Although Vitamin D3 (VD3), which is the main form of Vitamin D, can be produced in human skin under sunlight, Vitamin D deficiency has emerged as a major public health problem worldwide. Mainly, oral supplements or foods fortified with Vitamin D are distributed to help with the supplementation of this Vitamin D and it is recommended to take them every day in order to maintain an adequate serum level. However, the supply of oral methods is limited in Middle East countries, and oral absorption has low efficiency due to various changes of conditions along the route. Alternatively, a transdermal delivery system could provide a convenient means of supplementing Vitamin D. This method has several advantages, such as the avoidance of the first-pass effect of the liver and providing releases of the Vitamin D over long periods of time. In this study, we introduce a transdermal delivery system for the sustained release of Vitamin D. This method relies on the use of coated microneedles that easily pierce the skin layer and tallow the localization of drugs within the dermal region. According to the experimental results, poly(lactic-co-glycolic acid) (PLGA) nanoparticles successfully encapsulated VD3 with appropriate properties for transdermal delivery, such as the proper size distribution, compatibility with skin, and the effective release of the encapsulated compound. Finally, PVD3 layers coated onto solid microneedles were completely dissolved into a porcine skin model and revealed superior performance for VD3 release into plasma compared to an ointment-based transdermal method.
비타민 D는 햇빛을 받아 비타민 D3의 형태로 흡수될 수 있는 물질이며, 뼈의 성장 및 칼슘 이온 등의 대사에 중요한 역할을 하는 지용성 비타민 중의 하나이다. 겨울철 기후의 영향을 받는 북유럽 및 북아메리카권뿐 아니라 최근 실내활동시간의 증가, 선크림의 사용, 피부미용에 대한 관심 등으로 아시아 권 및 전 세계적으로 비타민 D 부족 증상을 겪는 인구 비율이 증가하였다. 따라서, 음식이나 보충제를 통한 비타민 D의 보충이 요구되고 있다. 1년 내내 일조량이 풍부한 중동 내에서도 특이하게 비타민 D 부족 인구 비율이 월등히 높은 것을 볼 수 있는데, 이는 종교적 의복 및 여성들의 실내 위주의 생활패턴에 의한 현상으로 보이며, 이러한 이슬람권 국가에서는 음식이나 보충제 형태의 비타민 D가 충분히 공급되지 못하기 때문에 기존의 보충수단과 다른 새로운 방식의 섭취 형태를 고려하여야 한다.
본 연구에서는 햇빛으로부터 합성되는 비타민 D3의 메커니즘을 참고하여 피내전달 방식의 비타민 D 전달체를 고안하였다. 피부를 통한 비타민 D 투여형태는 음식이나 경구투여 방식에서 가지는 낮은 흡수율 및 흡수 경로를 따른 체내 환경 변화가 가져오는 손실량을 극복하고, 빠르게 혈액 내 결합단백질에 도달할 수 있으며, 보다 권장량에 가까운 투여량을 적용하여 서방형으로 비타민 D를 보충할 수 있는 장점을 가질 것으로 기대된다. 피내 전달체를 개발하는 데 있어 가장 큰 장벽이 되는 최외 각질층을 뚫고 피내 진피층으로 비타민 D 물질이 도달할 수 있도록 본 연구에서는 단단한 마이크로니들을 사용하여 비타민 D3 혼합용액을 니들 표면에 코팅하였고, 니들 전달체의 보관 및 제조과정동안 비타민 D3의 화학적 안정성을 확보하기 위해 PLGA 고분자 나노파티클에 비타민 D3를 로딩한 용액을 코팅하였다. 일정한 구형의 사이즈로 제조된 PLGA 고분자 나노파티클은 효과적으로 비타민 D3 물질을 로딩(78%), 방출함(80%)을 보였고, 피부 세포에 대해서 낮은 독성 및 세럼 용액 내 일정한 파티클 크기를 유지하여 전달체로서의 적합한 특성을 나타내었다. 이후, 나노파티클 용액은 점증제와 안정제와 함께 마이크로니들 표면에 반복적 담금 방식을 통해서 코팅되었고, 코팅된 용액은 형광 물질을 이용하여 돼지 피부에 5분 적용 후, 코팅층이 완벽히 피부 내로 녹아 퍼짐을 이미지를 통해 확인하였다. 최종적으로, 비타민 D3가 로딩된 마이크로니들 전달체는 일반적인 연고 형태로 제작된 비타민 D3 전달체 비교군과 24시간 후 전달량을 비교했을 때 약 3배 이상 유의미한 차이의 높은 효율(~80%)을 보였고, 3주 동안 25도의 적정량의 습기가 있는 보관 상태에서 안정적으로 비타민 D 로딩양이 유지됨을 보임으로써 사용이 용이하고 보다 긴 시간동안 지속적 인 비타민 D 보충을 위한 전달체로서의 가능성을 확인하였다.
