키토산 기반 나노입자를 활용한 BBB 투과 약물 전달 시스템(DDS) 탐구 - 알츠하이머 치료와 관련하여

문서 내 토픽

• 1. DDS(약물 전달 시스템)

  약물 전달 시스템(DDS, Drug Delivery System)이란 필요한 양의 약물이 우리 몸의 목표 부위에 효율적으로 전달될 수 있도록 약물 제형을 설계하는 기술이다. 즉, 약물의 방출과 흡수를 조절하고, 체내의 표적 부위까지 특정한 시간에 필요한 양의 약물이 도달하게 하는 등을 통해서 약물의 부작용을 줄이고 효과를 극대화하기 위해서 사용된다.

• 2. BBB(뇌혈관장벽)

  뇌에 약물을 전달하려면 반드시 BBB(뇌혈관장벽)을 통과해야 한다. BBB는 체내 가장 강력한 생체장벽 중 하나로, 뇌의 항상성을 조절하기 위해 뇌 기능에 필수적으로 작용하는 분자들만을 선택적으로 받아들이고 혈관 투과성이 매우 낮다는 특징을 가지고 있다. 이러한 BBB의 특성 때문에 대부분의 중추신경계 약물들은 표적 세포까지 전달되지 못하고 좌절되며 뇌암과 알츠하이머와 같은 퇴행성 뇌질환의 치료 효율은 매우 낮은 편이다.

• 3. 키토산 기반 나노입자

  키토산은 게나 가재, 새우 껍데기에 들어 있는 키틴을 진한 알칼리 용액 속에서 100도씨로 처리하여 N-아세틸기를 제거함으로써 탈아세틸화 과정을 거친 후 얻어낸 물질이다. 키토산은 생체에 적용할 때 효소에 의한 생분해성, 혈액 적합성, 생체 적합성, 무독성의 특성을 가져 생체에 적합한 소재로 알려졌으며, 자연계에 존재하는 고분자들 중에서 셀룰로오스 다음으로 가장 많이 존재하는 천연 고분자이기 때문에 의료용 소재를 얻기가 매우 쉬우며 비용이 싸다는 장점을 가지고 있다.

• 4. 키토산 기반 나노입자의 BBB 투과 가능성

  나노입자는 뇌와 같이 접근하기 어려운 영역에 가장 적합한 약물전달체 중 하나이다. 이는 치료약물의 안정성을 높이는 동시에 치료영역으로 효율적인 전달이 가능하다. 100nm 이하의 작은 나노입자가 큰 나노입자에 의해 BBB투과 효율이 높으며 표면을 키토산과 같은 물질로 코팅하여 BBB 투과를 증가시킬 수 있다. 키토산으로 코팅된 약물 전달 시스템이 키토산의 점액 접착 특성으로 인해 뇌에 약물을 전달하는데 효과적이며 키토산 기반 나노입자의 특성을 더욱 향상시키는 역할을 한다.

• 5. 키토산 기반 나노입자의 BBB 투과 조건

  BBB를 통과하기 위해서는 첫째, 생체와 유사한 물리적 장벽 기능을 보여야 한다. 생체의 BBB TEER값은 1000-5000이다. 이때 TEER란 상피와 내피 세포 사이의 장벽을 통과하는 전기 저항을 말한다. 이는 세포간 물질 이동이 거의 일어나지 않는 환경으로, 새로운 약물의 인체 BBB 통과 효율을 높이기 위해서는 이보다 낮은 TEER값을 설정해야 한다. 둘째, BBB의 대사적 장벽이 생체 수준이어야 한다. 대부분의 약물은 소수성으로 유출펌프와 작용할 가능성이 높다. 즉, 어느 특정한 유출 펌프 단백질과 작용하는 지를 알아낸다면 유출 펌프와의 상호작용을 최소화할 수 있다.

• 6. 키토산 기반 나노입자의 한계

  그러나 BBB를 통과하는 키토산 나노입자에도 여전히 한계가 존재하는데 바로 생체학적 pH에서 용해도가 낮다는 점이다. 이를 극복하려면 키토산을 화학적으로 변형시켜서 다른 폴리머 또는 무기 물질과 혼합하여 생리적 pH에 대한 낮은 용해도를 향상시켜야 한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. DDS(약물 전달 시스템)

  DDS(약물 전달 시스템)는 약물의 효과를 극대화하고 부작용을 최소화하기 위해 개발된 기술입니다. 이 시스템은 약물을 특정 부위에 효과적으로 전달하고 약물의 방출을 조절할 수 있습니다. DDS는 다양한 질병 치료에 활용되고 있으며, 특히 암, 뇌질환, 염증성 질환 등에서 주목받고 있습니다. 하지만 DDS 기술의 발전을 위해서는 약물 전달 효율 향상, 안전성 확보, 대량 생산 기술 개발 등 여러 과제가 해결되어야 할 것입니다.

