난용성 약물의 가용화 전략: 제제학적 원리와 최신 기술 정리

 

현대 제약 산업의 핵심 과제, 난용성 약물의 가용화 전략

현대 제약 산업에서 신약 후보 물질의 약효를 온전히 발휘하게 하는 것은 성분 자체의 효능만큼이나 중요한 과제다. 특히 최근 개발되는 신약 후보 물질의 70% 이상이 '난용성(Poorly water-soluble)'이라는 특성을 가지고 있어, 제제 연구자들은 이를 해결하기 위해 사투를 벌이고 있다. 약물이 체내에 흡수되어 치료 효과를 나타내려면 우선 위장관 내의 수계 환경에서 녹아야 하지만, 난용성 약물은 용해도가 너무 낮아 체외로 그대로 배출되기 쉽기 때문이다. 이를 해결하기 위한 '가용화(Solubilization)' 전략은 제제학의 정수라고 할 수 있다.

BCS 분류 시스템을 통한 약물의 이해

난용성 약물을 논할 때 빼놓을 수 없는 것이 바로 BCS(Biopharmaceutics Classification System) 분류다. 이는 약물의 용해도와 투과성에 따라 네 가지 등급으로 나누는 체계다. 가용화 연구의 주 대상이 되는 것은 BCS Class II(낮은 용해도, 높은 투과성)와 Class IV(낮은 용해도, 낮은 투과성)에 속하는 약물들이다. 특히 Class II 약물은 용해도만 개선하면 혈류 내 흡수율을 드라마틱하게 높일 수 있기 때문에 다양한 제형 공학적 접근이 시도된다. 연구자들은 약물의 물리화학적 성질을 분석하여 최적의 가용화 경로를 결정한다.

물리적 입자 제어: 미분화와 나노 기술의 적용

가용화를 위한 가장 직관적인 방법은 입자의 크기를 줄이는 것이다. 이는 노이스-휘트니(Noyes-Whitney) 식에 근거한다. 입자의 반지름이 작아질수록 전체 표면적이 기하급수적으로 늘어나며, 용매와의 접촉 면적이 넓어짐에 따라 용해 속도가 빨라지는 원리다. 과거에는 기계적 힘으로 깎아내는 마이크로 단위의 미분화(Micronization)에 의존했으나, 최근에는 나노 밀링(Nano-milling)이나 고압 균질화법을 통해 입자를 100~500nm 수준까지 줄인다. 이렇게 만들어진 나노 서스펜션은 표면 에너지가 높아 응집되기 쉽지만, 적절한 계면활성제를 사용하여 이를 안정화하는 것이 기술력의 핵심이다.

화학적 상태의 변화: 고체분산체와 무정형화 공법

약물의 결정 구조(Crystal structure)는 그 자체로 안정적이지만, 역설적으로 용해에는 방해가 된다. 결정을 유지하려는 격자 에너지를 끊어내야 녹을 수 있기 때문이다. 이를 해결하기 위해 약물의 결정 구조를 아예 무너뜨린 '무정형(Amorphous)' 상태로 만드는 전략이 고체분산체(Solid Dispersion) 기술이다. 난용성 약물을 친수성 고분자 기질 내에 분자 단위로 분산시켜 고체화하면, 물에 닿는 순간 고분자가 녹으며 약물이 무정형 상태로 즉각 방출된다. 이 방식은 용해도를 평상시보다 수십 배 이상 끌어올릴 수 있어 상업적으로도 널리 활용되지만, 시간이 지나면 다시 결정으로 돌아가려는 '재결정화' 현상을 억제하는 고분자 선정 기술이 필수적이다.

지질 기반 전달 시스템: SNEDDS와 미셀 형성

물에 녹지 않는다면 기름에 녹여 전달하는 방식도 유효하다. 자가유화 약물전달시스템(SNEDDS)은 약물을 오일, 계면활성제, 보조 용매와 혼합하여 캡슐에 충전하는 방식이다. 이 제제가 위장관 내에서 연동 운동과 수분을 만나면 에너지를 가하지 않아도 스스로 미세한 유화(Emulsion) 상태를 형성한다. 이때 형성된 나노 크기의 유화 입자는 약물을 보호하면서 장점막을 효율적으로 통과하게 돕는다. 특히 지방 식이와 함께 복용할 때 흡수율이 높아지는 약물들의 단점을 보완하여, 식사 여부와 상관없이 일정한 혈중 농도를 유지하게 해주는 장점이 있다.

가용화 기술의 미래와 제제학의 역할

난용성 약물의 가용화는 단순히 약을 녹이는 기술을 넘어, 환자의 복약 편의성과 치료 결과에 직결되는 분야다. 아무리 좋은 효능을 가진 물질이라도 적절한 제형 설계 없이는 그 가치를 증명할 수 없기 때문이다. 최근에는 AI를 활용한 부형제 조합 최적화나 3D 프린팅을 이용한 맞춤형 제형 제작 등 더욱 정교한 기술들이 도입되고 있다. 제제학은 앞으로도 기초 과학과 공학적 정밀함을 결합하여, 세상에 존재하는 수많은 난용성 신약 후보들이 환자에게 안전하게 도달할 수 있도록 돕는 가교 역할을 수행할 것이다.