리포솜
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인지질을 수용액에 넣을 때 생기는 인지질 이중층이 속이 빈 방울같은 구조를 이루는 것.[3]
인지질 2중층 구조를 가진 소형의 구체를 말한다. 완전한 구체가 아니라 타원체 모양인 것도 있다. 인지질 2중층 구조가 여러 겹인 리포솜을 다층리포솜(multilamella liposome)이라고 한다. 인지질 2중층만으로 구성된 기본적인 형태의 리포솜뿐만 아니라 세포 식별 등을 하기 위하여 표면에 특정한 물질을 삽입하는 경우도 있다.
유기물 복합체의 한 종류로 인지질의 소수성을 띠는 꼬리(탄화수소 사슬)와 친수성을 띠는 머리(이온)로 인해, 물에 넣었을 때 꼬리 부분끼리 모이고 머리 부분이 외부와 접하는 2중층[4]을 형성해 구형에 가까운 형태를 나타내게 되는데, 이것이 바로 리포솜이다. 물질을 선택적으로 흡수하고 생장하여[5] 마이크로스피어, 코아세르베이트와 함께 원시 세포의 기원으로 알려져 있다.
1987년 펠그너 박사와 그의 연구진이 리포솜이 유전자 전달에 유용하다는 연구 결과를 처음으로 발표한 이후, 다양한 연구가 이루어져 리포솜을 이용한 유전자 치료법이 개발되었다. 가장 이상적인 유전자 전달수단은 체내 독성이 없고, 체 내외에서 안정하여 임상에 응용하기가 용이해야 하며, 체내에서 조직 선택적 발현이 가능하고, 효용이 다하였을 때 제거될 수 있어야 하는데 리포솜이 이러한 이상적인 조건을 모두 갖추고 있었던 것이다.
인공적으로 만들어 낼 경우 재료로는 레시틴 등의 인지질이 가장 많이 사용된다. 한국식품과학회지에 실린 학술 논문에서처럼 초음파와 압력을 이용하여 제조할 수도 있으며, 리포솜 제조 방법과 관련된 특허도 여러 가지 존재한다
리포솜은 외부에서 신체 내부의 특정한 세포로 리포솜 내부의 물질을 전달해야 하기 때문에 안정성이 필수적인 요소라고 할 수 있으며, 이 때문에 리포솜의 안정성에 영향을 미치는 물질 및 안정성을 향상시키는 방법에 대한 연구가 이루어지고 있다. Amphotericin B를 봉입한 리포솜의 안정성과 pH의 관계에 관한 논문, 우혈청 알부민이 리포솜의 안정성에 미치는 영향에 관한 논문, 동결 건조된 리포솜의 안정화에 말토스가 미치는 영향에 관한 논문[6]에서처럼, pH나 특정한 물질이 리포솜의 안정성에 영향을 줄 수 있다는 사실이 밝혀졌다.
세포막과 리포솜 모두 인지질 2중층 막으로 구성되어 있어서 기본적인 상태에서는 외부와 물질 상호 교환이 어렵지만,[7] 단백질이 인지질 막에 있으면 외부와 적절하게 물질 교환을 할 수 있다. 따라서 화학적 구조 면에서는 상당히 유사하다고 할 수 있다. 그러나 목적 면에서 세포막은 세포를 보호하기 위한 구조이고 리포솜은 외부에서 인체 내부로 물질을 안전하게 운반하기 위한 구조라는 차이점이 있다.
또한 크기 면에서도 큰 차이가 있다. 리포솜이 세포막에 침투하여 세포에 물질을 전달해야 하기 때문에 세포의 크기는 일반적으로 리포솜보다 훨씬 크며, 세포막은 이 세포를 덮기 때문에 당연히 리포솜보다 크기가 클 수밖에 없다.[8]
세포가 물질을 흡수할 때 하는 작용인 세포내 섭취 작용에는 식세포 작용과 음세포 작용이 있는데, 이때 세포막의 일부가 분리되어 '식포' 라는 것이 만들어지고, 외포 작용을 할 때는 분비 소낭이 만들어진다. 그런데 이 식포와 분비 소낭은 인지질 2중층 막 구조라는 점에서 리포솜과 비슷하지만 결정적으로 '''세포 내부에 있다는 점''' 때문에 리포솜과 구분된다.
