KR20180053852A - 패치형 능동 약물전달 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 체내에서 용해되는 패치(patch)를 이용하여 소화기관 등의 목표한 부위에 치료약물, 치료세포, 진단 영상 약물, 또는 문신술 잉크 등의 약물을 능동적으로 전달하기 위한 시스템에 관한 것으로, 자석(110)이 구비되는 캡슐 내시경(100)과; 생체에 전달하기 위한 약물(210)이 담지되어 상기 캡슐 내시경(100)에 구비되는 패치부(200)와; 상기 캡슐 내시경(100)을 구동하기 위한 자기장을 생성하는 자기장 생성부(300);를 포함한다.

Description

패치형 능동 약물전달 시스템{Active Drug Delivery System with Patch in Gastrointestinal Tract}
본 발명은 패치형 능동 약물전달 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 체내에서 용해되는 패치(patch)를 이용하여 소화기관 등의 목표한 부위에 치료약물, 치료세포, 진단 영상 약물, 또는 문신술 잉크 등의 약물을 능동적으로 전달하기 위한 시스템에 관한 것이다.
고령화 복지 사회가 되면서 각종 질병에 효과적이고 경제적인 치료가 요구되고 있다. 이러한 요구에 맞춰 약물전달(Drug Delivery System, DDS) 기술을 이용하여 환자 개인의 상태에 따라서 필요한 양을 환부에 적절하게 투여하는 효율적인 의료적 기술이 개발되고 있다. 초기 약물전달 기술은 치료용 물질에 집중되어 개발되었으나, 이후에는 치료용 약물과 더불어 효율적으로 전달하는 방법인 약물전달 시스템에 관한 연구가 함께 진행되고 있다. 특히 최근 들어서 표적화된 약물전달 시스템(Targeted Drug Delivery System)을 이용하여 약물의 전달효율이 증가된 약물전달 시스템이 개발되고 있다. 또한 최근 들어 표적화된 약물전달 시스템을 이용하여 환부를 영상으로 진단하는 비침습적 생체영상화(non-invasive in vivo imaging) 장비의 개발이 이루어지고 있다.
이와 관련된 종래의 기술들로는, 다양한 형태의 약물(지질구조체, 나노입자, 리포좀, 삼투압제제 등) 및 약물 전달체에 대한 연구가 진행되고 있고, 이러한 약물 및 약물 전달체는 혈관 (정맥) 및 근육 주사, 경구용 약, 패치 등으로 인체 내에 전달된다. 그러나 이러한 방법들은 대개 혈관내로 흡수되어 약물이 전달되는 구조를 가지고 있다. 다만 패치의 경우에는 피부에 국부적으로 약물이 전달할 수 있는 기능을 포함하고 있다. 그러나 이러한 기존의 약물전달 방법들은 소화기관 내에서 국부적으로 질환부위에 직접 약물을 전달하는 것이 아니라 혈관을 통해 약물을 전달하므로 약물전달의 효율의 한계와 이로 인한 약물의 부작용 등의 제한점을 가지게 된다.
공개특허공보 제10-2015-0096627(공개일자: 2015.08.25)
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 약물이 담지된 패치를 구비한 캡슐 내시경을 이용하여 인체 내의 표적 부위에 능동형으로 약물을 전달할 수 있는 시스템을 제공하고자 하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 패치형 능동 약물전달 시스템은, 자석이 구비되는 캡슐 내시경과; 생체에 전달하기 위한 약물이 담지되어 상기 캡슐 내시경에 구비되는 패치부와; 상기 캡슐 내시경을 구동하기 위한 자기장을 생성하는 자기장 생성부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 패치부는, 일면에 다수의 마이크로니들 어레이를 더 포함하며, 보다 바람직하게는, 표면에 점막부착성 폴리머를 포함하는 접착층을 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 캡슐 내시경은, 외관을 구성하는 하우징에 환부에 전류를 인가할 수 있는 한 쌍의 전극부를 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 캡슐 내시경은, 환부에 초음파를 인가할 수 있는 초음파 모듈을 더 포함한다.
바람직하게는, 상기 캡슐 내시경은, 원통 형상의 하우징을 포함하며, 상기 패치부는 상기 하우징의 일측 개구단에 구비된다.
바람직하게는, 상기 캡슐 내시경은, 일측에 절개된 배출공이 형성된 원통 형상의 하우징을 포함하며, 상기 패치부는 상기 배출공으로 배출 가능하게 상기 하우징 내에 롤 형태로 배치된다.
