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서론^Introduction

피부는 크게 표피^epidermis, 진피^dermis, 피하조직^{subcutaneous layer}을 포함하는 3층의 구조로 이루어져 있으며, 어떤 분자가 피부를 용이하게 투과할 수 있는 조건으로는 분자량은 500 Da 이하이고 지용성이여야 한다는 것이 일반적인 설명이다. 분자의 피부 침투는 주로 직접 세포투과 경로^{transcellular route}, 세포간 경로^{intercellular route}, 그리고 피부 부속기관을 통한 경로^{appendageal route}를 통해서 이루어지는 것으로 단순화하여 설명한다. 하지만, 특정 분자가 실제로 어떤 과정을 통해 분자가 피부를 침투하게 되는지, 그 과정을 정확하게 밝히는 것은 쉬운 일이 아니며, 우리는 여전히 매우 제한적인 정보만 갖고 있다. 물론, 경구 투여와 비교 가능한 수준의 저분자량 약물의 피부 투과는 위의 단순화된 설명이 좋은 지침이 될 수 있으나, 매우 적은 양으로도 생리활성의 변화를 유도할 수 있는 분자의 피부 침투는 전혀 다른 수준의 이해가 필요하며, 실험적인 증명도 훨씬 까다롭다. 예를들어, 단백질이나 유전자와 같은 거대 생체분자의 피부 투과는 저분자량 약물의 피부 투과에 익숙한 연구자들에게는 매우 어리석은 시도로 간주될 수 있다. 이미 우리 몸 안에 너무 많이 존재하기 때문에 구조변화와 정량 분석을 동시에 하는 것은 거의 불가능하며, 피부 조직의 왕성한 대사활동을 고려하면 전달하고자 하는 거대 생체분자들이 피부 안에 온전한 형태로 유지되리라고 가정하기도 어렵다. 하지만, 많은 실험결과들은 거대 생체분자들이 피부에 도포되어 의미 있는 수준의 생리활성 변화를 유도하는 것을 보고하고 있다.

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개인 맞춤형 의약품이라는 개념으로 유전자를 이용해 질병을 예방하거나 치료하는 유전자 치료 기술은 지난 수 십 년동안 활발한 연구가 이루어졌다. 특히, 피부를 통해 유전자를 전달하는 것은 간을 경유하지 않고 혈액 내에서 제거되는 것을 우회할 수 있어 생체이용률을 높이고 부작용을 줄일 수 있는 장점이 있어서, 전신 투여에서 발견되는 낮은 타깃 전달 효율을 극복할 수 있는 대안으로 주목받고 있다. 궁극적으로는 더 안전하고 효과적으로 피부의 생리활성을 조절하기 위한 기술로 화장품에도 적용될 수 있을 것이다. 하지만, 아직은 유전자 전달 기술의 완성도가 많이 떨어져서 실제로 임상에 적용되거나 상용화된 것은 극히 일부에 지나지 않는다. 이번 리뷰에서는 피부를 통해 유전자를 전달하는 기술들을 소개하고, 이러한 기술들이 유전자를 이용한 질병 예방 및 치료뿐 아니라 화장품 개발에도 적용될 수 있는지를 살펴보고자 한다.

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세포 투과성 펩타이드^{Cell-penetrating peptides}

세포 투과성 펩타이드^{cell-penetrating peptides, CPP}는 10~30개 정도 길이의 짧은 펩타이드로 다양한 외부 물질들을 세포 내부로 전달을 용이하게 하는 특징을 갖고있다. 이러한 특성으로 인해서 다양한 아미노산 서열의 세포 투과성 펩타이드들을 이용한 약물 및 유전자의 세포 내 전달에 관한 연구가 폭넓게 이루어지고 있다.[1] 세포 내부로 전달되는 기전으로 세포막으로 직접 침투하는 경로, 세포내이입endocytosis을 통해 유입되는 경로, 또는 일시적으로 구조체를 형성하여 세포막을 투과하는 경로 등에 대한 가설들이 보고되고 있으나 정확한 기전에 대한 연구는 아직 진행 중에 있다. [2]

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세포 투과성 펩타이드를 이용한 유전자 전달에는 세포 투과성 펩타이드와 유전자의 화학적 결합을 통한 결합체^conjugates 제조나 정전기적 인력에 의한 나노복합체 형성을 통한 방법이 주로 사용된다.[3] 소간섭 리보핵산^{small interfering RNA, siRNA}을 세포 투과성 펩타이드에 결합시킴으로써 피부 내로의 흡수를 증가시키고 표적 유전자의 발현을 효과적으로 저하 시킬 수 있음이 보고된 바 있다.[4][5] 양이온성 세포 투과성 펩타이드와 음이온성 DNA는 나노 복합체를 형성하여, 이렇게 형성된 나노복합체는 표피를 투과하여 기저층 세포까지 전달시켜 투입된 유전자를 발현시킬 수 있다는 것도 확인되었다.[6]. 또한 나노입자의 표면에 세포 투과성 펩타이드를 처리함으로써 나노입자의 세포 내 전달을 향상 시킬 수도 있다.[7]