당뇨병 환자들은 혈당 조절을 위해 하루에도 여러 차례 인슐린 주사를 맞아야 한다. 바늘에 찔리는 통증도 문제지만, 주사기를 항상 소지하고 다니며 시간에 맞춰 투여해야 하는 불편함은 환자의 삶을 어렵게 만든다. 최근에는 주 1회 투여하는 것으로 매일 주사하는 방식과 유사한 혈당 조절 효과를 보인다는 임상시험 결과가 나오며 상황이 좋아졌지만, 주사로 인해 생기는 멍이나 흉터, 바늘 공포증과 같은 불편함은 여전히 피하기 어렵다. 만약 인슐린을 주사 대신 화장품처럼 피부에 바르는 것만으로도 같은 효과를 낼 수 있다면 환자들의 삶의 질이 훨씬 높아질 수 있지 않을까?

바르는 인슐린 치료제 시대는 가능할까

피부에 바르는 방식으로 인슐린을 흡수시키려는 연구는 오랫동안 진행돼 왔지만, 우리의 피부 구조가 워낙 견고한 장벽이어서 번번이 실패하고 말았다. 피부의 가장 바깥층인 각질층(죽은 세포로 된 겉층)은 단단한 벽돌 담장처럼 되어 있어서 외부의 병원균이 함부로 들어올 수 없지만 필요한 약물을 침투시키는 것 역시 쉽지 않다. 이 때문에 니코틴 패치 같은 소분자 약물(분자량 약 500 이하)은 가능해도 인슐린(분자량 약 5800) 같은 큰 단백질은 피부를 통과하기 어렵다고 여겨졌다. 기존에도 피부 투과를 돕기 위해 특수 화학물질을 발라 각질층을 일시적으로 무르게 하거나, 마이크로니들(아주 미세한 바늘), 초음파, 고압 분사 등으로 피부에 작은 구멍을 내 약물을 밀어넣는 시도들이 있었지만, 이런 방법들은 피부를 손상시켜 감염 위험을 높이고 환자들에게 번거롭다는 한계가 있었다.

최근 국제 학술지 네이처에는 피부 장벽을 스스로 통과할 수 있는 똑똑한 분자를 설계하여 인슐린을 화장품처럼 바르는 것만으로 흡수시킬 수 있는 기술이 발표되었다. 이 분자는 ‘폴리[2-(N-옥사이드-N,N-디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트]’라는 긴 이름의 고분자로, 연구팀은 이를 줄여 ‘OP 폴리머’라고 명명했다. OP 폴리머의 비밀은 pH 변화에 따라 전하를 바꾸는 성질에 있다. 우리 피부 표면은 피지 및 땀 분비물 때문에 약산성(pH 5)을 띠고, 피부 속으로 들어갈수록 점차 중성(pH 7)으로 변한다. OP 폴리머는 이러한 pH 경사를 활용한 기술이다. 우선 산성인 피부 표면에서는 OP 폴리머가 양전하(양이온)를 띠며 피부의 지질 성분에 달라붙는다. 일단 각질층 틈을 파고든 폴리머는 더 깊은 층으로 내려가면서 주변 환경이 중성으로 바뀌면 전하가 중성인 상태(쌍성 이온 상태)로 변화한다. 그러면 더 이상 지방 성분과 달라붙지 않고 미끄러지듯 피부 깊숙한 곳까지 확산할 수 있게 된다.

피부 pH 경사를 이용한 새로운 약물 전달 방법

연구팀은 이 폴리머에 인슐린 분자를 화학적으로 결합시켜 일종의 폴리머-인슐린 복합체를 만들었다. 그리고 이를 크림 형태로 만들어 제1형 당뇨를 유발한 마우스의 피부에 바르는 실험을 진행했다. 폴리머가 기관차처럼 인슐린을 싣고 피부 장벽을 통과하여 혈관에 전달할 수 있기를 기대한 것이다. 실험 결과, OP 폴리머와 결합된 인슐린은 피부를 통과하여 혈액으로 들어가 1시간여 만에 마우스의 혈당을 정상 수준으로 떨어뜨렸다. 이는 인슐린 주사기를 사용한 것과 거의 비슷한 효과이다. 또한 혈당 감소 효과가 무려 12시간 이상 유지되었는데, 같은 양의 인슐린을 주사기로 주입하였을 때는 약 4시간 정도만 혈당이 유지되는 것과 비교하면 효과 지속 시간도 인슐린 주사기보다 더 길게 나타난 것이다.

그렇다면 고분자 물질이 피부를 통과하면서 나타나는 부작용이나 피부 손상은 없었을까? 이를 검증하기 위해 연구팀은 마우스와 미니피그의 피부에 여러 차례 폴리머-인슐린 크림을 발라준 뒤 피부 조직을 정밀 관찰했다. 미니피그는 해부학적, 생리학적으로 인간의 피부와 매우 유사하기 때문에 피부 질환 및 약물 평가 연구에 많이 사용되는 모델 동물이다. 그 결과 피부 표면 각질층 구조나 세포 사이 간격 등에 폴리머-인슐린에 의한 어떠한 변화도 생기지 않았고, 염증 반응이나 세포 손상도 발견되지 않았다. 이는 OP 폴리머가 피부 자극 없이 비침습적으로 인슐린을 체내에 전달할 수 있음을 의미한다.

바르는 인슐린 기술이 다른 단백질 치료제로 응용

이 기술은 매일 주사하는 것이 고통스러운 전 세계 수많은 당뇨병 환자들에게 무척 희소식이지만, 실제 환자들의 일상을 바꾸기까지는 넘어야 할 산들이 아직 남아 있다. 먼저 사람 대상의 임상 시험을 통해 효과가 재현되는지 확인하고, 장기간 반복 사용 시에도 안전한지 검증해야 한다. 폴리머-인슐린 복합체가 마우스와 미니피그에서는 부작용이 없었지만 인간은 수십 년간 인슐린을 투여받아야 하므로 장기 안전성 여부는 반드시 검증되어야 한다. 특히 인슐린 투여량을 정교하게 조절하지 않으면 저혈당 등 부작용이 생길 수 있기 때문에, 바르는 제형으로 정확한 용량을 전달하는 기술도 풀어야 할 숙제이다.

그럼에도 전문가들은 이 새로운 피부 투과 인슐린 기술이 당뇨 치료제 시장의 판도를 바꿀 잠재력이 있다고 평가한다. 무엇보다 환자들이 통증과 불편을 감수해야 하는 매일의 주사 치료에서 해방될 수 있다는 점이 가장 큰 장점이다. 폴리머 기술이 인슐린 이외의 다른 호르몬이나 단백질 의약품에도 적용 가능하다는 점도 주목할 만하다. 실제로 체중 감량에 쓰이는 비만 치료제(GLP-1 호르몬)의 피부 전달 실험도 진행 중이며 좋은 효과를 내고 있다고 한다. 가까운 미래에는 당뇨병 환자가 아침에 일어나 연고나 패치를 한 장 붙이는 것만으로도 하루 혈당이 조절되는 세상이 열리길 기대한다.

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A skin-permeable polymer for non-invasive transdermal insulin delivery, Wei et al., 2025, Nature