보다 바람직하게는, 상기 캡슐 내시경은, 상기 패치부를 인출 방향으로 유도하기 위한 언로딩부를 더 포함한다.
본 발명에 따른 패치형 능동 약물전달 시스템은, 생체에 전달하기 위한 약물이 담지된 패치부와 함께 자석에 의해 외부에서 발생된 자기장에 의해 3차원 상에서 병진운동 또는 회전운동이 가능한 캡슐 내시경을 포함하여 표적 부위에 효과적으로 약물을 전달할 수 있는 효과가 있으며, 또한 약물이 아닌 문신용 잉크를 담지하여 복강경 및 로봇수술을 위한 내시경적 문신술 또는 생체 영상화 기능으로 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 패치형 능동 약물전달 시스템의 전체 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 패치형 능동 약물전달 시스템에 있어서 캡슐 내시경의 구성도,
도 3의 (a)(b)는 본 발명에 따른 패치형 능동 약물전달 시스템에 있어서 패치부의 실시예들을 보여주는 도면,
도 4의 (a)(b)와 및 도 5의 (a)(b)는 약물이 담지된 패치부를 보여주는 도면,
도 6은 본 발명에 따른 패치형 능동 약물전달 시스템에 있어서, 패치부가 구비된 캡슐 내시경의 제1실시예를 보여주는 도면,
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 캡슐 내시경에 의한 패치의 언로딩 과정을 보여주는 도면,
도 8의 (a)(b)는 본 발명에 따른 패치형 능동 약물전달 시스템에 있어서, 패치부가 구비된 캡슐 내시경의 제2실시예를 보여주는 도면,
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 캡슐 내시경에 의한 패치의 언로딩 과정을 보여주는 도면.
본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 약물전달 시스템은, 자석(110)이 구비된 캡슐 내시경(100)과, 생체에 전달하기 위한 약물이 담지되어 캡슐 내시경(100)에 구비되는 패치부(200)와, 캡슐 내시경(100)을 구동하기 위한 자기장을 생성하는 자기장 생성부(300)를 포함한다.
캡슐 내시경(100)은 원통 형상 또는 구 형상일 수 있으며, 자석(110)이 마련되어 자기장 생성부(300)에 의해 발생된 자기장(B)에 의해 3차원의 임의 방향으로 병진 운동 또는 회전 운동이 가능하다.
패치부(200)는 약물이 담지된 판상의 기재로서, 캡슐 내시경(100)에 의해 인체 내의 목표 부위까지 운반되어 환부에 약물을 전달하게 되며, 이에 대한 구체적인 실시예는 관련 도면을 참고하여 다시 설명한다.
자기장 생성부(300)는 3차원 상에서 임의 방향으로 자기장을 발생시키기 위하여 자화 전류에 의해 일정 자속을 발생시키게 되는 다양한 형태의 코일들의 조합에 의해 제공될 수 있으며, 예를 들어, 맥스웰 코일, 헬름홀츠 코일, 새들 코일을 조합하며, 각 코일의 자화 전류의 크기와 방향을 제어하여 3차원상의 임의 방향으로 자기장을 발생시킬 수 있다. 본 출원인은 이와 같이 3차원 상에서 임의 방향으로 자기장을 발생시키는 다양한 형태의 3차원 전자기 구동장치를 특허 등록한 바가 있으며, 이러한 3차원 전자기 구동장치가 캡슐장치의 추진 구동 및/또는 조향 구동에 이용될 수가 있을 것이며, 예를 들어, 등록특허 제10-1001291호(등록일자: 2010.12.08), 등록특허 제10-1084722호(등록일자: 2011.11.11), 등록특허 제10-1084720호(등록일자: 2011.11.11), 등록특허 제10-1096532호(등록일자: 2011.12.14), 등록특허 제10-1256408호(등록일자: 2013.04.15), 등록특허 제10-1256409호(등록일자: 2013.04.15)가 참고될 수 있다. 한편, 자기장발생부는 전자석 코일이 아닌 회전 구동이 가능한 다수의 영구자석들이 조합되어 사용될 수도 있을 것이다.
제어유니트(400)는 캡슐 내시경(100)에서 송출되는 정보를 수신하는 수신부(410)와, 자기장 생성부(300)에 인가되는 전원을 제어하여 캡슐 내시경(100)의 운동을 제어하게 되는 제어부(420)를 포함할 수 있으며, 또한 캡슐 내시경(100)에서 전송된 정보를 출력하는 주지의 디스플레이를 더 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 패치형 능동 약물전달 시스템에 있어서 캡슐 내시경의 구성도이다.
