전원 장치가 없는 정자기력 기반 구동 이식형 성장호르몬 주입 시스템 개발

Abstract

성장호르몬 전달 치료를 위한 on-demand 펄스형 성장호르몬 방출을 구현하기 위해 정자기력 기반 구동 이식형 약물 주입 시스템을 개발하였다. 약물 주입 시스템은 크게 약물 주입 펌프와 외부 자석으로 구성된다. 특히, 약물 주입 펌프는 drug reservoir, plunger, check valve가 탑재된 chamber로 구성되며, Polyjet 3D 프린팅 기술로 정밀하게 제작되었다. 본 연구의 약물 주입 펌프는 외부 자기력에 의해 작동된다. 먼저 외부 자석이 인가될 때, plunger가 자기력에 의해 위로 끌어당겨지면서 약물이 chamber 내부로 들어간다. 이후 외부 자석이 제거되면 plunger가 아래로 내려오면서 chamber 하단에 구성된 outlet port를 통하여 약물이 방출된다. In vitro 약물 방출 시험에서는 구동 횟수에 따라 일정량의 성장호르몬이 방출되는 것을 증명하였다. 또한, 장기간 약물 방출 시험에서는 정해진 실험 날짜에 펌프를 구동시켜 38.4 ± 1.31 ㎍의 성장호르몬이 펄스 형태로 방출되는 것을 확인할 수 있었다. In vitro 결과를 바탕으로 생체 내 환경에서 약물 주입 펌프의 성능과 약물 효용성을 평가하였다. 뇌하수체를 적출한 동물에 이식된 펌프와 피하 주사를 통해 9일 동안 매일 성장호르몬을 전달하고, 성장호르몬의 혈중 농도와 그에 따른 IGF-1 농도를 no treatment와 MDP_saline 그룹과 비교하였다. 약물 주입 펌프를 통해 전달된 성장호르몬의 혈중 농도와 IGF-1 농도는 9일 동안 14.16 ± 0.75 ng/ml와 528.93 ± 6.10 ng/ml의 수치를 보이며, 기존의 약물 전달 방법인 s.c injection 그룹과 유사한 결과를 나타냈다. 반면, no treatment 그룹과 MDP_saline 그룹의 혈중 성장호르몬 및 IGF-1 농도는 성장호르몬을 주입한 두 그룹에 비해 낮은 농도를 나타냈다. 또한, 펌프와 피하 주사를 통해 성장호르몬을 전달한 뇌하수체 적출 실험동물의 체중은 점차 증가하는 결과를 나타냈다. 이러한 결과를 통해, 약물 주입 펌프로부터 방출된 성장호르몬이 뇌하수체 적출 동물에서 성장 촉진 효과를 나타낼 수 있음을 증명하였다. 따라서 본 연구에서는 정자기력 기반 구동의 이식형 성장호르몬 주입 시스템을 통해 on-demand 펄스형 성장호르몬 방출을 구현하고, 이를 통한 성장호르몬의 치료 효용성을 확인할 수 있었다.