KR101931845B1 - 마이크로니들 용착법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 마이크로니들의 선단부에만 약물을 보유 지지시킨 마이크로니들 어레이와 그의 제조 방법을 제공한다. 마이크로니들의 선단부에만 약물을 보유 지지시킨 마이크로니들 어레이(2A)는, 마이크로니들 용착법, 즉 a) 수용성 고분자를 소재로 하여 마이크로니들 어레이(2)를 제작하고, b) 상기 마이크로니들 어레이(2)의 선단에 부착시키는 약물 용액(1)을 제작하고, c) 상기 마이크로니들 어레이(2)의 선단을 상기 약물 용액(1)에 단시간 접촉시켜서 제조할 수 있다. 약물 용액(1)을 수용액으로 하고, 생분해성 고분자를 수용성으로 하고, 수용액에는 약물 외에 생분해성 고분자도 고농도로 용해시켜서 점도를 높게 하면, 부착된 약물은 마이크로니들과 일체적이 되어 자입 시에 약물만이 박리되어 떨어지는 경우가 없다.

Description

마이크로니들 용착법{MICRONEEDLE DEPOSITION TECHNIQUE}

본 발명은 피부 표층 및/또는 피부 각질층에 수식 효과 및/또는 기능 효과를 부여하기 위한 마이크로니들 용착법에 관한 것이다.

약물을 사람의 체내에 투여하는 방법으로서 경구적 투여와 경피적 투여가 자주 사용되고 있다. 주사는 대표적인 경피적 투여법이다. 그러나, 주사는 의사·간호사와 같은 전문가를 번거롭게 해야만 하고, 고통을 수반하고, 또한 에이즈나 B형 간염 등의 감염도 있을 수 있는, 많은 사람에게서 환영받을 수 없는 방법이다. 이에 비해, 최근 마이크로니들 어레이를 이용한, 고통을 수반하지 않는 경피적 투여법이 주목받아 왔다(비특허문헌 1).

약물의 경피적 투여 시, 피부 각질층이 약물 투과의 배리어로서 작용하여, 단순히 피부 표면에 약물을 도포하는 것만으로는 투과성은 반드시 충분하지 않다. 이에 비해 미소한 바늘, 즉 마이크로니들을 사용하여 각질층을 천공함으로써 도포법보다 약물 투여 효율을 현저히 향상시킬 수 있다. 이 마이크로니들을 기판 상에 다수 집적한 것이 마이크로니들 어레이이다. 또한, 마이크로니들 어레이에, 마이크로니들 어레이를 피부에 부착시키기 위한 점착 테이프나 사용까지 무균 상태를 유지하기 위한 커버 시트 등 각종 테이프를 부가하여 사용하기 쉬운 제품으로 한 것을 마이크로니들 패치라고 한다.

여기에 테이프란, 필름에 점착제를 도포한 것을 말한다.

마이크로니들의 소재로서는, 당초 금속이나 실리콘이 사용되고 있었다. 스테인리스 바늘로 피부를 천공하고, 그 위에 약액을 흘려서 그 구멍으로부터 약물을 흡수시키는 방법(특허문헌 1)이나, 스테인리스 바늘의 표면에 약물을 피복한 뒤 자입하여 약물을 투여하는 방법(특허문헌 2)이 제안되었다. 나아가, 단순히 주사 바늘을 미소화한 중공 마이크로니들에 의해 약액을 주입하는 것도 제안되었다(특허문헌 3).

그러나, 약액 유연법은 약물 도입 효율이 나쁠 뿐만 아니라 멸균성에 의문이 있고, 피복법은 피복 약물이 자입 시에 박리되어 약물 도입 효율이 낮으며, 미소주사 바늘법은 구조가 복잡해지는 등의 결점이 있었다. 더욱이, 금속이나 실리콘 마이크로니들은 체내에서 꺾여졌을 때 사고가 나는 결점이 있었다.

이에 비해, 체내에서 용해되는 물질을 사용하여 마이크로니들을 제작하면 이러한 여러 문제를 해결할 수 있다(특허문헌 4). 또한, 마이크로니들의 소재로서 피부 투여 후 피부내에서 수분에 의해 용해되는 고분자(생체 용해성 고분자)를 사용하면, 마이크로니들의 피부 적용에 의해 피부내 수분이 바늘부에 확산되어, 피부에 삽입된 바늘부가 팽윤하고 그 후 용해된다. 바늘부의 용해에 의한 히알루론산이나 콜라겐의 피부내 확산에 의해 주름 방지 작용을 발현하거나, 또는 바늘부에 미리 용해되어 있는 약물이나 유가 물질을 피부내에 방산한다(특허문헌 5, 6).

생체 용해성 고분자를 포함하는 마이크로니들 어레이는 주형을 사용하여 제조되는 경우가 많다(특허문헌 5). 감광성 수지를 사용하여 리소그래피법에 의해 마이크로니들 패턴을 형성한 후 전사하고, 마이크로니들 형성용 오목부를 갖는 주형을 제작한다. 마이크로니들 소재를 이 주형 상에 유연하고, 다음으로 가열하여 수분을 증발시킨 후, 고화한 것을 주형으로부터 박리하여 마이크로니들 어레이를 얻을 수 있다.

마이크로니들 어레이에 함유시키는 약물에는 매우 고가의 것이나 미량밖에 얻어지지 않는 것도 있다. 그러한 고가의 귀중한 약물을 소재에 함유시켜 통상법에 의해 마이크로니들 어레이를 제작하면, 약물은 마이크로니들 부분뿐만 아니라 기판 부분에도 포함되게 된다(특허문헌 7). 이 마이크로니들 어레이를 피부에 자입하면, 마이크로니들 부분에 포함되는 약물은 체내에 도입되어 확산되지만, 기판 부분에 존재하는 약물은 이용되지 않고 폐기되어 고가의 약물의 이용 효율이 낮은 결과가 된다.

