I) 마이크로니들링이란 무엇인가요?

마이크로니들링은 일반적으로 길이가 25µm에서 2000µm 사이인 마이크로니들을 사용하여 표피와 진피 내에 일시적인 미세 통로를 형성하는 시술법입니다. [1,2]

그 작용 기전을 더 잘 이해하기 위해서는 몇 가지 핵심적인 측면을 고려해야 합니다. 표피의 가장 바깥쪽 층인 각질층의 평균 두께는 약 10~15 µm입니다. [1] 이 층은 친수성 화합물과 고분자량 분자의 침투를 현저히 제한하는 매우 효과적인 장벽을 형성합니다. 미세바늘은 제어된 미세 통로를 만들어 이 장벽을 우회함으로써 진피로의 직접적인 접근을 용이하게 합니다. [1,2,3]

이 바늘들은 직경이 매우 얇아 기존 바늘에 비해 통증이 적으면서도, 여전히 큰 분자를 진피층까지 전달할 수 있습니다. [1]

II) 다양한 종류의 미세바늘

마이크로니들의 다양한 구조, 사용된 재료 및 방출 메커니즘 덕분에 마이크로니들의 폭넓은 치료적 활용이 가능해집니다.

다음과 같이 여러 종류의 미세바늘을 구분할 수 있습니다:

• 고체 미세바늘(Solid MNs): 금속이나 폴리머로 만들어진 이 바늘은 피부에 구멍을 뚫어 미세 통로를 형성함으로써, 국소 약물의 확산을 돕고 흡수율을 높여줍니다.
• 코팅 미세바늘(Coated MNs): 유효 성분이 포함된 얇은 막으로 코팅된 고체 바늘로, 삽입 후 약물을 빠르게 방출한다.
• 중공 미세바늘(Hollow MNs): 미세 주사기 역할을 하여 용액을 정밀하게 주입할 수 있으며, 통증을 최소화하면서 정해진 용량의 용액이나 민감한 생체분자를 투여하는 데 적합합니다.
• 용해성 미세바늘(Dissolvable MNs): 수용성 고분자로 만들어져 삽입 후 용해되며, 그 자리에서 약물을 완전히 방출합니다.
• 하이드로겔 형성 미세바늘(Hydrogel-forming MNs): 팽윤성 고분자로 구성되어 있으며, 조직 간액을 흡수합니다. 팽윤된 고분자는 농도 구배를 통해 치료용 분자의 확산을 가능하게 합니다. [1,3]

III) 마이크로니들의 적용 분야

• 피부과 및 미용의학

마이크로니들링 시술은 섬유아세포를 자극하여 콜라겐 생성을 촉진하는 피부과 치료법으로 활용될 수 있습니다. 피부에 미세한 상처를 인위적으로 유발함으로써 신체의 자연 치유 메커니즘을 자극하여, 콜라겐과 엘라스틴 합성을 증가시킵니다. [2]

이 시술은 여드름 흉터, 주름, 색소 침착, 튼살 등 다양한 피부 고민을 해결하는 데 사용됩니다. [4] 마이크로니들링의 주요 장점 중 하나는 주변의 건강한 조직을 보존하면서 피부 재생을 촉진한다는 점으로, 그 결과 다른 피부 치료법에 비해 회복 속도가 빠르고 회복 기간이 짧습니다. [2]

마이크로니들링은 그 다용도성 덕분에 신체의 거의 모든 부위에 시술할 수 있지만, 주로 얼굴, 목, 가슴 부위에 적용됩니다.

미용 의학 분야에서 마이크로니들링은 피부에 미세한 구멍을 정밀하게 뚫는 데 사용되며, 이후 PDRN이나 펩타이드와 같은 생체 자극 용액을 국소적으로 도포합니다. 이러한 미세 통로는 유효 성분이 피부 깊은 층으로 침투하는 것을 돕고, 이를 통해 성분이 표적 세포에 도달하여 단순한 국소 도포만 할 때보다 더 효과적으로 생물학적 작용을 발휘할 수 있게 합니다.

