나노의약품의 전신 약동학은 약물 전달에 결정적인 영향을 미치지만, 기존의 체외 모델은 순환, 청소 및 종양 수송 간의 동적 상호작용을 포착하지 못해 치료 성능 예측에 한계가 있었습니다. 본 연구는 생체 내 약동학적 거동과 크기 의존적 나노입자 전달을 재현하는 미세유체 종양 플랫폼을 개발했습니다.
이 플랫폼은 시간 분해능 농도 제어, 막 기반 혈관 장벽, 3D 종양 스페로이드를 통합하여 전신 노출과 종양 미세 환경을 동시에 모사합니다. 비소세포폐암 모델에서 파클리탁셀이 탑재된 고분자 미셀을 사용하여 생체 내와 유사한 농도-시간 프로파일과 제형 의존적 치료 반응을 재현했습니다.
특히, 종양 내 축적과 항종양 효능 모두 약동학적 노출과 나노입자 크기에 의존함을 확인했으며, 이는 생체 내 관찰 결과와 일치합니다. 또한, 강화된 투과 및 보유 효과(EPR)와 관련된 크기 의존적 전달 패턴도 포착했습니다.
이 플랫폼은 전신 약동학과 종양 수준의 수송 및 반응을 연계함으로써, 기존의 정적 분석법을 넘어 나노의약품 성능을 평가할 수 있는 예측 프레임워크를 제시합니다. 이는 나노의약품 개발 및 최적화에 기여할 것으로 기대됩니다.
전신 약물 전달에 유용한 나노입자(NP)는 생체 내에서 빠르게 제거되어 표적 조직 도달률이 5% 미만입니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 나노입자가 혈액 세포에 부착(히치하이킹)하여 순환 시간을 연장하고 생체 분포를 재조정하는 전략이 연구되고 있으나, 세포 선택성 제어에는 어려움이 있었습니다.
본 연구는 콜린 카르복실레이트 이온성 액체(IL)로 폴리(젖산-코-글리콜산)(PLGA) 나노입자를 코팅하는 모듈형 플랫폼을 제시합니다. 이 IL-PLGA 나노입자는 림프구, 단핵구, 과립구, 혈소판, 적혈구 등 특정 혈액 세포 집단과 선택적으로 상호작용하여 생체 내 히치하이킹을 촉진하도록 설계되었습니다.
개발된 IL-PLGA 나노입자는 낮은 세포 독성을 보였으며, 정맥 주사 후 건강한 쥐에서 혈장 내 체류 시간이 현저히 감소하고 순환 시간이 크게 연장되었습니다. 또한, 다양한 IL 화학 구조는 미개질 PLGA 나노입자로는 불가능했던 독특한 장기 표적화 프로파일을 생성하여 특정 생체 분포 패턴을 가능하게 했습니다.
이 연구 결과는 혈액 세포 특이적 히치하이킹을 유도할 수 있는 조절 가능한 IL-나노입자 계면을 입증합니다. 이는 조작된 생체-나노 상호작용을 통해 전신 약물 전달을 개선할 수 있는 일반화된 전략을 제시하며, 재료공학 분야에서 약물 전달 효율을 높이는 데 기여할 것으로 기대됩니다.