도 2를 참고하면, 캡슐 내시경(100)은 외관을 구성하는 하우징(101) 내부에 영구자석(110)과, 카메라 모듈(120)과, 데이터 전송 모듈(130)과, 전원 공급 모듈(140)을 포함할 수 있다.
특히 본 발명의 캡슐 내시경(100)은 패치부(200)가 구비되어 인체 내의 목표 부위까지 패치부(200)를 전달하기 위한 운반체로 사용되며, 패치부(200)는 특정 부위의 환부에 전달하기 위한 약물이 담지된 판상의 기재에 의해 제공된다.
영구자석(110)은 임의 방향으로 자화되어 있으며, 따라서 외부에서 발생된 자기장에 의해 인체 내에 삽입된 캡슐 내시경(100)의 구동이 이루어질 수 있다.
카메라 모듈(120)은 영상 정보를 촬영하게 되며, 촬영된 영상 정보는 데이터 전송 모듈(130)로 전달되어 외부로 전송된다.
전원 공급 모듈(140)은 카메라 모듈(120)과 데이터 전송 모듈(130)의 작동 전원을 공급하게 되며, 배터리가 사용될 수 있다.
제어모듈(150)은 제어유니트에서 전달된 제어신호에 의해 카메라 모듈, 데이터 전송 모듈, 전원 공급 모듈의 제어가 이루어질 수 있다.
바람직하게는, 캡슐 내시경(100)은 하우징(101)에 전기영동(electrophoresis)을 위한 한 쌍의 전극부(161)(162)가 마련될 수 있으며, 환부에 패치부(200)의 언로딩이 이루어지는 동안 또는 언로딩 후에 환부에 전원을 인가하여 약물의 피부 투과율을 높일 수 있다.
바람직하게는, 캡슐 내시경(100)은 초음파를 발생시킬 수 있는 초음파 모듈(170)을 더 포함할 수 있으며, 환부에 패치부(200)의 언로딩이 이루어지는 동안 또는 언로딩 후에 환부에 초음파를 발생시켜 약물의 피부 투과율을 높일 수 있다.
전기영동법과 초음파 요법은 약물에 따라서 선택적으로 사용될 수 있으며, 제어모듈(150)에 의해 조작이 이루어진다.
도 3의 (a)(b)는 본 발명에 따른 패치형 능동 약물전달 시스템에 있어서 패치부의 실시예들을 보여주는 도면이다.
도 3의 (a)를 참고하면, 패치부(200)는 약물(210)이 담지된 판상의 기재로서, 바람직하게는, 체내에서 대사에 의해 소실되는 당질 또는 생분해성 및 생체적합성인 폴리머에 의해 제공될 수 있다.
본 발명에서 약물(210)은 치료용 약물에만 국한되는 것은 아니며, 치료를 위한 세포, 진단 영상을 위한 약물, 복강경 및 로봇수술을 위한 내시경적 문신술(Colonoscopic Tattooing)을 위한 인디아잉크(India Ink) 혹은 ICG(Indocyanine green)을 수 있다.
이러한 약물은 패치부(200) 내에 담지되어 체내에서 패치부(200)가 용해되면서 약물이 함께 피하에 투여될 수 있다.
다른 실시예로서, 도 3의 (b)에 도시된 것과 같이, 패치부(200)는 일면에 다수의 마이크로니들(Microneedle)(220) 어레이가 마련될 수 있다. 이때, 약물(210)은 마이크로니들(220)에 포함될 수 있다. 마이크로니들(220) 어레이 역시도 체내에서 대사에 의해 소실되는 기재가 사용될 수 있다.
이러한 마이크로니들(220)의 길이는 대략 150~200㎛이며, 따라서 신경을 건드리지 않으면서 피하에 약물을 투입될 수 있는 통로를 만들어 약물 투과 효율을 현저히 높일 수 있는 경피투여 방식의 약물전달이 이루어진다. 특히, 마이크로니들 어레이를 이용한 경피투여 방식의 약물전달은 펩타이드 및 단백질과 같은 고분자량의 약물 전달에 매우 효과적일 수 있다.
도 3에서 예시한 것과 같이, 약물은 패치부(200) 및/또는 마이크로니들(220)에 담지될 수 있으며, 이때 해당 기재에 약물이 직접 담지되거나 나노-입자(Nano particle) 형태로 담지될 수 있다.