고가의 약물을 효율적으로 이용하는 시도는 이미 몇가지 알려져 있다. 마이크로니들 표면을 피복하는 방법(특허문헌 2) 외에, 약물을 마이크로니들 선단에 부착시키는 방법(특허문헌 8), 마이크로니들이 부드러운 내부로 원심 분리하여 약물을 니들 선단에 모으는 방법(특허문헌 9), 주형에 약물이 들어간 소재 용액을 충전하고 건조 후 약물을 포함하지 않는 소재 용액을 충전하여 마이크로니들 선단부에만 약물을 보유시키는 방법(특허문헌 10) 등이 보고되어 있다. 이 약물을 선단에 부착시키는 특허문헌 8의 방법은, 약물을 약 100℃로 가온하여 용해시켜서 마이크로니들 선단부에 부착시키는 점에 특색이 있다.

일본 특허 공개 평3-151982호 공보 일본 특허 공개 제2008-029710호 공보 일본 특허 공표 제2002-517300호 공보 일본 특허 공개 제2003-238347호 공보 일본 특허 공개 제2009-273872호 공보 일본 특허 공개 제2010-029634호 공보 일본 특허 공개 제2008-303162호 공보 일본 특허 공개 제2006-346127호 공보 일본 특허 공표 제2009-507573호 공보 일본 특허 재공표 제2009-066763호 공보

권영숙, 가미야마 후미오 「마이크로니들 제품화로의 도정」, 약제학, 사단 법인 일본 약제학회, 2009년 9월, 제69권, 제4호, p.272-276.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 종래 기술의 문제점을 해결하고, 고가의 약물의 유효 이용을 도모하는 새로운 방법을 제공하는 것이다.

약물을 마이크로니들의 선단에 부착시키는 특허문헌 8의 방법은 그 때문에 약물을 100℃ 이상으로 가온하면, 고가의 귀중한 약물이 열분해되는 경우가 많다. 따라서, 약물을 마이크로니들 선단에 부착시킬 때 가온되는 것은 피해야 한다.

또한 특허문헌 8의 방법에서는, 약물은 단순히 마이크로니들 선단에 부착된 것이기 때문에, 약물의 부착 강도가 약하여 마이크로니들을 피부에 자입할 때에 부착 부분이 꺾여서 약물이 박리되거나 하여, 약물이 충분히 도입되지 않는 문제점을 갖고 있다. 이들 문제점을 해결할 필요가 있다.

상기 과제를 해결하기 위하여 이루어진 본 발명에 따른 마이크로니들 용착법은,

a) 수용성 고분자를 소재로 하여 마이크로니들 어레이를 제작하고,

b) 상기 마이크로니들 어레이 선단에 부착시키는 약물 용액을 제작하고,

c) 상기 마이크로니들 어레이의 선단을 상기 약물 용액에 단시간 접촉시켜서,

선단에 약물을 용착시킨 마이크로니들 어레이를 제조하는 것을 특징으로 한다.

마이크로니들 어레이 선단에 효율적으로 약물을 부착시키기 위해서는, 마이크로니들 어레이 소재와 약물 용액은 상용성이 있는 것이 바람직하다. 그를 위해서는 약물과 마이크로니들 소재가 모두 수용성인 것이 바람직하다. 약물 용액은 물을 주로 하여 그것에 혼화되는 유기 용매와의 혼합액이어도 된다. 물에 혼화되는 유기 용매의 예는 에탄올, 아세톤이다.

또한 약물 용액에 수용성 고분자를 용해시켜서 약물 용액의 점도를 높여 두는 것이 바람직하다. 수용성 고분자의 용해에 의해 점도가 상승하여, 마이크로니들 선단부로의 약물 용액의 용착량이 증대하기 때문이다. 수용성 고분자의 수용액 중의 농도는 1 내지 20％, 바람직하게는 2 내지 15％이다. 수용성 고분자의 농도가 작으면 약물 용액의 니들 접촉에 의한 용착량이 적고, 또한 농도가 너무 높으면 유동성이 없어져 용착 조작이 원활하게 행해지기 어려워진다.
약물 용액에서의 수용성 고분자와 상기 마이크로니들 어레이의 소재인 수용성 고분자는 적어도 1종의 동일 성분을 포함할 수 있다. 약물 용액에 포함되는 수용성 고분자와 상기 마이크로니들 어레이의 소재인 수용성 고분자는 동일할 수 있다.

약물 용액 중의 수용성 고분자의 적정한 농도는 약물 용액의 용액 점도에 따라 정할 수 있다. 약물 용착에 바람직한 약물 용액의 점도는 1.0 dPa·s 내지 90 dPa·s의 범위이다. 약물 용액의 점도가 1.0 dPa·s 미만이면 점도가 너무 낮아서 용착량이 적어진다. 또한 90 dPa·s를 초과하면 약물 용액에 접촉 후 분리해도 실처럼 늘어짐이 일어나는 경향이 있다. 또한, 점도는 모두 실온(25℃)에서의 값으로 한다. 마이크로니들의 바늘 길이는 100 내지 2,000 마이크로미터의 길이를 가질 수 있다.

상기 마이크로니들 어레이의 선단을 상기 약물 용액에 접촉시키는 시간은, 너무 길면 수용성 마이크로니들 소재가 약물 용액 중에서 용해되어 버리므로, 0.01 내지 5초가 바람직하다.

