비강 약물전달시스템의 현재와 미래

비강 약물전달시스템의 현재와 미래

 
 
1. 약물전달시스템(Drug Delivery Systems, DDS)이란?
 
   약물전달시스템(이하 DDS)은 치료용 약물이나 생리 보완용 물질을 인체에 효율적으로 전달하는 기술을 말한다. DDS는 적정량의 약물을 목표 부위까지 효과적으로 전달하기 위해 투여 제형을 설계하고 약물 방출 속도를 조절한다. 이는 약물의 부작용과 독성을 줄이고 약물의 부가가치를 높이는데 중요하다.
   약물전달시스템(DDS)은 의약품 투여 경로에 따라 여러 가지로 분류된다.

• 경구투여형: 알약, 물약, 가루약 등의 형태로, 가장 일반적이며 시장 점유율이 높다. 약물은 위장에서 분해된 후 위장관 점막을 통해 흡수된다.
• 경피흡수형: 피부를 통해 전달되는 약물로, 패치와 연고가 대표적이다. 위장관을 거치지 않아 체내 pH와 무관하게 사용하며 장시간 연속 투여가 가능하다. 
• 주사형: 약물을 혈관이나 근육에 직접 투여하는 방식으로, 정확한 양을 신속하게 전달할 수 있다. 그러나 주사 부위 통증 발생이나 약물 소실 속도가 빠를 수 있다는 단점이 있다.
• 폐흡입형: 약물을 호흡기 조직에 노출시켜 폐포에서 흡수시키는 방식으로, 폐의 넓은 표면적 덕분에 빠른 흡수가 가능하다.
• 점막투여형: 점막에 존재하는 혈관과 림프관을 통해 약물을 흡수시키는 방식으로, 빠른 흡수가 가능하다. 최근 녹내장, 비염 등 국소 치료뿐만 아니라 인슐린과 같은 전신 치료에도 응용되고 있다.

2. 비강 약물전달시스템의 기전과 특징
 
   비강 약물전달시스템은 비강 점막을 통해 약물을 투여하는 방식으로, 점막투여형 약물전달시스템의 하나에 속한다. 비강은 인체에서 뇌로 직접적인 접근이 가능한 유일한 경로이며, 점막에는 풍부한 모세혈관이 있어 타 경로에 비해 약물 흡수가 용이하다. 또한, 코는 수많은 미세 융모로 덮여있어 넓은 표면적을 가지고 있다. 따라서, 비강 약물전달시스템은 국부적 전달, 전신 전달의 효율성을 높이는 유용한 방법이다.
   비강 약물전달시스템은 다음과 같은 장점을 지닌다. 먼저 코와 비강의 넓은 표면적은 약물의 빠른 확산을 가능하게 하며, 특히 약물이 비강 후각 경로를 통해 혈액뇌장벽(BBB)을 우회하여 중추신경계로 직접 전달될 수 있다. 또한, 간 초회통과 효과를 회피해 약물이 간에서 대사 되기 전에 흡수되므로 효과가 빠르고, 비침습적인 투여 방식으로 환자의 편의성을 높인다.
   반면, 비강 약물전달시스템은 단점도 존재한다. 대부분 스프레이 등을 이용하는 분무 형식이기 때문에 분사량에 일관성이 떨어질 수 있어 약물의 전달 변동성이 클 수 있다. 그뿐만 아니라, 코의 점액섬모청소능과 비강 내 효소가 약물농도 변화에 영향을 줄 수 있어 장기간 체내 약물의 농도를 일정하게 유지하는 것이 비교적 어려울 수 있다.
 
