성장인자, 효소 등 단백질성 고분자는 생체 내에서 다양한 생리활성조절기능을 수행하고 , 이 기능을 피부개선 분야에 적용하려는 시도가 진행중이다. 천연물과 같은 저분자 chemical의 functional 구조에 의존하는 기존방식을 넘어서 성장인자와 효소 등을 피부개선 분야에 적용하는 화장품도 증가 추세다. 피부전달의 측면에서는 피부의 구조를 먼저 이해하는데 피부의 표면은 피부내부의 수분손실을 막고 외부로부터의 이물질의 침입을 막는다. 연구는 성장인자를 대상으로 열 안정성을 개선할 수 있는 보습제의 구조적특징에 대해서 선별을 진행하고 단백질성 효능 성분을 안정화 시키는 제형을 선정, 이 조건에서 피부투과를 더 촉진할 수 있는 방법을 연구하기위해 성장인자 안정화 제형을 기반, 피부 투과를 촉진할 수 있는 펩타이드를 phage display를 수행하고 , 향후 단백질성 고분자효능물질 기반의 피부외용제를 개발한다.
<h1>서 론</h1> <p>성장인자, 효소 등과 같은 단백질성 고분자 들은 생체 내에서 다양한 생리 활성을 조절하는 기능을 수행하고 있고, 이들의 기능을 피부 개선 분야에 적용하려는 다양한 시도가 진행되고 있다. 성장 인자는 생체 내에서 세포내의 신호전달 및 성장과 활성을 조절하는 역할을 담당하여, 진피, 표피 조직의 성장을 촉진한다. 또한 콜라겐과 같은 간극 물질의 합성에 중요한 역할을 한다. 이는 건강한 피부조직의 유지 및 주름과 같은 노화현상의 개선에 중요한 작용을 할 것으로 기대된다. 한편 생체내의 촉매 작용을 하는 효소 등도 피부 미용분야에 적용되고 있다. 단백질 분해효소의 기능을 가지는 botulinum toxin의 경우 신경세포내에 침투 후 SNARE complex 형성에 중요한 단백질 인자들을 분해한다. 이를 통하여 부분적인 신경의 마비와 주름과 관련된 근육의 활동 저하로 이어져 주름을 개선하는데 적용된다. 피부의 최외각 층인 각질의 경우, 피부결과 같은 감촉 및 산란에 의한 칙칙함을 결정하는 요소이고, 이를 위해 턴오버 기작을 조절하는 것은 피부 개선 분야에서 중요한 타겟이 되고 있다. 이런 각질 턴오버의 경우도 각질 세포 간을 연결하는 desmosome을 분해하는 단백질 분해효소의 활동에 따라서 조절된다.</p> <p>이런 예시와 같이, 천연물과 같은 저분자 chemical의 functional 구조에 의존하는 기존의 방식을 뛰어넘어 성장인자와 효소 등을 피부개선 분야에 적용하려는 화장품 또한 증가 추세에 있다.</p> <p>이러한 장점에도 불구하고 단백질성 고분자를 화장품과 같은 피부 외용 분야에 적용하는 데는 몇 가지 단점이 있다. 첫째 열에 대한 안정성이 부족하여 기능이 변성이 된다는 점과 둘째, 큰 분자량에 의해 피부로 전달되는데 어려움이 있다. 먼저, 열에 대한 안정성의 경우, 의약품 사례인 protein drug 분야에서도 동일한 문제가 발생되고 있다. 이를 반영하여 2015년에 미국 FDA에 등록된 13종의 protein drug의 경우 12종이 2-8\(^{\circ} \mathrm{C} \) 사이의 냉장 보관 및 운송을 해야 하는 액상의 형태를 가지고 있고 1종의 경우 dry powder의 형태를 가지고 있다. 이런 경우도 sugar와 같은 첨가물을 사용하는 방식으로 이루어진다. 이때 sugar의 \( \mathrm{OH} \)기가 물을 대신하여 단백질과 수소결합을 하게 되고 단백질의 본래 구조 유지에 도움을 주는 것으로 설명하고 있다. 그러나 powder의 형태나 냉장운송 방식은 범용적인 화장품에 적용되기에는 어려움을 가지고 있는데 이는 피부의 보습 등의 화장품의 기본적인 기능을 할 수 없는 단점이 있기 때문이다.