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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 마이크로니들 사용과 함께 약물이 동시에 전달될 수 있는 직접약물전달시스템을 개발하고자한다. 마이크로니들은 통증을 최소화시키기 위해 머리카락 굵기와 유사하게 제작하였으며 표면에는 스크류 형태의 홈을 가공하여 약물의 흡착력이 증대되도록 하였다.
- 본 연구는 약물을 피부에 직접적으로 전달할 수 있는 마이크로니들을 개발하기 위하여 니들 외벽에 스크류 형상의 나사산을 형성을 제안하였다. 마이크로니들은 높이 250 µm에 너비 130 µm 크기이며 외벽에 약 10 µm 너비의 홈을 스크류 모양으로 제작하였다.
제안 방법
- 마이크로니들은 통증을 최소화시키기 위해 머리카락 굵기와 유사하게 제작하였으며 표면에는 스크류 형태의 홈을 가공하여 약물의 흡착력이 증대되도록 하였다. 20개의 니들을 헤드부위에 배열시키고 아래에 병을 체결할 수 있도록 하여 약물을 담도록 제작하였다. 또한 이를 돼지피부와 무모쥐에 사용하여 물리적 특성평가와 약물 전달특성을 확인하였다.
- Head 부분에서 부품을 수용하는 프레임인 니들하우징, 니들의 정렬을 유지시켜주는 베이스커버와 On/Off 소켓은 아크릴 소재를 MCT 가공장비로 가공하고 버블세척 후 절삭유잔류의 유무를 판단하여 제작하였고, Bottle에 담지된 약물방출을 조절하여 밸브 역할을 담당하는 On/Off 볼트는 SUS304 봉재를 CNC 선반으로 가공 후, 알코올과 증류수로 초음파 세척하고 도금실로 인계하여 Au 도금을 완료하였다.
- Tappy®를 피부에 적용 시 피부 침투양상 및 깊이는 광학 현미경(CX41, Olympus, Japan)을 이용하여 관찰하였다.
- Tappy®를 피부표면에 적용하였을 때, 피부의 스크래치 정도와 침투정도를 확인하기 위하여 배측 돼지피부를 이용하여 실험을 수행하였다.
- 순금은 피부 트러블이나 금속 알레르기 반응을 최소화 시켜주는데, 순금만 사용하여 니들을 제작한다면 순금의 무른 성질 때문에 피부 표피를 뚫을 때 니들이 휘어질 가능성이 있다. 따라서 스테인레스에 도금을 하여 니들을 제작하였다.
- 20개의 니들을 헤드부위에 배열시키고 아래에 병을 체결할 수 있도록 하여 약물을 담도록 제작하였다. 또한 이를 돼지피부와 무모쥐에 사용하여 물리적 특성평가와 약물 전달특성을 확인하였다.
- 따라서 본 연구에서는 마이크로니들 사용과 함께 약물이 동시에 전달될 수 있는 직접약물전달시스템을 개발하고자한다. 마이크로니들은 통증을 최소화시키기 위해 머리카락 굵기와 유사하게 제작하였으며 표면에는 스크류 형태의 홈을 가공하여 약물의 흡착력이 증대되도록 하였다. 20개의 니들을 헤드부위에 배열시키고 아래에 병을 체결할 수 있도록 하여 약물을 담도록 제작하였다.
- 마이크로니들의 피부 침투양상과 침투깊이를 확인하기 위하여 배측 돼지피부에 상기와 같은 방법으로 반복 실험을 수행한 후, 일련의 조직처리과정을 통해서 파라핀 블록을 제작하여 3 µm로 박절하여 슬라이드에 고정한 뒤 헤마톡실린과 에오신으로 각각 핵과 세포질을 염색하여[7] 광학현미경(CX41, Olympus, Japan)으로 H&E 이미지를 촬영하였다.
- 본 연구에서는 마이크로니들 외벽에 스크류 형태의 나사 산을 형성시켜, 마이크로니들이 피부를 통과함과 동시에 약물이 나사산을 통해 천천히 주입되어 약물의 효과를 높이도록 제작하였다(그림 1).
- 본 연구에서는 스크류 형태의 홈을 가진 마이크로니들을 이용하여 Tappy®를 제작하였다.
- England)를 바르고 Tappy®를 피부표면에 일정한 힘으로 5~10초간 1회 적용하였다. 이를 실체현미경(SMZ-U, Nikon, Japan)과 SEM(S-4200, HITACHI, Japan)을 이용하여 표면을 확인하였다[6].