약물과 마이크로니들 소재인 수용성 고분자를 합쳐서 약물 수용액으로 함으로써, 마이크로니들 선단부를 약물 수용액에 침지했을 때 선단부가 부분적으로 용해되기 때문에, 약물은 수용성 고분자와 일체적으로 마이크로니들 선단에 도입되게 된다. 이렇게 약물과 소재가 일체화된 마이크로니들은 피부 자입 시, 용착 부분, 즉 약물이 박리되어 떨어지는 경우가 없이 약물이 체내에 완전히 도입되게 된다.

여기에, 일체적이란, 원래의 마이크로니들 선단부와 새롭게 용착한 부분 사이에 명확한 경계면이 존재하지 않는 것을 말한다. 경계 부분에서는, 약물은 농도 구배를 갖고 있는 것이라고 생각된다. 이러한 일체화되는 것을 특징으로 하는 방법을 용착법이라고 한다.

본 발명에서 말하는 약물에는 체내에 도입되는 것에 의해 어떠한 효과를 발생하는 모든 물질을 포함하는 것으로 한다.

고가의 약물이나 대량으로 얻는 것이 곤란한 약물을 경피적으로 인체에 투여하고 싶을 때 본 방법을 사용하는 것이 적당하다. 저렴한 약물이나 대량으로 얻어지는 약물에 대해서는 통상법에 따라 당초부터 약물을 마이크로니들 소재에 혼합하고, 그 혼합 소재로 마이크로니들을 제작하면 된다.

약물이 유기 용제에만 용해될 때는, 그 유기 용제에 약물을 용해한 용액을 수용성 고분자 수용액 중에 혼합하여 약물 수용액을 제작하여 동일한 순서를 사용할 수 있다. 또한 약물이 완전히 수용성 고분자 용액 중에 용해되지 않고 입자상으로 현탁된 경우이어도 현탁이 균일하며 입자 직경이 수 ㎛ 이하이면 용착 및 체내 투여는 약물이 용해된 경우와 동일하게 거동한다.

본 발명의 목적에 적합한 약물의 예로서는 수 mg의 체내 투여로 유효성을 발휘하는 약물이면 모든 약물이 대상이 되지만, 특히 고분자 의약이 유효하다. 예를 들어, 생리 활성 펩티드류와 그의 유도체, 핵산, 올리고뉴클레오티드, 각종 항원 단백질, 박테리아, 바이러스의 단편 등을 들 수 있다.

상기 생리 활성 펩티드류란, 예를 들어 인슐린, 엑센딘-4, 엑센딘-4 유도체, 칼시토닌, 부신피질 자극 호르몬, 부갑상선 호르몬(PTH), hPTH(1→34), 세크레틴, 옥시토신, 안지오텐신, β-엔돌핀, 글루카곤, 바소프레신, 소마토스타틴, 가스트린, 황체 형성 호르몬 방출 호르몬, 엔케팔린, 뉴로텐신, 심방성 나트륨 이뇨 펩티드, 성장 호르몬, 성장 호르몬 방출 호르몬, 브라디키닌, 서브스탠스P, 다이노르핀, 갑상선 자극 호르몬, 프롤락틴, 인터페론, 인터류킨, G-CSF, 글루타티온 퍼옥시다아제, 슈퍼옥시드 디스무타아제, 데스모프레신, 소마토메딘, 엔도텔린, EGF(Epidermal growth factor; 표피 성장 인자), FGF(Fibroblast growth factor; 섬유아세포 성장 인자) 등 피부 관련 성장인자, 보툴리눔 톡신, 및 이들의 염 등을 들 수 있다. 항원단백질 내지는 바이러스 단편으로서는, 인플루엔자 항원, 파상풍 항원, 디프테리아 항원, HBs 표면 항원, HBe 항원 등을 들 수 있다. 이들은 본 발명의 약물 수용액 중에 용해 또는 현탁 상태로 균일하게 분산되어 있을 필요가 있다.

본 발명의 마이크로니들 소재로서, 히알루론산, 콜라겐이나 덱스트린, 덱스트란, 카르복시메틸셀룰로오스, 콘드로이틴 황산, 젤라틴, 프로테오글리칸 등의 수용성 천연물 고분자 물질이 적당하다. 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올(부분 비누화물), 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염 등의 합성 고분자 물질도 사용할 수 있다. 또한 그들 고분자끼리의 블렌드 또는 저분자 수용성 물질을 블렌드하여 마이크로니들의 물성을 개선하는 것도 가능하다. 이와 같이 하여 제조한 마이크로니들 어레이에, 점착 테이프나 바 시트 등 각종 테이프를 부가하여 사용하기 쉬운 제품으로 하면, 약물을 선단에만 갖는 마이크로니들 패치가 된다.
마이크로니들 어레이는 마이크로니들 선단부에 마이크로니들 소재와 약물이 혼합되어 일체적으로 용착되어 있을 수 있다. 또한, 마이크로니들 어레이는 마이크로니들 소재와 용착된 약물을 함유하는 소재가 동일한 수용성 고분자일 수 있다.

종래 많은 보고가 있는 약물을 니들부와 기판부 양쪽에 함침시키는 방법에서는, 기판부를 얇게 해도 그 한계가 있어 50 ㎛는 필요하다. 그 경우에는 마이크로니들 어레이 중의 약물에 비해 더 많은 약물이 기판부에 존재하고, 기판부에 존재하는 약물은 피부내에 투여되지 않는다고 하는 결점을 갖는다(특허문헌 7).

또한, 상기 결점을 보충하기 위해 마이크로니들용 주형에 약물이 들어간 소재 용액을 유연하고, 건조 후 마이크로니들을 남겨서 기판 소재를 제거한 후에 약물을 포함하지 않는 소재 용액을 유연하고, 건조시켜서 기판을 형성하는 시도도 있다(특허문헌 10). 그러나 이 방법에서는 소재 용액을 도포한 시점에서 약물이 기판 소재 용액 중에 확산되어버려 바늘부의 약물량이 감소한다는 결점을 갖는다.