리포솜의 2중층 막이 세포막과 만나면 세포막을 구성하는 인지질과 리포솜을 구성하는 인지질이 서로 섞이면서 세포와 리포솜의 경계면에서 바깥쪽으로 밀리게된다. 따라서 세포막의 바깥 부분이 튀어나온 듯한 형태가 된다. 이 상태에서 리포솜의 내부와 세포의 내부가 서로 연결되면서 물질이 전달되고, 그 후에는 리포솜의 막과 세포막이 합쳐지면서 리포솜 막의 인지질이 세포막의 일부가 된다. 따라서 세포막의 표면적은 이전보다 약간 넓어진다.
리포솜은 스스로 생체막을 잘 통과할 수 있으므로 리포솜 내부의 물질[9]을 생명체의 몸 속으로 안전하게 운반할 수 있고[10], 실제로도 이와 관련된 용도로 많이 활용되고 있다. 따라서 리포솜은 스스로 물질을 운반하는 구형의 화학적 주머니와 같은 역할을 한다고 할 수 있다.
항암제, 항균제, 항원, 항체, 단백질, 지방, DNA 및 RNA를 비롯한 많은 약물들이 리포솜에 의해 이동되어 세포 내로 약물을 온전한 형태로 전달하여 제품의 효과를 지속시키거나, 특정 기관에 약효를 이끌어 낼 수 있다.
이 때 리포솜은 그것이 약품을 표적세포로 방출하는 원리에 따라 나뉘는데, 특정 온도일 때 내부의 약제를 방출할 수 있는 온도 민감성 리포솜(heat-sensitive liposome)[11]과 특정 산도일 때 방출하는 pH 감수성 리포솜(pH-sensitive liposome)[12], 그리고 관련 특허가 출원된 적 있는 광 응답성 리포솜 등이 있다. 단, 이런 방식으로 약품을 방출하는 리포솜은 온도나 빛이라는 물리적 조건이나 pH라는 화학적 조건을 이용하므로 표적 세포가 없을 때도 이 조건이 만족되면 약제를 방출한다는 한계점이 있다.
이러한 한계를 극복하기 위하여 리포솜 표면에 특정 물질을 삽입하여 특정한 세포를 만났을 때만 리포솜과 세포가 서로 반응하여 세포 내로 리포솜 내부의 물질이 전달될 수 있게 하는 방법이 많이 이용되고 있다. 세포의 표면에 있는 물질과 리포솜 표면에 있는 물질이 서로 화학 반응을 하는 원리이기 때문에, 세포의 종류별로 표면에 있는 물질이 서로 달라서 화학적으로 '식별' 할 수 있다는 것이 원리라고 할 수 있다.
의약품이나 치료제의 효능을 검사하거나 실험하는 데에도 쓰이는데, 여기서도 마찬가지로 물질 전달을 위한 매개체로 쓰인다. 효능이 있는지를 검사할 물질을 사람이 직접 투여하는 경우 생길 수 있는 부작용이나 실험에서의 통제 변인에 미치는 영향을 방지하기 위한 목적이다. 국민일보 기사에 따르면 간경변을 완치시킬 수 있다는 결론이 나온 실험에서도 결과 입증에서 핵심적인 역할을 하였다. VA-lip-siRNAgp46이라는 물질이 간경변을 앓고 있는 래트를 치료할 수 있는지를 알아보는 실험이었는데, 이 물질을 리포솜을 이용하여 래트의 체내로 전달하였다.
리포솜은 화장품에서 계면 활성제 역할을 한다. 애당초 리포솜의 구성성분 자체가 계면활성제이다.
리포솜을 이용한 화장품은 시중에서 널리 판매되고 있으며 실제로 네이버 등 포털 사이트에 '리포솜' 을 검색하면 블로그와 이미지 검색 결과 중 상위권에 노출되는 것은 거의 모두 리포솜 화장품 리뷰나 그 화장품과 관련된 이벤트 참여 후기 등 뷰티 관련 자료일 정도로 화장품 소비자들 사이에서 인기가 높다. 심지어 해당 검색어의 연관 검색어에도 화장품 관련 검색어가 많으며, 뉴스를 검색해 보면 리포솜을 이용한 화장품을 출시하였거나 관련 이벤트를 진행한다는 내용의 기사가 대부분이다.
