Core–Shell DOX-Loaded PLGA Electrospun Membrane Enables Sustained Local Drug Delivery for Preventing Postoperative Fibrosis after Glaucoma Filtration Surgery

녹내장은 안압이 상승하여 시신경을 서서히 손상시키는 질환으로, '시력을 훔치는 침묵의 도둑'이라 불립니다. 이 압력이 상승하는 것을 막기 위해 외과의들은 종종 여분의 액체가 빠져나갈 수 있도록 아주 작은 새로운 배출 통로를 만드는 여과 수술을 시행합니다. 그러나 인체는 상처를 치유하도록 설계되어 있으며, 이 섬세한 수술에서 그 자연스러운 본능은 오히려 적이 됩니다. 눈이 절개 부위를 회복함에 따라 새로운 배출 구멍 위로 흉터 조직이 형성되어 구멍을 막아버리고, 결국 수술을 실패하게 만들기 때문입니다. 수십 년 동안 의사들은 흉터를 만드는 데 책임이 있는 빠르게 성장하는 세포들을 죽이는 강력한 약물을 적용하여 이 흉터 형성을 막으려 노력해 왔습니다. 하지만 이 약물들은 양날의 검과 같습니다. 세포를 죽일 만큼 독성이 강해 건강한 조직까지 손상시킬 수 있는 한편, 너무 빨리 씻겨 내려가 제 역할을 충분히 수행하지 못하기 때문입니다. 과제는 약물을 정확하고 부드러운 용량으로 필요한 곳에 직접 전달하면서, 눈에 해를 끼치지 않고 흉터를 막을 수 있을 만큼 충분한 시간 동안 그 자리에 머물게 하는 방법을 찾는 것이었습니다.

푸젠 의과대학교 제1부속 병원과 상하이 제9 인민 병원의 연구진은 이 문제를 해결하기 위해 새로운 접근 방식을 개발했습니다. 이들은 금방 사라지는 액체 형태의 약물을 적용하는 대신, 천천히 방출되는 패치 역할을 하는 미세하고 유연한 막을 만들었습니다. 이 막은 신체가 시간이 지남에 따라 자연스럽게 분해할 수 있는 폴리락틱-코-글리콜산(PLGA)이라는 안전한 생분해성 플라스틱으로 만들어졌습니다. 이 플라스틱 껍질 내부에는 세포 성장을 억제하는 것으로 알려진 강력한 약물인 독소루비신을 가두었습니다. 핵심 혁신은 이 구조를 구축하는 방식에 있습니다. 전기장을 통해 미세한 액체 흐름을 쏘아 올려 섬유로 뽑아내는 동축 전기방사(coaxial electrospinng) 기술을 사용하여, 약물이 핵(core)에 숨겨져 있고 플라스틱이 외층을 형성하는 구조를 만들었습니다. 이 설계는 약물을 보호하며, 약물이 한꺼번에 쏟아져 나오는 대신 천천히 꾸준히 흘러나오도록 보장합니다.

이 아이디어가 효과가 있는지 테스트하기 위해, 연구팀은 먼저 약물이 결막 섬유아세포(흉터 조직을 만드는 특정 세포)에 어떤 영향을 미치는지 관찰했습니다. 연구 결과, 약물은 특정 농도에서 세포의 증식과 이동을 성공적으로 억제했습니다. 만약 용량이 너무 높으면 세포를 지나치게 공격적으로 죽여 위험할 수 있었고, 너무 낮으면 효과가 없었습니다. 연구진은 과도한 손상 없이 세포를 효과적으로 억제할 수 있는 특정 농도를 찾아냈습니다. 다음으로 현미경을 통해 막 자체를 조사했습니다. 섬유는 매끄럽고 균일했으며, 화학적 테스트를 통해 약물이 플라스틱 내부에 성공적으로 갇혀 있음을 확인했습니다. 이 막을 모사된 안구 환경에 배치했을 때, 약물은 며칠에 걸쳐 꾸준히 방출되었으며, 80시간 후에 약물의 약 3분의 2가 전달된 후 평형 상태에 도달했습니다. 이러한 서서히 방출되는 특성은 눈이 치유되려고 노력하는 결정적인 몇 주 동안 약물이 활성화된 상태를 유지하는 데 매우 중요합니다.

연구진은 이 아이디어가 실제 생물학적 시스템에서 어떻게 작동하는지 확인하기 위해 토끼를 대상으로 여과 수술을 수행하는 살아있는 모델 실험으로 넘어갔습니다. 동물들을 세 그룹으로 나누었습니다. 첫 번째 그룹은 약물이 없는 일반 플라스 de 막을 받았습니다. 두 번째 그룹은 현재의 표준 치료법을 모방하여, 약물에 적신 스펀지를 눈에 몇 분간 적용한 뒤 씻어낸 그룹입니다. 세 번째 그룹은 약물이 함유된 새로운 막을 받았습니다. 결과는 놀라웠습니다. 일반 막을 사용한 그룹은 배출 구멍이 흉터 조직에 의해 빠르게 막혔고, 며칠 내에 안압이 위험한 수준으로 다시 상승했습니다. 약물에 적신 스펀지 그룹은 조금 더 나은 결과를 보였으나, 약물이 너무 빨리 씻겨 내려가 결국 흉터가 지배적이 되었고 약 10일 후에 배출 구멍이 기능을 상실했습니다.

반면, 약물이 함유된 막을 사용한 토끼들은 완전히 다른 결과를 보여주었습니다. 배출 구멍이 훨씬 더 오랫동안 열려 있고 기능적으로 유지되었으며, 수술 부위의 평균 생존 시간은 거의 20일까지 연장되었습니다. 이 동물들의 안압은 수술 28일 후에도 평균 10mmHg 미만을 유지하며 안정적이었는데, 이는 다른 그룹들에 비해 상당한 개선입니다. 결정적으로, 이 막은 해를 끼치지 않았습니다. 연구진은 염증, 감염 또는 눈 표면의 투명한 세포인 각막에 대한 손상 징후를 확인했으나 아무것도 발견하지 못했습니다. 약물은 막 안에 갇혀 필요한 곳에 국소적으로 작용했으며, 심장이나 다른 신체 부위에 독성을 일으키기 위해 퍼지지 않았습니다.

이 연구는 약물을 서서히 방출되는 생분해성 막에 삽입하는 것이 기존 방식보다 녹내장 수술 후 흉터 형성을 예방하는 데 더 안전하고 효과적인 방법임을 시사합니다. 약물을 제자리에 유지하고 점진적으로 방출함으로써, 이 막은 전통적인 약물 적용 방식과 관련된 높은 독성 없이 흉터 조직 형성을 차단합니다. 연구진은 인간 사용을 위한 타이밍과 용량을 정교화하기 위해 추가 연구가 필요하다고 언급했지만, 이 작업은 명확한 발전 방향을 보여줍니다. 이는 어려운 의학적 문제를 관리 가능한 공학적 솔루션으로 전환하며, 눈이 스스로 치유되는 과정에서 실명의 위험에 처한 환자들에게 미래의 수술이 더 자주 성공할 수 있다는 희망을 전합니다.