이들 점에 대해서는, 실시예 중의 비교예 1, 2를 참조하기 바란다.

고가이며 귀중한 약물을 마이크로니들의 선단부에만 보유함으로써 약물의 낭비를 방지하여, 약물을 경제적이며 유효하게 이용할 수 있다. 기판 내에 약물이 존재하고 있어도 마이크로니들의 피부 자입에 의해 체내에 흡수되는 경우가 없기 때문이다.

본 방법은, 약물을 용매에 녹여서 마이크로니들의 선단에 용착시키는 것이기 때문에, 약물을 가열할 필요가 없다. 유용한 약물 중에는 100℃ 정도의 가열로 분해되는 것이 많아 종래법의 적용이 곤란했지만, 본 방법에는 그러한 약점이 없다.

약물과 마이크로니들 소재를 함께 포함하는 용액에 마이크로니들 선단부를 접촉시켜서 마이크로니들에 약물을 도입하는 방식으로 하면, 원래의 부분과 새롭게 부착된 부분의 경계면이 없어져 마이크로니들은 일체적이 된다. 일체적일 때는, 마이크로니들을 피부에 자입하는 때에 약물만이 박리되어 떨어지는 경우가 없다.

본 방법에 있어서는 건조는 풍건, 공기 분사, 열풍 분사, 질소 가스 분사 등을 필요에 따라 채용할 수 있다. 또한 건조시키지 않고 알루미늄 파우치 등에 건조제와 함께 밀봉하는 것도 가능하다.

또한 본 방법에 있어서, 약물 용액과의 접촉 시간, 니들의 접촉 깊이 등을 변화시킴으로써 니들의 길이를 조정하는 것이 가능하고, 이것은 본 용착법의 다른 법에 비해 큰 특징이다.

도 1은 본 발명의 마이크로니들 용착법의 개략도이다.
도 2는 당뇨병 모델 래트의 인슐린 투여 후 혈당치의 시간 변화를 도시하는 도면이다.
도 3은 GK 래트의 엑센딘-4 투여 후 혈당치의 시간 변화를 도시하는 도면이다.
도 4는 GK 래트의 엑센딘-4 투여 후 약물 농도의 시간 변화를 도시하는 도면이다.
도 5는 약물 용액에의 마이크로니들 어레이 접촉 깊이를 바꾸어 제작한 용착후 마이크로니들 사진이다.

약물 용액과 마이크로니들의 선단부를 접촉시키기 위해서는 다음과 같은 방법이 있다.

(1) 약물 용액면에 마이크로니들 어레이를 위로부터 침지한다(도 1).

(2) 마이크로니들 어레이를 상향으로 두고 스펀지에 함침시킨 약액을 위로부터 접촉시킨다.

(3) 약액을 층류로서 위로부터 흘리고 마이크로니들 어레이를 가로 방향으로 하여 단시간 접촉시킨다.

이하의 실시예에 있어서는 (1)의 방법에 의하고 있지만, (2), (3)의 방법을 채용할 수도 있다.

이어서, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하지만, 본 발명은 실시예에 한정되는 것은 아니다.

〔실시예 1〕

(용착법에 의한 약물 함유 마이크로니들의 제조)

실시예 1의 마이크로니들 어레이는 주형을 사용하여 제조하였다. 감광성 수지에 광조사하는 리소그래피법에 의해 원뿔대형의 마이크로니들 패턴을 형성한 후, 전기주형 가공함으로써 원뿔대형의 마이크로니들 패턴을 전사한 원뿔대형의 마이크로니들 형성용 오목부가 형성된 주형을 사용하였다.

마이크로니들 형성용 주형 오목부는 근원의 직경이 0.16 mm, 선단 직경이 0.03 mm, 깊이 0.8 mm의 원뿔대 형상이며, 0.6 mm 간격으로 격자 형상으로 배열되어 있고, 1 ㎠당 250개 형성되어 있다. 또한, 마이크로니들 어레이는 직경 10 mm의 원형으로 형성하였다.

수용성 고분자로서 히알루론산을 사용하였다. 히알루론산 수용액은, 중량 평균 분자량 10만의 고분자량 히알루론산(가부시끼가이샤 기분푸드 케미파제, 상품명 「FCH-SU」), 배양 유래) 13.5 중량부와 중량 평균 분자량 1만의 저분자량 히알루론산(큐피 가부시끼가이샤 제조, 상품명 「히알로올리고」, 배양 유래) 1.5 중량부를 물 85 중량부에 용해하여 얻었다. 이 히알루론산 수용액을 주형 상에 유연하고, 가열하여 수분을 증발시키고, 주형으로부터 박리하여 히알루론산 마이크로니들 어레이를 얻었다. 얻어진 마이크로니들은 상기 금형의 형태를 반영한 것이며, 근원의 직경이 0.16 mm, 선단 직경이 0.03 mm, 높이 0.8 mm의 원뿔대 형상이었다. 마이크로니들 어레이는, 마이크로니들이 0.6 mm 간격으로 격자 형상으로 배열되어 있고, 직경 10 mm의 원형이었다.

별도로, 소 인슐린(나카라이테스크 가부시끼가이샤)을 pH 2.5의 염산 수용액에 용해하고 수용액을 상기 히알루론산 수용액에 첨가하여 1.0 유닛(U)/ml 농도의 약물 용액을 얻었다. 점도는 25 dPa·s였다.