리포솜의 내부에 노화 방지 또는 피부 미백 작용을 하는 물질이 있는 경우, 리포솜 화장품을 바르면 화장품 속의 리포솜이 피부 속으로 침투한 후 인지질 이중층 막이 세포막과 융합해서 그 속에 있던 물질에 의해 작용이 이루어지는 원리이다. 그러나 동아사이언스 기사에 따르면 침투해야 할 피부가 두껍기 때문에 리포솜이 피부에 온전한 형태로 침투하지 못한다는 연구 결과가 있다.
리포솜 분자들 중 크기가 작은 저분자는 피부 속으로 침투하여 피부 미백 등에 도움을 주고, 크기가 큰 고분자는 피부에 침투하는 대신 피부 표면에 보습막 등을 형성하기도 한다.
리포솜을 이용한 화장품의 대표 브랜드로는 고세코리아(Kose Korea)의 코스메 데코르테(Cosme Decorte)가 있는데, 판매하는 제품으로는 모이스처 리포솜(Moisture Liposome), 리포솜 트리트먼트 리퀴드(Liposome Treatment Liquid[13]) 등이 있다.
유전자는 DNA나 RNA 등으로 이루어졌기 때문에 생명체의 세포 내까지 직접 전달되기 어렵다. 따라서 이를 전달할 수 있는 매개체가 있어야 하는데, 이때 활용되는 것들 중 하나가 리포솜이다. 따라서 유전자 관련 연구 및 치료 등에 리포솜이 이용되는 경우가 있다. 실제로 기사에 따르면 2012년에 제주대학교 줄기세포연구센터의 박 모 교수와 미래생명공학연구소의 공동 연구팀이 리포솜을 통해 유전자를 체세포 내에 전달하여 iPS(유도만능줄기세포, Induced Pluripotent Stem Cell)를 만드는 실험에 성공했다고 한다. 이에 대해 박 교수는 다음과 같이 말했다고 한다.
1. 개요
인지질을 수용액에 넣을 때 생기는 인지질 이중층이 속이 빈 방울같은 구조를 이루는 것.[3]
인지질 2중층 구조를 가진 소형의 구체를 말한다. 완전한 구체가 아니라 타원체 모양인 것도 있다. 인지질 2중층 구조가 여러 겹인 리포솜을 다층리포솜(multilamella liposome)이라고 한다. 인지질 2중층만으로 구성된 기본적인 형태의 리포솜뿐만 아니라 세포 식별 등을 하기 위하여 표면에 특정한 물질을 삽입하는 경우도 있다.
2. 상세
유기물 복합체의 한 종류로 인지질의 소수성을 띠는 꼬리(탄화수소 사슬)와 친수성을 띠는 머리(이온)로 인해, 물에 넣었을 때 꼬리 부분끼리 모이고 머리 부분이 외부와 접하는 2중층[4]을 형성해 구형에 가까운 형태를 나타내게 되는데, 이것이 바로 리포솜이다. 물질을 선택적으로 흡수하고 생장하여[5] 마이크로스피어, 코아세르베이트와 함께 원시 세포의 기원으로 알려져 있다.
1987년 펠그너 박사와 그의 연구진이 리포솜이 유전자 전달에 유용하다는 연구 결과를 처음으로 발표한 이후, 다양한 연구가 이루어져 리포솜을 이용한 유전자 치료법이 개발되었다. 가장 이상적인 유전자 전달수단은 체내 독성이 없고, 체 내외에서 안정하여 임상에 응용하기가 용이해야 하며, 체내에서 조직 선택적 발현이 가능하고, 효용이 다하였을 때 제거될 수 있어야 하는데 리포솜이 이러한 이상적인 조건을 모두 갖추고 있었던 것이다.