3. 비강 약물시스템의 시장 현황과 대표 의약품
 
   비강 약물전달 방식은 흡수성과 편리성 덕분에 의약품 시장에서 빠르게 성장하고 있다. 해당방식은 특히 알레르기 비염 치료에 널리 쓰이는 항히스타민제와 스테로이드제를 중심으로 자리 잡고 있으며, 그 외에도 마약성 진통제(펜타닐, 모르핀), 호르몬 약물(옥시토신, 데스모프레신), 마취제, 진정제, 위장관 치료제(메토클로프라마이드, 온단세트론) 등이 주목받고 있다.
   특히 후각 경로(olfactory pathway)를 통한 약물 전달에 관한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이 경로는 혈액뇌장벽(BBB)을 우회할 수 있어 특정 난 흡수성 약물의 투여에 용이하다. 더 나아가 폴리펩타이드(polypeptide) 계열 약물의 전달 효율이 높아 퇴행성 신경 질환(알츠하이머병, 파킨슨병) 및 뇌 질환 등 다양한 분야에서 효과적인 약물 전달 경로로 주목받고 있다. 최근에는 두통약(이미트렉스-수마트립탄, 조미그-졸미트립탄, 미그라날-다이하이드로르고타민)과 같은 의약품도 비강 투여 방식으로 개발되고 있다.
   Markets and Markets 보고서에 따르면 비강 투여 의약품의 세계 시장 규모는 2022년 659억 달러에서 2027년 869억 달러로, 연평균 5.7%의 성장률을 보일 것으로 예상된다. 
 
4. 비강 약물전달시스템의 미래와 개선 방향
 
   비강 약물전달시스템이 시장에서 더욱 성장하기 위해선 제약 요인을 분석하고 이를 개선하는 것이 필요하다. 비강 약물전달시스템의 발전을 위해서는 다음의 주요 과제를 해결해야 한다.
   첫째로, 약물 남용의 방지가 필요하다. 흡수되는 양의 변동성으로 인해 비강 스프레이 남용과 관련된 합병증(코 점막 염증, 건조증, 콧물 등)이 생길 수 있다. 이를 방지하기 위한 안전 설계가 필요하며 분사 기술의 정밀도가 향상되어야 한다. 둘째로, 비슷한 맥락에서, 약물 농도의 일정한 유지가 어려운 점을 개선해야 한다. 점액질이나 효소에 의한 약물 분해는 약물 농도의 급격한 변화를 초래할 수 있어 약물농도를 일정하게 유지하기 위한 안정화 기술이 필요하다. 마지막으로, 경제적이고 효율적인 약물 전달 용기의 설계와 개발을 통한 전달 용기의 개선이 필요하다.
 
 
   비강 내 의약품 시장은 아직 초기 단계로, 효과적인 용량 설정, 약물 지속 기간, 전달 용기 개선 등에 대한 연구가 더 필요하다. 비강 약물전달시스템은 새로운 적용 분야의 확장 가능성과 기술 발전에 따라 의약품 시장에서의 중요성이 더욱 커질 것이다.
 
참고문헌
신경전달물질의 비강 투여를 위한 서방형 전달 시스템 (특허청, 2013)
비강 내 약물전달 : 생리화학적 치료적 양상 (한국과학기술정보연구원)
ASTI market insight : 비강 투여 의약품 (손종구,한국과학기술정보연구원, 2023)
셀트리온 공식블로그 ‘위아셀’
 
 
 

Development Trends of Nasal Drug Delivery Systems

 
 
1. What is a Drug Delivery System (DDS)? 
 
A Drug Delivery System (DDS) refers to technologies that efficiently deliver therapeutic drugs or physiologically supplemental substances to the human body. DDS involves designing formulations and controlling drug release rates to effectively deliver the right amount of drugs to targeted areas. This approach is crucial in reducing side effects and toxicity while enhancing the value of the drug. 
DDS can be classified into various categories based on the routes of administration: 
 

• Oral Administration: The most common method, including tablets, syrups, and powders. Drugs are absorbed through the gastrointestinal mucosa after decomposition in the stomach. 
• Transdermal Administration: Drugs delivered through the skin, such as patches and ointments. These bypass the gastrointestinal tract, allowing usage independent of body pH and enabling long-term administration. 
• Injection: A method of directly delivering drugs into blood vessels or muscles, ensuring precise and rapid drug administration. However, it may cause pain at the injection site and have a fast elimination rate. 
• Pulmonary Inhalation: Drugs are exposed to respiratory tissues and absorbed through alveoli, leveraging the large surface area of the lungs for rapid absorption. 
• Mucosal Administration: Drugs are absorbed through blood vessels and lymphatic vessels in the mucosa, enabling rapid absorption. Recently, this method has been applied for both local treatments, such as glaucoma and rhinitis, and systemic treatments, such as insulin delivery. 