</p> <p>한편, 피부전달의 측면에서는 피부의 구조를 먼저 이해할 필요가 있다. 피부의 표면의 역할은 피부 내부의 수분 손실을 막고 외부로부터의 이물질의 침입을 막는 것이다. 이를 위해 피부의 각질은 케라틴 단백질로 구성된 각질세포와 ceramide, fatty acid, wax 등으로 구성된 지질층이 그 사이를 메꾸는 구조로 이루어져 있다. 이를 brick과 mortar 구조라 명하고 있다. 각질 층은 약 10-15층의 각질세포로 구성되어 10-45 \( \mu \mathrm{m} \)의 두께를 가진다. 효능물질의 주요 전달 통로는 세포간 지질을 통해서 이루어지는 것으로 보고 있다. 저 분자 일수록, 적절한 친유성(\( \operatorname{logP} \)가 3정도)일수록 물질 자체의 피부 흡수가 뛰어난 것으로 알려져 있다. 또한 농도가 높을수록 피부 구조 내에서 diffusion 잘 되는 것으로 알수 있다. 또한 효능 물질이 담지된 제형의 조성 또한 피부 흡수에 영향을 주는 중요한 요소이다. 일례로, 제형의 극성 성분의 비율에 따라서 레티놀의 피부 전달 속도를 달리 할 수 있는 것으로 보고되고 있다. 또한 극성성분의 비율은 solid nano lipid와 같은 capsule에서의 방출 속도 조절에도 이용되고 있다. 따라서 효능성분의 피부의 흡수 촉진은 효능 성분 자체의 구조나 성질뿐만 아니라 이를 담지하고 있는 제형에도 많이 의존하고 있어 이를 중요하게 고려해야 한다.</p> <p>본 연구에서는 우선, 성장인자를 대상으로 열 안정성을 개선할 수 있는 보습제의 구조적 특징에 대해서 선별을 진행하였다. 단분자 보습제와 함께 Poly ethylene glycol의 길이가 다른 polymeric humectant를 이용하여 성장인자의 열 안정성에 미치는 영향을 확인하였다. 그 결과 PEG 가지의 길이가 긴 경우 성장인자의 열 안정성 개선에 기여한다는 것을 확인할 수 있었다. 화장품의 제조 과정 조건에 해당하는 \( 70^{\circ} \mathrm{C} \)를 기준으로 \( 1 \mathrm{~h} \) 정도의 가열과정에서도 그 활성이 유지되는 경향보였다.</p> <p>이로부터 단백질 성 효능 성분을 안정화 시키는 제형을 선정하였고, 이런 조건에서 피부투과를 더욱 촉진할 수 있는 방법을 확보하려 하였다. 이를 위해서 성장인자 안정화 제형을 기반으로 하여 피부 투과를 촉진할 수 있는 펩타이드를 phage display를 수행하여 선별하였다. 이는 펩타이드 서열의 디자인과 예측의 과정없이도, library에서의 선별과 증폭의 과정으로 피부 투과 펩타이드를 개발할 수 있는 효율적인 방식이다. 기존에 이를 활용하여 피부투과 펩타이드를 개발한 몇가지 사례가 보고되어 왔으나, 이들은 PBS 시스템을 활용한 사례였다. 다양한 제형의 적용 측면에서는 유리한 방식일 수 있으나, 특정 제형에서의 추가적인 촉진 효과를 가져오기에는 단점이 있는 방식이다. 본 연구에서는 이를 극복하기 위해 최종적으로 사용될 성장인자 안정화 제형에서 phage display를 수행하여 펩타이드를 발굴하는 연구를 수행하였다. 제형의 특성에 대한 분석과 예측없이도 투과 촉진 펩타이드의 개발에 유리한 선택 과정의 장점을 최종 제형에서 수행함으로써 투과개선 효율을 높을 수 있을 것이라 가정하였다. 그 결과 본 연구 과정을 통해 선별된 펩타이드의 경우, 성장인자 안정화 제형에서는 기존의 PBS 기반 선별 펩타이드의 경우 보다 피부 투과성이 우수한 것을 확인 할 수 있었다.</p> <p>본 연구 결과를 종합하여, 향후 단백질 성 고분자 효능 물질 기반의 피부 외용제 개발에 도움이 될 것으로 기대한다.</p>