인공적으로 만들어 낼 경우 재료로는 레시틴 등의 인지질이 가장 많이 사용된다. 한국식품과학회지에 실린 학술 논문에서처럼 초음파와 압력을 이용하여 제조할 수도 있으며, 리포솜 제조 방법과 관련된 특허도 여러 가지 존재한다
3. 안정성
리포솜은 외부에서 신체 내부의 특정한 세포로 리포솜 내부의 물질을 전달해야 하기 때문에 안정성이 필수적인 요소라고 할 수 있으며, 이 때문에 리포솜의 안정성에 영향을 미치는 물질 및 안정성을 향상시키는 방법에 대한 연구가 이루어지고 있다. Amphotericin B를 봉입한 리포솜의 안정성과 pH의 관계에 관한 논문, 우혈청 알부민이 리포솜의 안정성에 미치는 영향에 관한 논문, 동결 건조된 리포솜의 안정화에 말토스가 미치는 영향에 관한 논문[6]에서처럼, pH나 특정한 물질이 리포솜의 안정성에 영향을 줄 수 있다는 사실이 밝혀졌다.
4. 세포막과의 비교
세포막과 리포솜 모두 인지질 2중층 막으로 구성되어 있어서 기본적인 상태에서는 외부와 물질 상호 교환이 어렵지만,[7] 단백질이 인지질 막에 있으면 외부와 적절하게 물질 교환을 할 수 있다. 따라서 화학적 구조 면에서는 상당히 유사하다고 할 수 있다. 그러나 목적 면에서 세포막은 세포를 보호하기 위한 구조이고 리포솜은 외부에서 인체 내부로 물질을 안전하게 운반하기 위한 구조라는 차이점이 있다.
또한 크기 면에서도 큰 차이가 있다. 리포솜이 세포막에 침투하여 세포에 물질을 전달해야 하기 때문에 세포의 크기는 일반적으로 리포솜보다 훨씬 크며, 세포막은 이 세포를 덮기 때문에 당연히 리포솜보다 크기가 클 수밖에 없다.[8]
세포가 물질을 흡수할 때 하는 작용인 세포내 섭취 작용에는 식세포 작용과 음세포 작용이 있는데, 이때 세포막의 일부가 분리되어 '식포' 라는 것이 만들어지고, 외포 작용을 할 때는 분비 소낭이 만들어진다. 그런데 이 식포와 분비 소낭은 인지질 2중층 막 구조라는 점에서 리포솜과 비슷하지만 결정적으로 '''세포 내부에 있다는 점''' 때문에 리포솜과 구분된다.
5. 세포로의 물질 전달 과정
리포솜의 2중층 막이 세포막과 만나면 세포막을 구성하는 인지질과 리포솜을 구성하는 인지질이 서로 섞이면서 세포와 리포솜의 경계면에서 바깥쪽으로 밀리게된다. 따라서 세포막의 바깥 부분이 튀어나온 듯한 형태가 된다. 이 상태에서 리포솜의 내부와 세포의 내부가 서로 연결되면서 물질이 전달되고, 그 후에는 리포솜의 막과 세포막이 합쳐지면서 리포솜 막의 인지질이 세포막의 일부가 된다. 따라서 세포막의 표면적은 이전보다 약간 넓어진다.
6. 활용
리포솜은 스스로 생체막을 잘 통과할 수 있으므로 리포솜 내부의 물질[9]을 생명체의 몸 속으로 안전하게 운반할 수 있고[10], 실제로도 이와 관련된 용도로 많이 활용되고 있다. 따라서 리포솜은 스스로 물질을 운반하는 구형의 화학적 주머니와 같은 역할을 한다고 할 수 있다.
6.1. 의약품
항암제, 항균제, 항원, 항체, 단백질, 지방, DNA 및 RNA를 비롯한 많은 약물들이 리포솜에 의해 이동되어 세포 내로 약물을 온전한 형태로 전달하여 제품의 효과를 지속시키거나, 특정 기관에 약효를 이끌어 낼 수 있다.
이 때 리포솜은 그것이 약품을 표적세포로 방출하는 원리에 따라 나뉘는데, 특정 온도일 때 내부의 약제를 방출할 수 있는 온도 민감성 리포솜(heat-sensitive liposome)[11]과 특정 산도일 때 방출하는 pH 감수성 리포솜(pH-sensitive liposome)[12], 그리고 관련 특허가 출원된 적 있는 광 응답성 리포솜 등이 있다. 단, 이런 방식으로 약품을 방출하는 리포솜은 온도나 빛이라는 물리적 조건이나 pH라는 화학적 조건을 이용하므로 표적 세포가 없을 때도 이 조건이 만족되면 약제를 방출한다는 한계점이 있다.
