을 기반으로 한다. 반면 연구팀의 복합제는 고혈압, 당뇨, 관절염 등 전혀 다른 질환의 치료제를 한 알로 만들 수 있는 데다 방출 시점까지 자유롭게 설계할 수 있다. 이론상 모든 사람이 자신에게 맞춤화된 알약을 처방받을 수 있는 것이다.특히 연구팀은 맞춤형 의약품 제조에 있어 3D 프린팅의 효용성 제고를 위해 MM-IJ3DP의 디지털 확장성을 활용, 한번의 인쇄공정에서 다양한 모양과 두께를 가진 알약 56개를 동시 제조하는 기술도 확보했다. 논문의 제1저자인 인펑 해(Yinfeng He) 조교수는 "처방약의 미래는 개인화된 접근 방식에 있다"며 "복수 치료제의 단일 정제 인쇄 기술은 약물 전달에 있어 3D 프린팅의 잠재력을 보여줄 뿐만 아니라 개인 맞춤형 의약품 개발을 위한 흥미로운 진전"이라고 말했다.이번 실험에서는 아스피린만을 사용했지만 연구팀은 다른 약물의 적용에도 문제가 될 것은 없다고 강조한다. 생체 적합성을 가진 약물별 최적의 잉크 제제와 담체만 개발하면 된다는 설명이다. 이를 위해 적용 가능한 약물의 범위를 확장시킬 후속연구를 준비하고 있다.연구팀의 일원인 리키 와일드먼(Ricky Wildman) 교수는 "이 기술은 특정 시점에 치료제를 방출해야 하는 약, 복용 시간과 복용량 정확도가 중요한 약에 이상적"이라며 "인간을 위한 약물에 더해 수의학, 환경과학 분야에서도 유용하게 쓰일 수 있다"고 전했다.한편 글로벌 시장조사기관 모더 인텔리전스(Mordor Intelligence)에 따르면 전세계 복합제 시장규모는 2023년 321억4000만달러(약 43조8700억원)에서 2029년 362억달러(약 49조 4100억원)로 지속 성장이 예견된다.