도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 약물 용액(1)의 상방에 얻어진 마이크로니들 어레이(2)를 배치하였다. 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 마이크로니들 어레이(2)를 강하시켜서 마이크로니들의 선단부 100 ㎛를 1초간 접촉시켰다. 그 후, 도 1의 (c)에 도시한 바와 같이, 마이크로니들 어레이(2)를 인상하였다. 풍건하여 도 1의 (d)에 도시하는 선단부 인슐린 농축 마이크로니들 어레이(2A)를 20매 얻었다.

얻어진 마이크로니들 어레이(2A)를 현미경 관찰하면 니들 선단부는 도 1의 (d)와 같이 부풀어 있었다. 원래의 마이크로니들과 용착 부분인 인슐린 함유 히알루론산과는 완전히 일체화되어 있는 것이 관찰되었다.

얻어진 마이크로니들 어레이 3매를 사용하여 선단에 부착된 인슐린량을 측정하였다. 측정은 글라자임 인슐린-EIA 테스트 키트(와코 쥰야꾸 고교 가부시끼가이샤)를 이용하였다. 마이크로니들 어레이 1매에 인슐린 0.25 유닛을 함유하고 있는 것을 확인하였다. 함유량의 편차는 20％ 이내였다.

(혈당치 측정 시험)

제조한 마이크로니들 어레이를 사용하여 래트에 인슐린을 경피 투여하였다.

스트렙토조토신 투여에 의해 제작한 당뇨병 모델 래트(체중 약 300 g)의 복부를 제모하였다. 이 래트를 14 시간 이상 절식시킨 후, 제모 피부에 마이크로니들 어레이를 자입하고, 유우끼반(優肌絆)(닛토덴코제)으로 마이크로니들 어레이를 피부에 고정하였다. 마이크로니들 어레이 투여 후, 0.5, 1, 2 시간 경과 후에 채혈하여 혈당치를 측정하였다. 혈당치의 측정은 글루코스 CII-테스트 키트(와코 쥰야꾸 고교 가부시끼가이샤)를 사용하였다. 시험수는 4예였다.

피하 주사에 의해 래트에 인슐린을 투여하였다.

당뇨병 모델 래트를 14 시간 이상 절식시킨 후, 피하 주사에 의해 0.25 유닛의 인슐린을 투여하였다. 인슐린 투여 후, 0.5, 1, 2 시간 경과 후에 채혈하여 혈당치를 측정하였다. 혈당치의 측정은 실시예 1과 동일하게 글루코스 CII-테스트 키트를 사용하였다. 시험수는 4예였다.

혈당치 측정 시험의 기준으로서, 컨트롤(인슐린 투여 없음)의 측정을 행하였다.

당뇨병 모델 래트를 14 시간 이상 절식시킨 후, 0.5, 1, 2 시간 경과 후에 채혈하여 혈당치를 측정하였다. 혈당치의 측정은 실시예 1과 동일하게 글루코스 CII-테스트 키트를 사용하였다. 시험수는 4예였다.

(혈당치 시험의 결과와 고찰)

상기 3개의 시험 결과를 혈당치의 시간 변화로서 도 2에 도시하였다. 각각의 0 시간값(초기값)을 100으로 하여, 혈당치의 상대값을 나타낸다. 본 도면으로부터 명백해진 바와 같이, 혈당치는, 마이크로니들 투여법에 의하면 피하 주사 투여법과 마찬가지로 강하되었다.

〔실시예 2〕

(용착법에 의한 약물 함유 마이크로니들의 제조: 히알루론산이 주성분인 경우)

수용성 고분자 용액은 히알루론산(가부시끼가이샤 기분푸드 케미파제, 중량 평균 분자량 80만, 상품명 FCH-80L) 6 중량부 및 폴리비닐피롤리돈(바스프(BASF) 재팬 가부시끼가이샤 제조, 상품명 콜리돈12PF) 3 중량부를 물 91부에 용해하여 얻었다. 수용성 고분자 용액 조성 및 건조를 풍건이 아니라 질소 가스 분사인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 조작으로 마이크로니들 어레이를 제조하였다. 마이크로니들 및 마이크로니들 어레이의 형상·치수는 실시예 1과 같다.

약물로서 엑센딘-4(와코 쥰야꾸 고교 가부시끼가이샤)를 사용하였다. 엑센딘-4는 II형 당뇨병 치료약이며, 분자량 4200의 단백질로서, 혈당치 강하 작용을 갖는다. 중량 평균 분자량 10만의 고분자량 히알루론산(기분푸드 케미컬사제, 상품명 FCH-SU, 배양 유래)의 10중량％의 수용액에 엑센딘-4를 30 mg/ml가 되도록 용해하여 약물 용액을 조정하였다.

지그(jig)를 사용하여 마이크로니들 어레이의 선단 200 ㎛를 약물 용액에 접촉시키고 즉시 취출하고 질소 가스를 분사하여 건조시켜, 약물 선단 용착 마이크로니들 어레이를 20매 제작하였다.

(용착법에 의한 약물 함유 마이크로니들의 제조: 폴리메틸메타크릴레이트의 경우)

실시예 1에 사용한 것과 동일한 주형을 사용하여 폴리메틸메타크릴레이트(MMA)을 소재로 하는 마이크로니들 어레이를 제작하였다. MMA(와코 쥰야꾸 고교 가부시끼가이샤)의 10％ 톨루엔 용액을 주형에 주입하고 40℃에서 48 시간 건조시켜서 실시예 2와 동일 형상의 MMA 마이크로니들 어레이를 제작하였다. 지그를 사용하여 마이크로니들 어레이의 선단 200 ㎛를 실시예 2와 동일한 약물 용액에 접촉시키고, 즉시 취출하고 질소 가스를 분사하여 건조시켜서 약물 선단 용착 마이크로니들을 제작하였다.

