입력 2026.01.20 09:56
- 천연물 유래 나노셀룰로오스 지지체와 바이오소재 3D 프린팅으로 소화 환경 방출 거동 조절 및 대장 전달용 바이오의약품 탑재 하이드로젤 구현-
- 고분자 분야 국제 학술 권위지 ‘Carbohydrate Polymers’ 게재
연세대학교 생명공학과 노영훈 교수팀이 국내 3D 프린팅 파운드리 코스닥 기업인 (주)링크솔루션(Lincsolution, 대표 최근식)과의 공동연구를 통해 3D 프린팅 기법으로 바이오의약품의 소화 환경에서 약물 방출 거동을 정교하게 조절하고 경구 투여로 대장 내 전달이 가능한 ‘자유형상 하이드로젤’을 합성했다.
이번 연구로 바이오의약품의 개인 맞춤형 경구 전달 플랫폼 개발이 기대되며, 이는 바이오의약품 치료에 있어 편의성과 접근성이 매우 높은 경구 투여를 효율적으로 가능케 할 것으로 전망된다.
차세대 헬스케어 산업의 핵심인 바이오의약품 시장은 명확한 작용기전과 높은 치료 효율을 바탕으로 빠르게 성장하고 있다. 글로벌 바이오의약품 시장은 2023년 약 580조 원에서 2030년 약 1,120조 원 규모로 성장해 연평균 약 10% 성장할 것으로 전망된다. 바이오의약품은 기존 저분자 화합물을 넘어 의약품 시장의 주류로 자리 잡고 있으며, 앞으로도 기술 혁신을 통해 지속적인 성장을 이룰 것으로 평가된다.
기존의 약물 전달을 위한 3D 프린팅 연구는 주로 합성 고분자 기반 플랫폼 또는 저분자 화합물 탑재에 집중돼 있었다. 이에 연구팀은 생체적합성과 경제성이 높은 천연 고분자 물질을 플랫폼 합성에 활용하고, 플랫폼 내에 바이오의약품을 탑재했다.
천연 고분자 물질인 펙틴은 강한 음전하를 띠어 위에서의 약물 방출을 억제하고, 대장 내 펙틴 분해 효소에 의해 분해되어 대장 특이적 전달이 가능하다는 장점이 있지만, 형태 유지력이 낮아서 자유형상 3D 프린팅에는 한계가 있다.
연구팀은 이를 해결하기 위해, 강한 양전하를 띠는 키토산과의 정전기적 반응을 통해 펙틴-키토산 고분자 복합체를 형성했다. 또한 형태 유지력이 강한 나노셀룰로오스와 펙틴, 키토산의 이온 경화제를 혼합한 지지체를 활용해 하이드로젤의 자유형상 3D 프린팅에 성공했다.
바이오의약품의 탑재 가능성을 확인하기 위해 고분자 하이드로젤 내 모델 바이오의약품인 ‘소 혈청 알부민(Bovine serum albumin, BSA)’을 탑재한 후 소화 환경에서의 방출을 관찰했다. 펙틴 고분자 기반 하이드로젤은 공통적으로 대장 표적 전달 특성을 보였으며, 키토산 고분자와 이온 경화제인 피틴산을 도입할수록 하이드로젤의 기계적 강도는 최대 2.4배, 소화 환경에서의 지속 방출 성능은 최대 2배 향상됐다.
또한, 소화 환경에서의 정교한 방출 거동 조절을 위해 자유형상 3D 프린팅 기술을 적용했다. 그 결과, 약물 탑재 위치와 표면적 비율을 조절한 3가지 다른 모델의 펙틴-키토산 하이드로젤을 합성해 소장 및 대장에서의 약물 방출 거동을 약 12배까지 조절할 수 있음을 확인했다.
노영훈 연세대 교수는 “이번 연구는 생체 친화적 하이드로젤의 3D 프린팅을 통하여 바이오의약품의 소화기관에서의 방출 거동을 미세하게 조절한 연구”라며, “특히 면역질환, 염증성 장질환, 대장암 치료제, 비만 치료제가 탑재된 개인 맞춤형 바이오의약품 경구 투여 플랫폼 개발이 가능할 것으로 기대된다”고 연구의 의의를 밝혔다.
또한 링크솔루션 윤형선 연구소장은 “이번 공동 연구를 통해 맞춤형 경구 의약품 기술을 통한 헬스케어 섹터로 밸류에이션을 확장하고, 바이오 분야에도 3D 프린팅 기술을 통한 제조플랫폼으로 진화하는 비즈니스 모델을 구상중이다.”고 상용화 가능성을 비쳤다.
한편, 이번 연구 성과는 한국연구재단 기본연구, 중견연구, 세종과학펠로우십, 연세대학교 기업협업과제의 지원으로 수행됐으며, 연구의 우수성과 독창성을 인정받아 고분자 분야 국제 학술 권위지 ‘Carbohydrate Polymers(IF 12.5, JCR 상위 1%)’에 게재됐다.
연구에는 연세대 황신하 연구원과 양경직 박사가 공동 제1저자로, 링크솔루션 윤형선 연구소장이 공저자로, 연세대 노영훈 교수가 교신저자로 참여했다.