펩타이드는 피부와 머리카락 등을 구성하는 단백질의 더 작은 단위로 아미노산이 2개 이상 결합되어 있는 분자를 말한다. 아미노산이 결합해 있는 펩타이드는 피부의 구성 성분이라고 말할 수 있으며, 펩타이드가 피부에 흡수되면 그 효과는 유의미하게 긍정적이다. 펩타이드는 피부를 지탱해주는 콜라겐과 엘라스틴의 생성을 촉진하여 피부 장벽을 강화하고 피부의 재생을 도와 피부탄력과 주름 복구 등 피부 자체를 건강하게 하는 긍정적인 효과를 보임이 여러 연구 결과로 증명되었다(Kim et al., 2021a; Zhang et al., 2020).

이처럼 펩타이드 등과 같은 피부 생리 활성에 유용한 성분들이 그 기능을 수행하기 위해서는 피부에 흡수되어 필요한 위치에 전달되어야 한다. 피부전달의 측면에서 우선 먼저 피부의 구조를 이해할 필요가 있다.

피부는 크게 표피, 진피, 피하조직 3개의 층으로 구성되어 있고, 이 중 가장 외부에 존재하는 표피는 각질층, 과립층, 가시층, 기저층으로 나뉘어진다(Kim et al., 2019; Kim et al., 2020). 피부 각질층은 표피의 최외각층에 존재하는 약 10-20 µm 두께의 구조물로서, 체내 수분과 전해질의 손실을 방지하고 외부 유해 물질의 내부 침입을 보호하는 피부장벽기능에서의 가장 중요한 역할을 담당한다(Kim et al., 2013). 각질층은 케라틴 단백질, 천연보습인자를 함유한 각질세포와 이 세포 사이를 메워주는 세포간 지질(intercellular lipid)로 구성되는 '라멜라 구조'를 이루고 있다. 이런 구조적 특성을 지닌 피부 장벽에 의해 각질층을 통한 기능성 유효성분의 흡수에 대해서는 방해요소로 작용하게 되었다(Kim et al., 2013; Chung & Han, 2014; Im et al., 2015).

따라서 유효성분의 경피 흡수와 약물 경피전달시스템(transdermal delivery) 연구가 활발하게 진행되고 있다. 경피 흡수 촉진하는 방법으로는 제형적, 물리적, 생물학적 접근 등이 있다(Chung & Han, 2014). 제형적 방법에는 리포좀 제형이 있다(Chung & Han, 2014; Kim et al., 2019). 리포좀은 생체막의 성분인 인지질을 주성분으로 유효성분을 효율적으로 피부에 침투시킬 수 있는 전달체로 리포좀 내부의 활성성분을 효과적으로 세포 내로 전달할 수 있다(Han et al., 2014; Chung & Han, 2014). 리포좀을 이용한 선행 연구로는 탄성리포좀을 사용하여 소수성 물질인 쿼세틴의 경피 전달하는 연구(Park et al., 2012), 비타민 C 유효성분을 독자기술로 리포좀형태로 만들어서 세포 효능을 평가하는 연구(Joo et al., 2022) 등이 있다.

물리적 접근에는 전위차를 이용한 이온성 약물의 피부투과를 증진시키는 iontophoresis, 고전압을 이용한 sonophoresis, 초음파를 이용하여 약물이 생체막에 통과하여 피부에 침부시키는 electroporation, 피부에 마이크로 홀을 만들어 유용한 물질의 효과적인 흡수를 도와주는 microneedle therapy system 등이 있다(Chung & Han).

생물학적 접근에는 세포투과펩타이드(cell penetrating peptide)가 있다. 세포투과펩타이드는 일반적으로 약 10-30개의 짧은 아미노산 서열을 가지며, 세포막에 손상을 주지 않고 세포 내로 투과되지 못하는 분자량이 큰 단백질도 세포 안으로 운반할 수 있는데 이는 기능성 화장품에 함유되어 있는 활성 성분 또는 유효성분을 효율적으로 세포 안으로 침투시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있는 것으로 평가된다(An et al., 2019; Park et al., 2019). 세포투과펩타이드 중 tat-peptide가 가장 활발히 연구되고 있는데(Wender et al., 2000; Shin, 2009), 이는 HIV 바이러스가 세포막을 투과할 때 분비되는 펩티드로 몸집이 큰 바이러스가 급속도로 세포를 투과하는 방법이다. 하지만 이 또한 합성이 어렵고 비용적인 면에서 실용화하기 어려운 단점이 있다(Kim et al., 2019; Lee et al., 2014).

본 연구에서는 생의학적면에서 많이 활용되어진 금 나노입자(Kim et al., 2004; Elahi et al., 2018)를 전달체로 선택하였다. 금 나노입자는 고유한 광학적, 전자기적 특성을 가지고 있어, 의료, 환경 등 다양한 분야에서 활용되고 있다(Kim et al., 2004; Elahi et al., 2018). 특히 금 나노입자는 우수한 생체적합성을 갖고 있으며, 다양한 크기와 모양으로 제조 가능하며, 표면에 여러 작용기를 도입 할 수 있어 합성 또한 용이하다(Kim et al., 2004; Elahi et al., 2018). 금 나노입자는 다른 나노 입자에 비해 표면을 쉽게 개질할 수 있어서 입자표면에 단백질, 펩타이드, DNA 등과 같은 질병인식 가능한 생체소재를 부착할 수 있어 질병치료(Guo et al., 2016; Kim et al., 2004) 및 화장품(Kim et al., 2021b) 등에 활용될 수 있다. 그 외에도 금-펩타이드 나노입자의 제조(Hur & Min, 2021), 추출물로 합성한 금 나노입자의 특성과 항산화 활성(Park & Park, 2017) 등 연구가 있으나 금-펩타이드 나노입자의 피부 흡수 관련 연구는 매우 미흡하다.

