Applying a nano-micelle based method for delivering atropine base from a contact lens

세계는 조용한 근시의 유행에 직면해 있습니다. 수백만 명의 사람들, 특히 어린이들은 원거리 물체를 선명하게 볼 수 없는 상태, 즉 근시라고 알려진 질환을 겪고 있습니다. 안경과 일반 콘택트렌즈는 흐릿함을 교정해주지만, 근시의 근본 원인인 눈이 너무 길게 자라는 것을 막지는 못합니다. 이러한 성장을 멈추기 위해 의사들은 종종 아트로핀이라는 약물이 포함된 안약을 처방합니다. 하지만 이 점안액에는 중대한 결함이 있습니다. 약물이 눈에서 너무 빨리 씻겨 내려가기 때문에, 대부분의 약이 목표 지점에 도ر 도달하지 못하며 환자는 매일 빠짐없이 약을 넣어야 한다는 점입니다. 연구자들은 약물을 안정적으로 유지하고, 천천히 방출하며, 자극을 주지 않으면서도 눈에 충분히 오래 머물 수 있는 방법을 찾기 위해 끊임없이 더 나은 전달 방식을 탐색하고 있습니다.

최근 연구에서 뉴사우스웨일스 대학교의 과학자 팀은 이 전달 문제를 해결하기 위한 새로운 접근 방식을 탐구했습니다. 단순한 액체 방울에 의존하는 대신, 그들은 나노 미셀(nano-micelles)이라고 불리는 아주 작은 미세 구조를 활용했습니다. 이를 공기 대신 기름 성분을 담을 수 있는 핵을 가진 비누 방울이라고 상상해 보십시오. 보통의 물이 거부하는 기름진 물질을 붙잡아 둘 수 있는 핵을 가진 것입니다. 연구진은 흔하고 안전한 고분자를 사용하여 이 구조를 만들고, 물에 잘 녹지 않는 형태의 아트로핀을 그 안에 채웠습니다. 그들의 목표는 이 특수한 용액에 콘택트렌즈를 적셔, 렌즈가 약물을 보유하고 시간이 지남에 따라 눈에 꾸준히 방출하는 저장고 역할을 하게 하는 것이었습니다. 그들은 두 가지 다른 유형의 콘택트렌즈를 테스트하여 렌즈가 약물을 얼마나 잘 흡수하는지, 약물이 용액 내에서 얼마나 오래 지속되는지, 그리고 결과물인 렌즈가 눈의 표면을 덮고 있는 세포에 안전한지를 측정했습니다.

연구진은 먼저 아트로핀 황산염(아트로핀의 흔한 염 형태)을 나노 미셀의 기름진 핵 안에 숨기기에 더 적합한 형태인 아트로핀 베이스로 전환했습니다. 그들은 이 약물을 폴록사머 407이라는 고분자와 짠 물 용액에 혼합하여 작은 미셀을 만들었습니다. 연구진은 어떤 환경이 약물을 가장 오랫동안 안정적으로 유지하는지 확인하기 위해 이 혼합물을 약간 산성인 상태와 중성인 상태, 두 가지 서로 다른 산도 수준에서 테스트했습니다. 실온에서 용액을 꼬박 1년 동안 방치한 후, 그들은 명확한 차이를 발견했습니다. 약간 산성인 상태로 유지된 혼합물은 원래 약물의 거의 88%를 유지한 반면, 중성 혼합물은 분해로 인해 약물의 절반 이상을 잃었습니다. 이는 용액을 약간 산성으로 유지하는 것이 약물을 장기간 보존하는 데 매우 중요하다는 것을 시사했습니다.

