집중초음파지원 비강내 뇌약물 전달방법(FUSIN)

혈액-뇌 장벽(blood-brain barrier, BBB)은 뇌약물 전달의 주요 장애물이며 중추 신경계 질환에 대한 치료 옵션을 제한한다. 제한된 크기, 전하 및 지질 용해도를 갖는 분자들만 BBB를 통과할 수 있다. 이를 극복하기 위하여 침습적인 직접 주입방법이나 내인성 수송 메커니즘을 통해 장벽을 넘어가는 약물의 변형과 같은 방법이 사용되고 있다. 그러나 이들 방법은 많은 비용이 드는 방법이어서 새로운 방법에 대한 연구가 진행되고 있다.

하바드대 Ferenc A. Jolesz 교수팀은 2001년 집중초음파(focused ultrasound, FUS)로 BBB를 일시적으로 개방하는 집중초음파 유도 혈액뇌장벽 파괴방법(FUS-induced BBB disruption, FUS-BBBD)을 개발하였다[1]. 이 방법은 비침습적이며, 효과는 뇌에서 원하는 볼륨에만 국한 될 수 있다는 장점이 있다. 이후 미세기포와 함께 집중초음파를 사용하여 초음파만을 사용하는 것보다 BBB 파괴에 필요한 음향전력을 수십 배 감소시키는 방법이 개발되었다. 순환하는 미세 기포는 혈관 벽에 초음파 효과를 집중시키는 것으로 보이며, 주변에는 거의 영향을 미치지 않고 단단한 접합부의 확장과 세포 간 메커니즘의 활성화를 통해 BBB 파괴를 유발한다[2].

이후 집중초음파 지원 비강내 뇌약물전달(Focused ultrasound-enabled intranasal brain drug delivery, FUSIN) 방법이 개발되었다[3]. FUSIN은 BBB를 우회하고 심장, 폐, 간 및 신장과 같은 주요 기관에 대한 전신 노출을 최소화하는 직접적인 코-뇌 약물 투여를 위해 비강 경로를 사용한다. FUSIN은 FUS-BBBD보다 위와 장을 제외한 주요 기관에서 10 배 더 높은 전달 효율과 10 배 낮은 전신 노출을 달성한 것으로 밝혀졌다. 이러한 발견은 FUSIN이 전신 노출을 최소화하면서 비침습적이고 국소화된 뇌 약물 전달을 위한 유망한 기술임을 시사했다[4].

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[1] Hynynen, Kullervo, et al. "Noninvasive MR imaging–guided focal opening of the blood-brain barrier in rabbits." Radiology 220.3 (2001): 640-646.

[2] Sheikov, Nickolai, et al. "Cellular mechanisms of the blood-brain barrier opening induced by ultrasound in presence of microbubbles." Ultrasound in medicine & biology 30.7 (2004): 979-989.

[3] Ye, Dezhuang, et al. "Comparison of focused ultrasound-mediated intranasal delivery and focused ultrasound-induced blood-brain barrier disruption in the delivery of gold nanoclusters to the brainstem." 2018 IEEE International Ultrasonics Symposium (IUS). IEEE, 2018.

[4] Ye, Dezhuang, and Hong Chen. "Focused ultrasound-mediated intranasal brain drug delivery technique (FUSIN)." MethodsX (2021): 101266.