이러한 한계를 극복하기 위하여 리포솜 표면에 특정 물질을 삽입하여 특정한 세포를 만났을 때만 리포솜과 세포가 서로 반응하여 세포 내로 리포솜 내부의 물질이 전달될 수 있게 하는 방법이 많이 이용되고 있다. 세포의 표면에 있는 물질과 리포솜 표면에 있는 물질이 서로 화학 반응을 하는 원리이기 때문에, 세포의 종류별로 표면에 있는 물질이 서로 달라서 화학적으로 '식별' 할 수 있다는 것이 원리라고 할 수 있다.
의약품이나 치료제의 효능을 검사하거나 실험하는 데에도 쓰이는데, 여기서도 마찬가지로 물질 전달을 위한 매개체로 쓰인다. 효능이 있는지를 검사할 물질을 사람이 직접 투여하는 경우 생길 수 있는 부작용이나 실험에서의 통제 변인에 미치는 영향을 방지하기 위한 목적이다. 국민일보 기사에 따르면 간경변을 완치시킬 수 있다는 결론이 나온 실험에서도 결과 입증에서 핵심적인 역할을 하였다. VA-lip-siRNAgp46이라는 물질이 간경변을 앓고 있는 래트를 치료할 수 있는지를 알아보는 실험이었는데, 이 물질을 리포솜을 이용하여 래트의 체내로 전달하였다.
6.2. 화장품의 계면활성제
리포솜은 화장품에서 계면 활성제 역할을 한다. 애당초 리포솜의 구성성분 자체가 계면활성제이다.
리포솜을 이용한 화장품은 시중에서 널리 판매되고 있으며 실제로 네이버 등 포털 사이트에 '리포솜' 을 검색하면 블로그와 이미지 검색 결과 중 상위권에 노출되는 것은 거의 모두 리포솜 화장품 리뷰나 그 화장품과 관련된 이벤트 참여 후기 등 뷰티 관련 자료일 정도로 화장품 소비자들 사이에서 인기가 높다. 심지어 해당 검색어의 연관 검색어에도 화장품 관련 검색어가 많으며, 뉴스를 검색해 보면 리포솜을 이용한 화장품을 출시하였거나 관련 이벤트를 진행한다는 내용의 기사가 대부분이다.
리포솜의 내부에 노화 방지 또는 피부 미백 작용을 하는 물질이 있는 경우, 리포솜 화장품을 바르면 화장품 속의 리포솜이 피부 속으로 침투한 후 인지질 이중층 막이 세포막과 융합해서 그 속에 있던 물질에 의해 작용이 이루어지는 원리이다. 그러나 동아사이언스 기사에 따르면 침투해야 할 피부가 두껍기 때문에 리포솜이 피부에 온전한 형태로 침투하지 못한다는 연구 결과가 있다.
리포솜 분자들 중 크기가 작은 저분자는 피부 속으로 침투하여 피부 미백 등에 도움을 주고, 크기가 큰 고분자는 피부에 침투하는 대신 피부 표면에 보습막 등을 형성하기도 한다.
리포솜을 이용한 화장품의 대표 브랜드로는 고세코리아(Kose Korea)의 코스메 데코르테(Cosme Decorte)가 있는데, 판매하는 제품으로는 모이스처 리포솜(Moisture Liposome), 리포솜 트리트먼트 리퀴드(Liposome Treatment Liquid[13]) 등이 있다.
6.3. 유전자 전달
유전자는 DNA나 RNA 등으로 이루어졌기 때문에 생명체의 세포 내까지 직접 전달되기 어렵다. 따라서 이를 전달할 수 있는 매개체가 있어야 하는데, 이때 활용되는 것들 중 하나가 리포솜이다. 따라서 유전자 관련 연구 및 치료 등에 리포솜이 이용되는 경우가 있다. 실제로 기사에 따르면 2012년에 제주대학교 줄기세포연구센터의 박 모 교수와 미래생명공학연구소의 공동 연구팀이 리포솜을 통해 유전자를 체세포 내에 전달하여 iPS(유도만능줄기세포, Induced Pluripotent Stem Cell)를 만드는 실험에 성공했다고 한다. 이에 대해 박 교수는 다음과 같이 말했다고 한다.
나노입자와 리포솜에 유전자를 넣고 체세포에 가까이 가져가면 자석처럼 안으로 빨려들어간다. 바이러스를 쓰지 않고도 생쥐의 iPS를 만드는 기술을 확보했다.