다음으로, 연구팀은 에타필콘 A(etafilcon A)와 오마필콘 A(omafilcon A)라는 재료로 만들어진 두 가지 인기 있는 브랜드의 콘택트렌즈를 가져와 약물이 든 미셀 용액에 하루 동안 담가두었습니다. 그들은 렌즈가 스펀지처럼 작용하여 용액으로부터 약물을 빨아들여 섬유 속에 보유할 수 있는지 확인하고자 했습니다. 렌즈는 약물을 성공적으로 흡수했으며, 일부 렌즈는 무려 7.3 마이크로그램까지 흡수했습니다. 연구진이 눈의 환경을 모사하기 위해 이 약물이 로딩된 렌즈를 신선한 용액에 넣었을 때, 렌즈는 약물을 방출하기 시작했습니다. 이 방출은 갑작스러운 폭발이 아니라 꾸준한 흐름이었습니다. 가장 안정적인 산성 용액에 담갔던 렌즈의 경우, 4시간 이내에 약물의 약 81%가 방출되었습니다. 이러한 느리고 조절된 방출은 환자가 계속해서 약을 다시 넣을 필요 없이 눈을 치료하는 데 정확히 필요한 방식입니다.

또한 연구는 약물이 로딩된 렌즈가 눈 표면의 섬세한 세포에 해를 끼치는지도 살펴보았습니다. 연구진은 접시에서 인간 각막 세포를 배양하고, 로딩된 렌즈와 접촉했던 액체에 세포를 노출시켰습니다. 대부분의 제형은 안전했으며, 세포는 높은 생존율을 보였습니다. 그러나 가장 높은 약물 안정성을 보였던 특정 제형의 경우, 세포 생존율이 68%로 약간 떨어졌습니다. 이는 의료 기기에 요구되는 일반적인 안전 기준치보다 약간 낮은 수준이었으나, 재료 자체가 독성이 있는 것이 아니라 약물의 양이나 특정 혼합물의 조정이 필요함을 시사하기에는 충분히 가까운 수치였습니다. 렌즈 자체의 물리적 특성은 변하지 않았습니다. 렌즈는 투명함을 유지했고 일반 렌즈와 동일한 양의 물을 함유하고 있었으므로, 착용자에게 똑같은 느낌과 외관을 줄 것임을 의미했습니다.

이 연구 결과는 근시를 치료하기 위한 유망한 경로를 제시합니다. 연구는 나노 미셀을 사용하여 콘택트렌즈에 안정적인 형태의 아트로핀을 로딩하는 것이 가능하며, 이 렌즈들이 약물을 조절된 방식으로 방출할 수 있음을 입증했습니다. 약간 산성인 용액이 약물을 1년 동안 분해되지 않게 유지하는 데 최적의 환경임이 밝혀졌습니다. 렌합 연구는 렌즈가 약물을 전달하는 데 큰 잠재력을 보여주었지만, 연구진은 약물 방출량이 일반적인 안약보다 높다는 점을 언급하며, 향왕 버전에서는 동공 확장과 같은 부작용을 피하기 위해 약물 양을 줄여야 할 수도 있다고 지적했습니다. 또한 이 작업은 약물이 병 안에서는 안정적이었지만, 렌즈 자체는 용액에 담근 후의 장기 안정성에 대해서는 테스트되지 않았음을 강조했는데, 이는 이 기술이 사람에게 테스트되기 전 반드시 필요한 단계입니다.

궁극적으로, 이 연구는 근시를 관리하는 더 효과적인 방법에 대한 구체적인 발걸음을 제공합니다. 나노 미셀의 안정성과 콘택트렌즈의 편의성을 결합함으로써, 연구팀은 약물을 보호하면서도 눈에 천천히 전달하는 시스템을 만들어냈습니다. 이 연구는 렌즈가 약물을 보유하고 몇 시간 동안 방출할 수 있으며, 눈 세포에 대체로 안전하다는 것을 확인했습니다. 그러나 실험실에서 임상으로 가는 여정은 아직 끝나지 않았습니다. 연구진은 정확한 약물 사용량을 최적화하고, 렌즈가 장기 착용 시에도 안전한지 확인하며, 약물이 눈이 너무 길게 자라는 것을 막기 위해 필요한 눈 뒷부분까지 실제로 도달하는지를 검증하기 위해 추가적인 작업이 필요하다고 강조합니다. 그때까지 이 나노 미셀 접근 방식은 일상적인 안약 투여의 어려움을 간단하고 효과적인 렌즈로 대체할 수 있는 강력한 개념 증거로서 자리 잡고 있습니다.