바람직하게는, 패치부(200)는 점막부착성 폴리머(mucoadhesive polymer)가 도포되어 환부 점막과의 부착성을 높일 수 접착층을 더 포함할 수 있으며, 예를 들어, 점막부착성 폴리머는 알긴산(alginate), 키토산(chtosan) 또는 그 유도체, 구아 검(guar gum), 잔탄 검(xanthan gum), 펙틴(pectin), 칼락토만난(galactomannan), 글루코만난(glucomannan), 히알루론산(hyaluronic acid)과 글리코사미노글리칸(glycosaminoglycans), 및 젤라틴(gelatin)과 같은 천연 폴리머와; 폴리에틸렌 글리콜(Polyethylene glycol) 및 산화에틸린(polyethylene oxide)과 그 공중합체, 폴리아크릴산(Polyacrylic acid) 및 폴리메타크릴린산 유도체(polymethacrylic acid derivatives), 폴리비닐피롤리돈(Polyvinyl pyrrolidone), 폴리비닐아민(Polyvinyl amine)과 같은 합성 폴리머와; 셀룰로오스 유도체(Cellulose derivatives)와 같은 반합성 폴리머가 있다.
도 4의 (a)(b)와 및 도 5의 (a)(b)는 약물이 담지된 패치부를 보여주는 도면이다.
도 4의 (a)(b)는 패치부에 약물이 나노 입자 형태로 담지된 것과 패치부 내에 직접 담지된 것을 보여주고 있으며, 마이크로니들이 피하에 삽입된 후에 패치부의 약물이 마이크로니들을 통해 배출되거나 약물이 마이크로니들로 이동한 후에 마이크로니들이 용해되면서 피하에 투여될 수 있다.
도 5의 (a)(b)는 마이크로니들에 약물이 나노 입자 형태로 담지된 것과 마이크로니들에 직접 담지된 것을 보여주고 있으며, 마이크로니들이 피하에 삽입된 후에 마이크로니들이 체내에서 용해되면서 피하에 약물의 투입이 이루어질 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 패치형 능동 약물전달 시스템에 있어서, 패치부가 구비된 캡슐 내시경의 제1실시예를 보여주는 도면이다.
도 6을 참고하면, 본 실시예의 캡슐 내시경(100)은, 원통 형상의 하우징(101)의 상측 개구단에 패치부(200)가 구비되며, 본 실시예에서 패치부(200)는 복수 개의 적층된 것을 보여주고 있다.
바람직하게는, 복수 개의 측정된 패치부(200)의 하단에는 언로딩부(180)가 마련될 수 있으며, 언로딩부(180)는 상단에 위치한 패치부(200)가 언로딩(unloading)된 후에 하단에 위치한 패치부를 위로 밀어 올리는 역할을 한다. 이러한 언로딩부(180)는 패치부(200)를 상방으로 가압하게 되는 코일 스프링과 같은 탄성체일 수 있으며, 또는 전기적인 신호에 의해 패치부(200)를 상방으로 밀어 올리기 위한 선형 액추에이터일 수 있으며, 이때 선형 액추에이터는 제어모듈에 의해 제어가 이루어지는 전원 공급 모듈(140)의 전원에 의해 조작이 이루어질 수 있다.
캡슐 내시경(100)은 개구단을 개폐할 수 있는 커버(102)가 마련될 수 있으며, 커버(102)는 제어모듈에 의해 외부에서 개폐 조작이 가능하여 캡슐 내시경이 목표 부위까지 이동하는 동안에 생분해성의 패치부(200)가 직접 주변 환경에 직접 노출되어 분해되는 것을 방지할 수 있다.
다른 실시예로서, 커버(102)는 캡슐 내시경(100)의 개구단에서 기구적으로 개폐되는 것이 아닌 개구단에 도포된 생분해성 물질일 수 있으며, 이러한 생분해성 커버는 생체 내에서 일정 시간 동안에 분해되어 목표 환부까지 캡슐 내시경이 이동하는 동안에만 패치부(200)를 보호하고 제거되어 패치부(200)가 노출되도록 할 수 있다.
한편, 약물 투입 환부 위치 또는 환경과, 패치부의 생분해 속도 등을 고려하여 캡슐 내시경(100)의 개구단에는 별도의 커버가 필요 없이 패치부가 노출된 상태로 사용될 수도 있음을 이해하여야 할 것이다.
앞서 설명된 전기영동을 위한 한 쌍의 전극부(161)(162)는 하우징(101)의 개구단과 인접하여 마련될 수 있다.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 캡슐 내시경에 의한 패치의 언로딩 과정을 보여주는 도면이다.