7. 여담
- 대한민국 고등학교 과학 과목 생명과학Ⅱ(2015 개정 교육과정) 1단원 '세포와 물질대사' 에 이 개념이 등장한다.[14] 또한 2009 개정 교육과정의 고등학교 융합과학 과목의 '3. 생명의 진화' 단원에도 코아세르베이트, 마이크로스피어와 함께 같은 개념이 등장한다.
- 리보솜, 리소좀 등과 헷갈리지 않도록 주의해야 한다. 발음이 비슷할 뿐만 아니라 이 둘 모두가 리포솜처럼 생물학과 관련이 있기 때문이다.[15]
- 2017학년도 대학수학능력시험 연계교재인 수능특강 국어 영역에서는 이 리포솜의 제작 원리와 약물 운반에 관한 지문이 기술 독서 지문으로 실렸으나[16], 본 수능에서 연계는 되지 않았다.
- 2019학년도 대학수학능력시험 연계교재인 수능완성 국어 영역 실전모의고사 3회에도 실렸다.
8. 관련 문서
- 계면활성제 - 해당 문서에 있는 '친수성 부분과 소수성(혹은 친유성) 부분을 동시에 가지고 있는 화합물' 이라는 정의에 의하면 인지질 막이 있는 리포솜도 계면활성제의 일종이라고 할 수 있다.
- 마이크로스피어
- 코아세르베이트
[1] 영어 명칭 'Liposome' 에서 'some' 의 발음법 차이 때문에 이렇게 부르기도 한다. 실제로 두산백과 등 일부 백과사전에서도 '리포좀' 이라는 명칭을 사용한다.[2] 정식 발음 기호는 미국식은 'lɪpəsoʊm', 영국식은 'lɪpəsəʊm ; laɪ-'이다. 즉 '리퍼소움' 정도로 발음된다고 생각하면 된다. 라이포솜으로 읽기도 한다.[3] 화장품, 의약품 분야 등에서 모두 각광받고 있는 소재이다. 기존의 기술로는 콜라겐 화장품 같은 건 만들 수가 없다. 자세한 것은 '활용' 문단 참고.[4] 2중막이 아니라 2개의 층으로 구성된 단일막이다.[5] 인지질로만 구성된 기본적인 형태의 리포솜은 인지질 막에 의하여 내부의 물질이 외부로 빠져나갈 수 없고, 외부의 물질이 내부로 들어올 수 없다. 하지만 여기에 '물통로 단백질' 이라는 단백질을 삽입하면 삼투 현상에 의해 물의 이동이 적절히 조절된다.[6] '초록' 에서 말토스를 첨가한 리포솜은 그렇지 않은 리포솜에 비해 입자의 크기가 안정적으로 유지된다는 결론을 확인할 수 있다.[7] 이 때문에 리포솜을 세포막의 기원이라 여기기도 한다.[8] 정확히 말하면 인지질 단위체의 개수가 세포가 훨씬 많거나 인지질 막의 표면적이 세포가 훨씬 넓다고 해야 한다.[9] 자체적으로 생명체의 피부를 통과하기 어려운 물질이라도 리포솜 내부에 들어 있는 상태라면 쉽게 통과할 수 있다.[10] 자세한 것은 '세포로의 물질 전달 과정' 문단 참고.[11] 온도 응답성 리포솜이라고도 하며, 이를 이용하여 국부 투여용 항암주사제를 제조할 수 있다. 관련 특허 자료도 있다.[12] pH 응답성 리포솜이라고도 한다.[13] treatment liquid는 '처리액' 이라는 뜻이다.[14] 2016학년도 4월 고3 전국연합학력평가의 과학탐구 영역 해당 과목 7번 문제에서 그림과 함께 리포솜의 물질 전달에 관한 내용을 물었다. 그림에서 리포솜의 인지질은 진하게, 세포막의 인지질은 연하게 표시되었다.[15] 리보솜은 단백질을 합성하는 역할을 하는 세포 소기관이고, 리소좀은 효소 작용을 하는 세포 소기관으로 둘 모두 세포 소기관이다. 따라서 본질적으로 다른 것이다.[16] 제목은 '리포솜을 이용한 약물 전달 기술' 이다.