따라서 본 연구는 citrate 환원법(Turkevich et al., 1951)을 이용하여 표면이 citrate로 둘러싸인 금 나노입자를 합성하고 입자 표면을 둘러싼 수많은 카복실레이트 작용기와 펩타이드의 다양한 작용기 사이의 결합을 진행하여 최종적으로 펩타이드를 결합한 금 나노입자인 골드시스테이닐하이드록시프롤릴다이펩타이드-48하이드록시프롤릴다이펩타이드-48을 제조하였다. 또한 3D 라만 분광 피부측정기(Raman spectroscopy)를 이용하여 피부 속 까지 침투 여부를 확인하고자 피부흡수 개선을 평가하고자 하였다.

산업이 발전하고 경제가 성장하고 생활수준이 나날이 향상됨에 따라 건강과 아름다움에 한 욕구가 증가하고 있다(Heo et al., 2019). 이에 미백효과, 주름개선, 보습 등 다양한 화장품들에 대한 수요가 많아지면서 이런 효능을 나타낼 수 있는 천연활성성분에 대한 연구도 다양하게 진행하고 있다(Heo et al., 2019; Ku et al., 2023; Kim & Kim, 2023). 그 중에서 아미노산 중합체인 펩타이드는 우수한 생리 활성, 안정성 등 장점을 가지고 있으며, 또한 분자량이 작아 합성이 가능함으로 미백 및 주름 개선 기능성 화장품소재로도 주목받고 있다(Park et al., 2019; Han et al., 2008). 그러나 피부의 형태학적 특성상 고분자, 약물이나 단백질, 펩타이드, 친수성 약물이 피부 내부로 침투하는 것을 허용하지 않고 있으므로(Gupta & Rai, 2017), 실제로 피부에서 효능을 나타내지 못하고 있다. 이는 표피의 최외각층인 각질층의 지질은 세라마이드, 콜레스테롤, 지방산으로 라멜라 구조를 형성하여 피부 장벽 기능으로 작용하여 외부 물질의 투과를 방해하고 있기 때문이다(Kim et al., 2013; Chung & Han, 2014).

따라서 본 연구에서는 피부 속까지 침투할 수 있는 전달체인 금나노입자를 선택하여 펩타이드와 결합하여 피부 세포 사이사이로 펩타이드가 도달할 수 있는 시스템을 설계하여 피부 흡수 개선효과를 분석하였다.

피부 흡수는 시험 물질의 제형, 물리화학적 성질, 피부의 상태, 온도, 습도 등 다양한 조건에 영향을 받는다고 하였다(Pappinen et al., 2007). Seo et al. (2017)에서는 피부는 시험 물질의 농도, 피부 종류, 시험 물질의 제형, 수용성 및 지용성 성질 등에 따라 영향을 받는다고 하였다. 그리고 저분자 일수록, 적절한 친유성 일수록 물질자체의 흡수가 뛰어난 것으로 보고하였다(Lee, 2018). 또한 농도가 높을수록 피부 구조 내에서 확산이 잘 되는 것으로 알려져 있다(Ye et al., 2011). Seo et al. (2017)연구에서도 임의로 2%와 5% 농도를 설정한 농도에 따른 실험 결과, 농도의존적으로 투과가 증가한다고 하였다. 이는 본 연구에서 높은 농도인 시험 물질 A (12 ppm)가 시험물질 B (3 ppm)의 1.8배 피부 흡수율 개선, 2.13배 피부 흡수속도 개선, 2.13배 피부 흡수 깊이 개선이 된 것과 비슷한 결과를 가지는 것으로 확인하였다. 그 외에 Yamashita et al.(1993)에서도 농도의존적으로 투과가 증가하는 것을 보고하여 본 연구를 한층 뒷받침하고 있다. 이는 피부 흡수를 고려할 때 피부에 자극을 주지 않는 농도를 결정하는 것이 좋을 것으로 판단된다(Seo et al., 2017).

본 연구에서는 금나노입자가 펩타이드와 결합한 Åbsoro-Pep^TM의 피부 흡수도(피부 흡수량, 피부 흡수 속도, 피부 흡수 깊이) 연구 결과, 시험물질 사용 전과 비교하여 도포 30분 후 시험물질 A, B 도포부위에서 모두 유의하게 증가하는 것을 확인하였다(p<0.001). 또한 시험물질 A 도포부위가 B 도포부위의 1.80배 피부 흡수율 개선, 2.13배 피부흡수속도 개선, 2.13 배 피부 흡수 깊이 개선으로 더욱 도움을 주는 것으로 확인하였다. 따라서 Åbsoro-Pep^TM는 피부 흡수를 개선하는데 도움을 주는 것으로 확인하였다.

후속 연구에서는 Åbsoro-Pep^TM의 핵심성분인 골드시스테이닐하이드록시프롤릴다이펩타이드-48하이드록시프롤릴다이펩타이드-48의 피부로의 흡수 메커니즘에 대해서 밝힐 예정이며, 또한 유효성분인 펩타이드의 주름개선 여부를 확인할 예정이다. 금나노입자를 통하여 펩타이드 등 기능성 유효 성분의 피부 흡수를 개선하여 그 효능을 극대화함으로써 기능성 화장품에서의 폭넓은 활용과 응용을 기대하고자 한다.