(엑센딘-4의 존재량의 확인)

엑센딘-4의 존재량은 효소 면역 측정법에 의해 결정하였다. 약물 용착 마이크로니들을 이온 교환수에 용해시킨 용액, 또는 래트 정맥으로부터 채혈한 혈액을 시료로 하여, 엑센딘-4 EIA 키트(와코 쥰야꾸 고교 가부시끼가이샤)에 의해 시료 중의 엑센딘-4 농도를 결정하였다.

제작한 마이크로니들 어레이 3매를 사용하여 선단에 부착된 엑센딘-4의 양을 이 방법으로 측정하였다. 히알루론산이 주성분인 경우나 MMA인 경우도, 마이크로니들 어레이 1매에 엑센딘-4가 10 μg 포함되어 있는 것을 확인하였다. 함유량의 편차는 15％ 이내였다.

(혈당치 측정 시험)

제조한 마이크로니들 어레이를 사용하여 래트에 엑센딘-4를 경피 투여하여 당 부하 시험을 행하고, 피하 주사법 및 컨트롤과 비교하였다.

GK 래트, 자연발병 2형 당뇨병 모델(8주령 숫컷, 시미즈 지껭 자이료 가부시끼가이샤로부터 구입)을 마취 후, 배면부를 제모하였다. 14 시간 이상 절식시킨 후, 제모 피부에 마이크로니들 어레이를 자입하고, 유우끼반(닛토덴코제)으로 피부에 고정하였다. 마이크로니들 어레이 투여 30분 후에 2 g/kg 체중 상당량의 포도당을 복강내 투여하였다. 투여 후, 15, 30, 60, 90, 120분 경과 후에 채혈하여 혈당치를 측정하였다. 시험수는 5예였다.

혈당치의 측정은 글루코스 CII-테스트 키트(와코 쥰야꾸 고교 가부시끼가이샤)를 사용하였다.

(엑센딘-4혈중 농도 변화 시험)

제조한 마이크로니들 어레이를 사용하여, 래트에 엑센딘-4를 경피 투여하여 엑센딘-4혈중 농도 변화 시험을 행하고, 피하 주사법 및 컨트롤과 비교하였다.

GK 래트, 자연발병 2형 당뇨병 모델(8주령 숫컷, 시미즈 지껭 자이료 가부시끼가이샤로부터 구입)을 마취 후, 배면부를 제모하였다. 14 시간 이상 절식시킨 후 제모 피부에 마이크로니들 어레이를 자입하고, 유우끼반(닛토덴코제)으로 피부에 고정하였다. 마이크로니들 어레이 투여 30분 후에 2 g/kg 체중 상당량의 포도당을 복강내 투여하였다. 당 투여 후, 15, 30, 60, 90, 120분 경과 후에 채혈하고, 엑센딘-4의 농도를 측정하였다. 시험수는 5예였다.

혈당치 측정 시험 및 약물 혈중 농도 변화 시험의 모두에 있어서, 마이크로니들 경피 투여법과 비교하기 위해 피하 주사 투여법과 약물을 투여하지 않는 컨트롤 시험을 행하였다.

피하 주사 투여법은 다음과 같이 행하였다. GK 래트 자연발병 2형 당뇨병 모델(8주령 숫컷, 시미즈 지껭 자이료 가부시끼가이샤)을 14 시간 이상 절식시킨 후 피하 주사에 의해 10 μg의 엑센딘-4를 투여하였다. 그로부터 30분 후에 2 g/kg 체중 상당량의 포도당을 복강내 투여하였다. 포도당 투여 후, 15, 30, 60, 90, 120분 경과 후에 채혈하고, 혈당치 및 엑센딘-4의 농도를 측정하였다. 시험수는 5예였다.

컨트롤은 다음과 같이 행하였다. GK 래트 자연발병 2형 당뇨병 모델(상동)을 14 시간 이상 절식시킨 30분 후에 2 g/kg 체중 상당량의 포도당을 복강내 투여하였다. 포도당 투여 후, 15, 30, 60, 90, 120분 경과 후에 채혈하고, 혈당치 및 엑센딘-4의 농도를 측정하였다. 시험수는 3예였다.

당 부하 후의 혈당치의 시간 변화를 도 3에 도시한다. 도면에 있어서의 기호는 이하와 같다.

컨트롤: 엑센딘-4 투여 없음

S.C. 10 μg: 엑센딘-4를 피하 주사에 의해 투여

MN(HA) 10 μg: 엑센딘-4를 히알루론산이 주성분인 마이크로니들에 의해 투여

MN(MMA) 10 μg: 엑센딘-4를 MMA의 마이크로니들에 의해 투여

약물 투여 30분 후에 당 부하하고, 그 후의 혈중 엑센딘-4 농도의 시간 변화를 도 4에 도시한다. 도면 중의 기호는 도 3과 같다.

(시험 결과 및 고찰)

도 3에 의하면, 포도당 부하 후 컨트롤군의 혈당치는 급격하게 상승하고 있지만, S.C. 10 μg군 및 MN(HA) 10 μg군에서는 혈당치의 상승이 억제되고 있다. 한편, MN(MMA)군의 혈당치는 컨트롤군보다는 낮지만 MN(HA) 10 μg군의 혈당치에 비교하여 훨씬 높다. 이 결과는 동일한 10 μg을 선단 도포한 마이크로니들이어도 히알루론산을 포함하는 마이크로니들은 폴리메틸메타크릴레이트를 포함하는 마이크로니들보다도 혈당치를 억제하는 효과가 높은 것을 나타내고 있다.