• 2. BBB(뇌혈관장벽)

  BBB(뇌혈관장벽)는 뇌를 보호하는 중요한 생리학적 장벽입니다. 이 장벽은 뇌로 유입되는 물질의 선별적 통과를 허용하여 뇌 내부 환경의 항상성을 유지합니다. 하지만 BBB는 약물 전달을 어렵게 만드는 주요 장애물이기도 합니다. 따라서 BBB를 효과적으로 통과할 수 있는 약물 전달 기술의 개발이 중요합니다. 이를 위해 BBB의 구조와 기능에 대한 이해를 바탕으로 BBB 투과성을 높일 수 있는 다양한 접근법이 연구되고 있습니다.

• 3. 키토산 기반 나노입자

  키토산 기반 나노입자는 생체적합성, 생분해성, 점착성 등의 장점으로 인해 약물 전달 시스템에서 주목받고 있습니다. 키토산은 천연 다당류로 생체 내에서 안전하게 분해되며, 나노 크기의 입자로 제조할 경우 약물의 용해도 및 흡수율 향상, 표적 지향성 등의 효과를 기대할 수 있습니다. 키토산 나노입자는 다양한 약물 및 생물학적 활성 물질의 전달에 활용되고 있으며, 특히 암, 뇌질환, 염증성 질환 등의 치료에 유망한 것으로 평가되고 있습니다.

• 4. 키토산 기반 나노입자의 BBB 투과 가능성

  키토산 기반 나노입자는 BBB 투과 능력이 우수한 것으로 알려져 있습니다. 키토산의 양전하성, 점착성, 생체적합성 등의 특성으로 인해 BBB를 효과적으로 통과할 수 있습니다. 또한 나노 크기의 입자는 BBB의 세포 간극을 통해 수동적으로 투과할 수 있으며, 표면 개질을 통해 BBB 수용체 매개 transcytosis를 유도할 수 있습니다. 이러한 장점으로 인해 키토산 나노입자는 뇌질환 치료를 위한 약물 전달 시스템으로 주목받고 있습니다. 다만 실제 in vivo 환경에서의 BBB 투과 효율과 안전성 확보를 위한 추가 연구가 필요할 것으로 보입니다.

• 5. 키토산 기반 나노입자의 BBB 투과 조건

  키토산 기반 나노입자의 BBB 투과 효율은 다양한 요인에 의해 영향을 받습니다. 입자 크기, 표면 전하, 표면 개질, 생체 적합성 등의 물리화학적 특성이 중요한 역할을 합니다. 일반적으로 50-200nm 크기의 양전하성 나노입자가 BBB 투과에 유리한 것으로 알려져 있습니다. 또한 BBB 수용체 결합 리간드 도입, 세포 투과 펩타이드 접합 등의 표면 개질 기술을 통해 BBB 투과성을 향상시킬 수 있습니다. 이 외에도 나노입자의 생체 적합성, 안정성, 약물 방출 특성 등이 BBB 투과 및 치료 효과에 영향을 미칠 수 있습니다. 따라서 이러한 다양한 요인들을 종합적으로 고려하여 최적화된 키토산 나노입자 시스템을 개발하는 것이 중요합니다.

• 6. 키토산 기반 나노입자의 한계

  키토산 기반 나노입자는 BBB 투과 능력, 생체적합성, 생분해성 등의 장점으로 인해 약물 전달 시스템으로 주목받고 있지만, 여전히 해결해야 할 과제들이 존재합니다. 첫째, 키토산 나노입자의 제조 공정 및 대량 생산 기술이 아직 완전히 확립되지 않아 상용화에 어려움이 있습니다. 둘째, 체내 투여 시 혈액-뇌 장벽 통과, 표적 지향성, 약물 방출 제어 등의 측면에서 추가적인 성능 향상이 필요합니다. 셋째, 장기 투여에 따른 독성 및 면역 반응 등의 안전성 문제가 완전히 해결되지 않았습니다. 따라서 이러한 한계점들을 극복하기 위한 지속적인 연구 개발이 필요할 것으로 보입니다.