천식환자의 보다 나은 치료제 개발을 위한 레이저 연구

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KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-11-20
영국에서만, 매년 7300만 개 이상의 흡입기가 이용된다. 의약품 입자들이 인간의 호흡기관 내부로 들어갔을 때 이들이 어떻게 행동을 하는지를 연구함으로써, 이번 새로운 연구는 약물전달 시스템의 효율성을 높이고 부작용을 줄이는 효능을 동시에 이룰 수 있었다. STFC Central Laser Facility에 있는 옥토퍼스 레이저 이미징 시설(Octopus laser imaging facility)을 이용함으로써 연구자들은 약물인 살부타몰 설페이트(Salbutamol sulphate)의 개개 고체 입자들을 모을 수 있었다. 그들은 공기 중에 이들을 매달아놓고 인간의 호흡 기관과 유사한 환경에서 움직일 수 있도록 모델링했다. 이번 연구는 호흡기에서 폐에 이르는 유사 환경에서 미세입자들에 대한 최초의 실험이다. 이들의 연구 결과는 Chemical Communication지의 오늘자(2014년 11월 13일)로 게재되었다. STFC 중앙 레이저 설비단(STFC Central Laser Facility)의 Andy Ward 박사는 이에 대해 "우리는 두 개의 포커스화된 레이저 빔 사이에 이들을 사로 잡아놓았고 서로 다른 온도와 습도에서 이들의 움직임을 테스트해 보았다. 우리의 연구 결과는 물이 화학 결합 진동에서의 변화에 의해 어떻게 흡수되는지를 보여주고 있다. 일반적으로 이러한 연구는 유리 슬라이드 위에서 행해지지만, 이번 연구는 최초로 호흡관을 따라 움직이는 유사조건에서 수행되었다"고 말했다. 이와 관련해 이번 프로젝트에 참여했던 버밍햄대(University of Birmingham)의 Peter Seville 박사는 "인간의 호흡기관은 자동적으로 입자들이 호흡되기 힘들게 진화해왔다. 이러한 신체의 자연적인 방어 기작을 극복하기 위해서는 복잡한 전달 기기와 매우 작은 약물 입자들이 필요하다. 이들 입자들은 대략 2-5마이크론(micron) 정도의 두께를 지니고 있으며 이는 대략 인간의 머리카락의 1/10 정도 되는 굵기이다. 호흡기로부터 폐로 이들 입자들이 이동할 때 습기가 존재하면 입자의 크기는 커지고 이것이 폐 내에서 입자의 증착 위치에 영향을 줄 수 있다. 만약 적절하지 못한 위치에 이 입자들이 증착하게 되면 치료 효과는 떨어지고 부작용이 발생할 가능성은 더욱 증가한다”고 말했다. 입자로부터 발생하는 빛의 파장과 진동을 측정하기 위해 라만 현미경 기술(Raman spectroscopy technique)을 이용함으로써, 연구자들은 상업적으로 이용되고 있는 흡입기에서 방출되는 살부타몰 설페이트(Salbutamol sulphate)를 연구할 수 있는 새로운 방법을 개발했다. 그들은 광학 레이저 트랩 내로 흡입기를 넣어 그 속에 존재하는 의약품의 물리화학적인 속성에 변화를 주지 않고 이 입자들이 공기 중에 존재하는 상태에서의 입자 크기와 화학적 특성 등을 조사했다. 이 모든 과정이 수초 내에 이루어졌으며 실험 조건은 인간의 호흡 기관의 습도 등의 특성을 고려해 설계되었다. 이와 관련해 버밍엄대(University of Birmingham)의 Francis Pope 박사는 "이번 연구는 호흡 기관에 생긴 문제를 처리하기 위한 의약품의 전달을 목적으로 하는 흡입기의 효과를 높일 수 있을 것으로 보인다. 우리의 연구 결과는 또한 보다 효과적인 의약품의 구조를 찾아내고자 하는 제약회사들에도 유용할 것으로 생각된다"고 말했다. 이에 대한 보다 자세한 연구 결과는 ["Rapid interrogation of the physical and chemical characteristics of salbutamol sulphate aerosol from a pressurised metered-dose inhaler (pMDI)" by H-J Tong, C Fitzgerald, P J Gallimore, M Kalberer, M K Kuimova, P C Seville, A D Ward and F D Pope is published in the RSC journal Chemical Communications. DOI: 10.1039/C4CC08423C]를 참고하기 바란다. 그림1: 천식용 흡입기에서 발생하는 의약품 입자의 움직임에 관한 연구 그림2: STFC 옥토퍼스 레이저 설비를 이용해 작업 중인 Francis Pope 박사와 Andy Ward 박사 그림3: 이번 연구를 수행하는데 참여한 연구원들 laserscienti3.jpg 1-laserscienti31.jpg 2-laserscienti32.jpg http://phys.org/news/2014-11-laser-scientists-treatment-asthma.html