도 4에 의하면, 포도당 부하 30분 전에 엑센딘-4를 투여한 3가지 군에 있어서, S.C. 10 μg군 및 MN(HA) 10 μg군에서는 급격하게 혈중 엑센딘-4 농도가 증가하고, 투여 후 45분(포도당 부하 후 15분)에 농도는 최대가 되고 있다. 한편, MN(MMA) 10 μg군의 혈중 엑센딘-4 농도는 MN(HA) 10 μg군의 농도에 비교하여 훨씬 낮다.

도 3, 4의 결과는, 히알루론산 마이크로니들에 용착시킨 약물(엑센딘-4)은 폴리메틸메타크릴레이트 마이크로니들에 부착시킨 경우에 비하여 마이크로니들의 피부 적용에 의한 약물 체내 침투량이 매우 크고, 그것에 의해 혈당치의 저하 작용도 큰 것을 나타내고 있다. MN(HA)에 의한 투여는 피하 주사와 동일한 거동을 나타내는 점에서, 마이크로니들에 용착된 모든 약물이 체내 침투하는 것을 나타내고 있다. 한편, MN(MMA)에 있어서는 니들에 부착된 약물은 그의 몇분의 1밖에 체내에 침투하고 있지 않은 것을 나타내고 있다.

이 원인으로서, MN(MMA) 선단에 부착된 약물의 부착 강도가 약하기 때문에 마이크로니들 자입 시에 각질을 통과할 때 약물이 마이크로니들로부터 박리되어 체내 흡수되지 않는 것으로 생각된다. 그에 반해 MN(HA)에 있어서는, 약물은 용착 시에 마이크로니들과 일체화되어 있으므로 자입 시에 박리되어 떨어지는 것은 일절 없고, 전량이 체내 흡수되는 것이라고 생각된다.

〔실시예 3〕

중량 평균 분자량 10만의 고분자량 히알루론산(가부시끼가이샤 기분푸드 케미파제, 상품명 FCH-SU, 배양 유래)의 여러가지 농도의 수용액을 제작하고, 이하의 점도가 되도록 히알루론산과 물의 비율을 조정하였다. 조정한 용액의 점도는 0.5, 1.0, 5.0, 20, 50, 90, 150 dPa·s였다. 실온은 25도였다. 그들 7종의 농도가 상이한 수용액 중에 적색 102호(와코 쥰야꾸 고교 가부시끼가이샤)를 농도 0.5％가 되도록 균일하게 용해시켰다.

마이크로니들 어레이는 실시예 1과 동일하게 하여 직경 1.0 cm의 원형의 마이크로니들 어레이를 제작하였다.

얻어진 여러가지 점도의 히알루론산 수용액에 마이크로니들 어레이의 선단부 150 ㎛를 1초간 접촉한 후, 취출 풍건하였다. 접촉에 의해 용착된 히알루론산 수용액량을 평가하기 위하여 마이크로니들 어레이 1매를 2 ml의 이온 교환수에 용해하고 적색 102호의 농도를 510 nm에서의 흡광도에 의해 측정하였다. 그 측정값으로부터 각종 히알루론산 농도가 상이한 수용액의 마이크로니들 어레이 1매당의 용착량을 산정하고, 결과를 하기 표에 나타내었다.

수용액 점도가 낮으면 용착량이 낮았다. 높아짐에 따라서 취급성이 나빠지며, 바늘의 형상도 불규칙하게 되었다. 적절한 수용액 점도는 1.0 내지 90 dPa·s이며, 보다 바람직하게는 5.0 내지 50 dPa·s인 것을 알았다.

(비교예 1)

실시예 1에 있어서 사용한 마이크로니들 형성용 주형 오목부를 사용하여, 다음과 같은 직경 1 cm의 마이크로니들 어레이를 제작하였다.

수용성 고분자 용액이 히알루론산(가부시끼가이샤 기분푸드 케미파제, 분자량 80만, 상품명 FCH-80L) 14.995 중량부, 모델 약물로서 적색 102호 색소 0.005 중량부, 물 85부를 포함하는 수용액을 사용하였다. 이 수용액 0.3 ml를 주형에 유연하고, 실온에서 건조시켜서 마이크로니들 어레이(직경 1 cm)를 성형하였다. 마이크로니들 어레이를 주형으로부터 취출하고, 현미경으로 관찰 하에 그 마이크로니들 어레이의 바늘부를 예리한 커터 나이프로 조심스럽게 깎아내어, 바늘부와 기판부로 분리하였다. 각각을 이온 교환수에 용해시키고, 510 nm의 흡광도를 측정하여 모델 약물의 바늘부와 기판부로의 분배비를 구하였다.

바늘부 존재량:기판부 존재량=0.048:0.952

따라서, 이러한 방법으로 마이크로니들 어레이를 제작하면, 약물의 대부분이 기판부에 이용되지 않고 남을 것으로 예상된다.

(비교예 2)

수용액의 주형 충전량이 0.15 ml인 것을 제외하고 비교예 1과 동일하게 하여 주형 상에 마이크로니들 어레이를 성형하였다. 계속하여 주형 표면에 피막 형상으로 존재하는 기판부를 젖은 코튼으로 정성스럽게 닦아내었다.

계속해서, 히알루론산(기분푸드 케미파제, 분자량 80만, 상품명 FCH-80L) 15 중량부, 물 85부를 포함하는 적색 102호 색소를 포함하지 않는 수용액의 0.3 ml를 주형에 유연하고, 40℃에서 건조시켜서 마이크로니들 어레이(직경 1 cm)를 성형하였다. 마이크로니들 어레이를 주형으로부터 취출하고, 현미경으로 관찰 하에 그 마이크로니들 어레이의 바늘부를 예리한 커터 나이프로 조심스럽게 깎아내어, 바늘부와 기판부로 분리하였다. 각각을 이온 교환수에 용해시키고, 510 nm의 흡광도를 측정하여 모델 약물의 바늘부와 기판부로의 분배비를 구하였다.