도 7을 참고하면, 제1실시예에 따른 캡슐 내시경(100)은 체외에 배치된 자기장 생성부에서 발생된 자기장에 의해 표적 환부까지 이동하며, 패치부(200)가 표적 환부를 지향하도록 위치한 상태에서 캡슐 내시경(100)을 전진 구동하여 표적 환부(10)에 패치부(200)를 밀착 시켜 부착이 이루어진다. 한편, 표적 환부에 패치부를 부착하는 동안 또는 부착 후에 캡슐 내시경의 전극부를 통한 전기영동 또는 초음파를 인가하는 과정이 함께 이루어질 수 있다.
도 8의 (a)(b)는 본 발명에 따른 패치형 능동 약물전달 시스템에 있어서, 패치부가 구비된 캡슐 내시경의 제2실시예를 보여주는 도면이다.
도 8을 참고하면, 제2실시예의 캡슐 내시경(500)은 원통 형상의 하우징(501)의 측면에 패치부(200)가 배치될 수 있다.
구체적으로, 캡슐 내시경(500) 내측에 복수의 패치부(200)가 전체적으로 롤 형태를 갖도록 배치되며, 그 가운데는 패치부(200)를 방사 방향(radial direction)으로 밀어내기 위한 언로딩부(580)가 마련된다. 언로딩부(580)는 방사 방향으로 패치부를 밀어내기 위한 태엽 형상의 스프링 등의 탄성체일 수 있으며, 또는 전기적인 신호에 의해 구동이 이루어지는 액추에이터가 사용될 수 있다.
한편, 하우징(501)의 측면에는 절개 형성된 배출공(501a)이 형성되며, 이 배출공(501a)을 통해 패치부(200)가 배출될 수 있다.
본 실시예에서 전기영동을 위한 전극부(561)(562)는 하우징(501)의 둘레를 따라서 구비될 수 있다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 캡슐 내시경에 의한 패치의 언로딩 과정을 보여주는 도면이다.
도 9를 참고하면, 제2실시예의 캡슐 내시경(500)은 체외에 배치된 자기장 생성부에서 발생된 자기장에 의해 표적 환부까지 이동하며, 표적 환부(10)에 캡슐 내시경(500)의 측면이 밀착된 상태에서 캡슐 내시경(500)이 회전하여 패치부(200)는 표적 환부(10)에 부착될 수 있다. 앞서 실시예에서도 설명하였듯이, 표적 환부에 패치부를 부착하는 동안 또는 부착 후에 캡슐 내시경의 전극부를 통한 전기영동 또는 초음파를 인가하는 과정이 함께 이루어질 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
100, 500 : 캡슐 내시경 101, 501 : 하우징
110, 510 : 영구자석 120 : 카메라 모듈
130 : 데이터 전송 모듈 140, 540 : 전원 공급 모듈
150 : 제어모듈 161, 162, 561, 562 : 전극부
170 : 초음파 모듈 200 : 패치부
210 : 약물 220 : 마이크로니들
300 : 자기장 생성부 400 : 제어유니트

Claims (8)

  1. 자석이 구비되는 캡슐 내시경과;
    생체에 전달하기 위한 약물이 담지되어 상기 캡슐 내시경에 구비되는 패치부와;
    상기 캡슐 내시경을 구동하기 위한 자기장을 생성하는 자기장 생성부;를 포함하는 패치형 능동 약물전달 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 패치부는, 일면에 다수의 마이크로니들 어레이를 더 포함하는 패치형 능동 약물전달 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 패치부는 표면에 점막부착성 폴리머를 포함하는 접착층을 더 포함하는 패치형 능동 약물전달 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 캡슐 내시경은, 외관을 구성하는 하우징에 환부에 전류를 인가할 수 있는 한 쌍의 전극부를 더 포함하는 패치형 능동 약물전달 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 캡슐 내시경은, 환부에 초음파를 인가할 수 있는 초음파 모듈을 더 포함하는 패치형 능동 약물전달 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 캡슐 내시경은, 원통 형상의 하우징을 포함하며, 상기 패치부는 상기 하우징의 일측 개구단에 구비되는 것을 특징으로 하는 패치형 능동 약물전달 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 캡슐 내시경은, 일측에 절개된 배출공이 형성된 원통 형상의 하우징을 포함하며, 상기 패치부는 상기 배출공으로 배출 가능하게 상기 하우징 내에 롤 형태로 배치됨을 특징으로 하는 패치형 능동 약물전달 시스템.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 캡슐 내시경은, 상기 패치부를 인출 방향으로 유도하기 위한 언로딩부를 더 포함하는 패치형 능동 약물전달 시스템.
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