• 상처 치유

재생 의학 분야에서 마이크로니들의 활용은 특히 피부 조직을 비롯한 다양한 분야에 미래의 전망을 제시하고 있다.

피부 상처 치유와 관련하여, 여러 연구에서 마이크로니들 패치가 상처의 봉합을 현저히 촉진하고 국소 혈관 신생을 촉진하는 것으로 나타났습니다. [5] 또한 VEGF(혈관 내피 성장 인자)와 같은 적절한 치료제와의 병용은 신생 혈관 형성에 효과가 있는 것으로 입증되었습니다. [6]

또한 이들은 재생된 조직에서 ECM의 구조 형성을 개선합니다. 따라서 당뇨성 궤양, 만성 상처 및 화상 치료에 있어 중요한 가능성을 제시합니다. [4,6]

• 면역학 분야의 응용

마이크로니들은 면역학 분야에서 상당한 관심을 끌 수 있다.

건선 치료에서 이러한 제제는 코르티코스테로이드, 메토트렉세이트 및 생물학적 제제의 흡수를 촉진하여 전신적 부작용을 줄이는 동시에 국소적 효능을 높여줍니다. 건선은 과각화증과 각질층의 현저한 비후가 특징이며, 이로 인해 기존 국소 치료제의 침투가 크게 제한됩니다.

용해성 히알루론산 기반 미세바늘은 건선 치료를 위한 표적 경피 전달 시스템으로 개발되었다. 미세바늘 패치는 국소 염증 및 표피 과증식 감소와 함께 피부 병변의 현저한 개선 효과를 보였다.

또한 진피에는 진피 수지상 세포와 랑게르한스 세포를 비롯한 항원 제시 세포가 고밀도로 분포되어 있어 면역학적 잠재력이 풍부하기 때문에 백신 접종 기술도 발전하고 있습니다. 마이크로니들은 진피 부위를 정밀하게 표적화할 수 있게 해주며, 기존 피하 주사바늘에 비해 침습성이 적고 수용성이 더 높습니다. 진피 내 면역 활성 세포에 대한 직접적인 접근을 용이하게 함으로써, 마이크로니들 시스템은 백신의 면역원성을 최적화하려는 접근 방식에 부합합니다. [8]

• 종양학 분야에서의 응용

마이크로니들은 또한 가장 공격적인 피부암 중 하나인 흑색종과 같은 종양 치료 분야에서도 연구되고 있다. 마이크로니들은 항암제, 면역 체크포인트 억제제, 항종양 백신 및 광열 나노입자의 국소 투여를 가능하게 하여, 종양 부위에서의 높은 농도 유지, 전신 독성 감소 및 국소 면역 자극을 보장합니다. 면역 자극제를 함유한 마이크로니들 패치는 종양 부피의 현저한 감소와 세포독성 T 림프구의 활성화를 보여줌으로써 면역학적 기억 효과를 입증했습니다. [9]

IV) 히알루론산: 미세바늘 개발을 위한 핵심 생체재료

히알루론산(HA)은 뛰어난 생체적합성, 생분해성 및 입증된 안전성 덕분에 마이크로니들 개발에 있어 가장 선호되는 소재로 널리 인정받고 있습니다. 이 물질의 물리화학적 특성 덕분에, 다양한 치료제를 제어된 방출 양상으로 전달할 수 있는 용해성 마이크로니들을 제조할 수 있습니다. [10]

피부에 주입되면 히알루론산(HA)은 빠르게 용해되어 국소 수분 공급을 강화하고 활성 분자의 확산을 촉진함으로써 치료 효과를 높입니다. 진피에 도달한 HA는 세포외 기질 내에 수분을 유지하여 조직의 수분 공급과 구조적 확장을 촉진합니다. CD44와 같은 세포 수용체와의 상호작용을 통해, 히알루론산은 섬유아세포의 증식과 이동을 자극하는 동시에 콜라겐과 엘라스틴의 합성을 돕습니다. 또한, 히알루론산은 미세 손상으로 유발된 염증 반응을 조절하여 조직 재생과 상처 치유에 유리한 미세환경을 조성합니다. [11]