바늘부 존재량:기판부 존재량=0.62:0.38

적색 102호 모델 약물은 원래 바늘부에만 존재하고 있었던 것이다. 그러나 이 결과는, 기판부 형성을 위해 히알루론산 수용액을 주형 상에 유연하여 건조시키는 공정 중에서, 바늘부로부터 기판부로 약물이 확산되는 것을 나타내고 있다.

따라서, 이러한 방법으로는, 마이크로니들 부분에만 약물을 보유하는 마이크로니들 어레이를 제작할 수는 없다.

〔실시예 4〕

중량 평균 분자량 10만의 고분자량 히알루론산(가부시끼가이샤 기분푸드 케미파제, 상품명 FCH-SU, 배양 유래)의 수용액을 제작하였다. 용액의 점도는 5.0 dPa·s였다. 실온은 25℃였다. 본 수용액 중에 FD4 (플루올레센덱스트란, 모델화합물, 와코 쥰야꾸 고교 가부시끼가이샤)를 농도 5％가 되도록 균일하게 용해시켰다. 마이크로니들 어레이는 높이가 0.65 ㎛인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 주형을 사용하여 직경 1.0 cm의 원형의 마이크로니들 어레이를 제작하였다.

얻어진 히알루론산 수용액에 마이크로니들 어레이의 선단부를 1초간 접촉한 후, 취출 풍건하였다. 그 때 선단부의 접촉 깊이를 150 ㎛와 250 ㎛로 함으로써 바늘 길이를 조정하였다. 선단에 모델 약물을 용착시킨 마이크로니들은 선단부를 일부 용해시킴으로써 길이를 짧게 하였다. 미접촉 시의 바늘 길이는 650 ㎛이지만, 150 ㎛ 및 250 ㎛의 접촉에 의해 각각 약 640 ㎛, 약 570 ㎛로 할 수 있었다. 도 5 참조. 마이크로니들의 약액에의 접촉 깊이를 변화시킴으로써 바늘 길이를 조절할 수 있었던 것을 나타내고 있다.

본 발명에 의한 마이크로니들 패치는 의료나 미용의 분야에 있어서 널리 이용될 것으로 기대된다.

1: 약물 용액
2: 마이크로니들 어레이
2A: 선단부 인슐린 농축 마이크로니들 어레이

Claims (14)

1. a) 수용성 고분자를 소재로 하여 마이크로니들 어레이를 제작하는 공정,
   b) 약물 및 상기 마이크로니들 어레이 소재와 상용성이 있는 수용성 고분자를 포함하는, 마이크로니들 어레이 선단에 부착시키기 위한 약물 용액을 제작하는 공정, 및
   c) 상기 마이크로니들 어레이의 선단을 상기 약물 용액에 0.01 내지 5초 동안 접촉시키는 공정
   을 포함하는, 선단에 약물을 부착시킨 마이크로니들 어레이를 제조하는 마이크로니들 용착법이며,
   상기 마이크로니들 어레이와 상기 약물 용액의 접촉시 상기 마이크로니들 어레이의 선단이 부분적으로 용해되어 마이크로니들 어레이의 원래의 부분과 약물 용액이 부착된 부분의 경계면이 없어져, 약물이 마이크로니들에 일체적으로 도입되고,
   상기 약물 용액에 포함되는 수용성 고분자와 상기 마이크로니들 어레이의 소재인 수용성 고분자가 동일하며, 히알루론산인 것을 특징으로 하는 마이크로니들 용착법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 약물 용액의 점도를 1.0 dPa·s 이상 90 dPa·s 이하로 하는 것을 특징으로 하는 마이크로니들 용착법.
5. 제1항에 있어서, 상기 약물 용액의 용매가 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로니들 용착법.
6. 제1항에 있어서, 마이크로니들의 바늘 길이가 100 내지 2,000 마이크로미터의 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로니들 용착법.
7. 제1항에 있어서, 상기 약물이 PTH, 인터페론, 인슐린, 엑센딘-4, 엑센딘 유도체, EGF(Epidermal growth factor; 표피 성장 인자), FGF(Fibroblast growth factor; 섬유아세포 성장 인자), 보툴리눔 톡신, 각종 항원 단백 또는 바이러스 단편 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마이크로니들 용착법.
8. 삭제
9. 마이크로니들 선단부에 마이크로니들 소재와 약물이 일체적으로 용착되어 있는 마이크로니들 어레이이며,
   상기 약물의 용착은 상기 약물 및 상기 마이크로니들 소재와 상용성이 있는 수용성 고분자를 포함하는 약물 용액을 상기 마이크로니들 선단부와 접촉시켜, 마이크로니들 선단부가 부분적으로 용해되어 원래의 마이크로니들 선단부와 약물이 용착된 부분의 경계면이 없어져, 약물이 마이크로니들에 일체적으로 도입되고,
   상기 약물 용액에 포함되는 수용성 고분자와 상기 마이크로니들 소재가 동일하며, 히알루론산인 것을 특징으로 하는 마이크로니들 어레이.
10. 삭제
11. 제9항에 있어서, 상기 약물이 PTH, 인터페론, 인슐린, 엑센딘-4, 엑센딘 유도체, EGF(Epidermal growth factor; 표피 성장 인자), FGF(Fibroblast growth factor; 섬유아세포 성장 인자), 보툴리눔 톡신, 각종 항원 단백 또는 바이러스 단편 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 마이크로니들 어레이.
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