- 이를 일련의 조직처리과정을 통해서 파라핀 블록을 제작하여 3 µm로 박절하여 슬라이드에 고정한 뒤 헤마톡실린과 에오신으로 각각 핵과 세포질을 염색하여[6] 광학현미경(CX41, Olympus, Japan)으로 H&E 이미지를 촬영하였다.
- 인디언잉크(Winsor&Newton Ink, London, England)를 Tappy®의 유리 Bottle에 담은 후, Head를 체결하여 각각의 피부조직에 1회 적용하여 주입하였다.
- 피부조직에 인디언 잉크(Winsor&Newton Ink, London. England)를 바르고 Tappy®를 피부표면에 일정한 힘으로 5~10초간 1회 적용하였다.
대상 데이터
- Head는 크게 부품을 수용하는 프레임인 니들하우징, 마이크로니들 정렬을 유지시켜주는 베이스커버, Bottle에 담지된 약물방출을 조절하여 밸브 역할을 하는 On/Off 볼트와 소켓으로 이루어진다. 니들하우징, 베이스커버와 On/Off 소켓의 원재료로는 PC(Polycarbonate)를 사용하였고, On/Off 볼트는 마이크로니들과 같이 스테인레스에 순금으로 도금을 하였다(그림 2). Bottle은 유리재질이며 Head와 체결되어 약물을 수용할 수 있도록 하였다.
- 마이크로니들을 이용한 약물전달 효과를 확인하기 위하여 배측 돼지피부와 쥐의 잇몸조직을 이용하였다. 돼지피부는 실험 전, 하루 동안 냉장고에 보관하고 이를 해동하여 사용하였으며, 12주령의 Sprague Dawley 쥐는 잇몸조직을 적출하여 바로 실험에 사용하였다. 피부는 3 × 3 cm의 면적으로 잘라 3개씩 준비하였고, 준비된 피부는 니들로 네 모퉁이를 고정시켰다.
- 마이크로니들은 높이 250 µm에 너비 130 µm 크기이며 외벽에 약 10 µm 너비의 홈을 스크류 모양으로 제작하였다.
- 마이크로니들을 이용한 약물전달 효과를 확인하기 위하여 배측 돼지피부와 쥐의 잇몸조직을 이용하였다. 돼지피부는 실험 전, 하루 동안 냉장고에 보관하고 이를 해동하여 사용하였으며, 12주령의 Sprague Dawley 쥐는 잇몸조직을 적출하여 바로 실험에 사용하였다.
- 마이크로니들의 재료로는 스테인레스(SUS304)와 순금(99.9%)을 선정하였다. 순금은 피부 트러블이나 금속 알레르기 반응을 최소화 시켜주는데, 순금만 사용하여 니들을 제작한다면 순금의 무른 성질 때문에 피부 표피를 뚫을 때 니들이 휘어질 가능성이 있다.
성능/효과
- 또한 약 100 µm 너비를 가지는 머리카락과 함께 비교해본 결과, 비슷한 굵기를 가짐을 확인할 수 있었다.
- 본 실험에서는 Tappy®를 피부에 적용하였을 때, 마이크로니들이 피부의 표피를 정확하게 뚫어 진피까지 약물직접전달이 가능하다는 것을 알 수 있었다.
- 본 실험을 통하여 Tappy®로 주입한 인디언잉크가 porcine skin과 rat skin의 표피를 정확히 뚫고 진피층까지 효과적으로 전달되고 염색된 것을 확인할 수 있었다.
- 실제 사람 피부의 표피가 약 100µm이므로, Tappy®의 마이크로니들이 표피보다 더 깊은 진피까지 도달함을 확인할 수 있었다.
- 이로써 마이크로니들이 피부를 정확하게 뚫음과 동시에 나사산을 통해 약물이 흘러내릴 수 있도록 하였다. 실험을 통해 마이크로니들이 피부를 정확하게 뚫고 약물 흡수가 용이하게 되는 것을 확인할 수 있었으며, 이로써 기존의 마이크로니들 장치의 약물전달 효율성을 보완할 수 있음을 확인할 수 있었다.
- 제작한 마이크로니들은 높이 250 µm에 너비 130 µm 크기를 가지며 외벽에 약 10 µm 너비의 홈이 스크류 모양으로 형성되어 있음을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 제안한 본 마이크로니들 장치는 보다 효율성 있는 약물전달을 위해 피부미용 및 더 나아가서는 피부치료분야로 응용될 수 있을 것으로 기대된다.
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