결론

결론적으로, 미세바늘은 표적 치료를 전달하고 국소 면역 체계를 조절하며 생체 이용률을 향상시킬 수 있는 능력 덕분에 경피 및 재생 의학 분야에서 유망한 전망을 제시합니다. 미세바늘은 최소 침습적이며 다양한 조직에 적용할 수 있을 뿐만 아니라 부작용을 줄여줍니다. 미세바늘이 지닌 혁신의 잠재력은 여전히 무궁무진합니다. 생체 적합성과 생분해성을 갖춘 히알루론산과의 결합은 더 안전하고, 더 개인화되며, 환자 중심의 의학을 실현하는 혁신의 수단으로서 미래의 소재로 부상하고 있습니다.

참고 문헌 :

[1] Shang Lyu a,c, Zhifei Dong a,b, Xiaoxiao Xu a,b, Ho-Pan Bei a, Ho-Yin Yuen a, Chung-Wai James Cheung a, Man-Sang Wong a,***, Yong He c,**, 신 자오 a, 표면 아래와 그 너머로: 상처 치유 및 조직 재생을 위한 미세바늘 구조, 재료, 약물, 제조 및 응용

[2] 샤르와리 자이스왈, 수갓 자와데, 피부과에서의 마이크로니들링: 적용 분야, 기술 및 결과에 대한 포괄적 고찰

[3] 무함마드 빌랄, 샤히드 메흐무드, 알리 라자, 4우즈마 하야트, 타히르 라시드, 하피즈 M.N. 이크발, ‘스마트 약물 전달 시스템에서의 미세바늘’

[4] 한 얀화, 친 샤오유, 린 웨이센, 왕 첸, 인 쉬안잉, 우 자신, 첸 양, 첸 샤오자, 첸 통카이, 피부 질환 치료를 위한 미세바늘 기반 접근법

[5] Vera Vera, I Gusti Ayu Agung Praharsini, 3% PDRN 연어 미세침 요법이 안면 과색소침착 완화에 미치는 효과: 피부 과색소침착 지수(SHI) 분석

[6] Yixin Zhang, Yanteng Xu, Huimin Kong, Jiabin Zhang, Hon Fai Chan, Jiasi Wang, Dan Shao, Yu Tao, Mingqiang Li, 조직 공학 및 재생 의학을 위한 미세바늘 시스템

[7] Ting Wang, Die Li, Haojie Bi, Yi Liu, Xuan Xu, Hanying Wang, Qianwei Jin, Shaochun Chen, Lechun Lyu 및 Jingpei Shi, 건선 경피 치료를 위한 메토트렉세이트 및 덱사메타손을 함유한 2층 미세바늘 패치

[8] Maria R. Romano a, Luigi Panza b, Roberto Adamo a, Francesco Berti a, Derek T. O’Hagan c, Simona Gallorini a, Barbara C. Baudner a, MenC 당단백 결합 백신의 피내 투여를 위한 보조제 최적화

[9] Lanqi Zhu, Guanlin Qiao, Huiyang Gao, Aowei Jiang, Linan Zhang 및 Xiaobing Wang, 하이드로겔 미세바늘을 이용한 흑색종 치료 효과 증진

[10] Jagoda Chudzińska, Agata Wawrzyńczak 및 Agnieszka Feliczak-Guzik, 생분해성 고분자(히알루론산)를 기반으로 한 미세바늘

[11] Natalia Y Yevdokimova, Sergey E Podpryatov, 하지에 만성 궤양이 있거나 없는 비인슐린 의존성 당뇨병 환자의 배양된 진피 섬유아세포에서 히알루론산 생성 및 CD44 발현