 
2. Mechanism and Features of Nasal Drug Delivery Systems 
 
   Nasal drug delivery systems involve administering drugs through the nasal mucosa and belong to the category of mucosal drug delivery systems. The nasal cavity provides a direct pathway to the brain, unique among body routes, and its mucosa contains abundant capillaries, facilitating easier drug absorption compared to other routes. Additionally, the nasal cavity’s vast surface area, covered with numerous microvilli, enhances absorption efficiency. 
   This method offers several advantages. The large surface area of the nasal cavity allows for rapid drug diffusion, and drugs can bypass the blood-brain barrier (BBB) through the olfactory pathway, delivering them directly to the central nervous system. Furthermore, nasal drug delivery systems avoid the first-pass effect, ensuring faster absorption without metabolic breakdown in the liver, and they provide non-invasive administration, improving patient convenience. 
   However, there are also disadvantages. Most systems use spray formulations, which may lack consistency in spray volume, leading to variability in drug delivery. Additionally, factors such as mucociliary clearance and nasal enzymes can influence drug concentration, making it challenging to maintain consistent drug levels over extended periods. 
 
3. Market Status and Representative Drugs of Nasal Drug Delivery Systems 
 
   Due to its absorption efficiency and convenience, nasal drug delivery systems have seen rapid growth in the pharmaceutical market. This method is widely used for antihistamines and steroids in the treatment of allergic rhinitis and is also gaining attention for narcotic analgesics (e.g., fentanyl, morphine), hormonal drugs (e.g., oxytocin, desmopressin), anesthetics, sedatives, and gastrointestinal treatments (e.g., metoclopramide, ondansetron). 
   Research on drug delivery via the olfactory pathway has been actively conducted. This pathway bypasses the BBB, making it suitable for delivering poorly absorbable drugs. Additionally, its high delivery efficiency for polypeptide drugs makes it a promising route for treating neurodegenerative diseases (e.g., Alzheimer’s, Parkinson’s) and brain disorders. Recently, nasal delivery systems have been developed for headache medications such as Imitrex (sumatriptan), Zomig (zolmitriptan), and Migranal (dihydroergotamine). 
 
According to a Markets and Markets report, the global nasal drug delivery market is expected to grow from $65.9 billion in 2022 to $86.9 billion in 2027, with a compound annual growth rate of 5.7%. 
 
4. Prospects and Improvements in Nasal Drug Delivery Systems 
 
   For nasal drug delivery systems to achieve greater market growth, it is essential to address existing challenges. Key areas for improvement include: 
 
1. Prevention of Drug Overuse: Variability in absorption can lead to complications such as nasal mucosal inflammation, dryness, and rhinorrhea due to overuse of nasal sprays. Safety designs and improvements in spray precision are needed to prevent these issues. 
2. Maintaining Consistent Drug Concentration: Factors such as mucosal secretions or enzyme activity can cause significant fluctuations in drug concentration. Stabilization technologies to maintain consistent drug levels are required. 
3. Enhancing Drug Delivery Containers: Developing cost-effective and efficient drug delivery containers through innovative designs can further improve the system. 
 
 
   The nasal drug delivery market is still in its early stages. Research on effective dosage settings, sustained drug action, and improved delivery containers is necessary. With expanding applications and technological advancements, nasal drug delivery systems are expected to gain increased prominence in the pharmaceutical market.