‘부테인’이 피부장벽 회복에 미치는 긍정적 영향 확인

[더케이뷰티사이언스] 2022년 추계 대한화장품학회 학술대회에서 포스터 논문 ‘Effect of Butein, a Chalcone Derivative, on Skin Barrier Function in Human Keratinocyte’를 발표했습니다. 주저자는 이혜숙 애경산업 기반기술연구팀 팀원이고, 교신 저자는 김한영 기반기술연구팀 팀장입니다. 기반기술연구팀은 애경산업에서 피부과학 연구를 기반으로 화장품에 사용 가능한 소재를 개발하고 제품에 적용하는 연구를 하고 있습니다.

Q. 이번 논문의 주요 내용을 설명해 주세요.

A. 이번 연구는 피부장벽 개선 기술에 관한 것으로, 최근 국내 뿐 아니라 해외에서도 시장규모가 커지고 있는 더마코스메틱 관련 기술입니다. 더마코스메틱은 피부과학을 의미하는 더마톨로지(Dermatology)와 화장품(Cosmetics)의 합성어로, 의약품 수준의 성분이나 기술을 접목해 피부 질환 개선에 도움을 주는 화장품을 의미합니다. 더마코스메틱은 아토피, 민감성 피부의 증가와 안전에 대한 소비자 인식 증가, 식약처의 피부장벽 기능을 회복하여 가려움 개선에 도움을 주는 기능성화장품의 신설 등 여러 요인에 의해 발전하였습니다. 한 보고서에 따르면(삼정 KPMG, 2022년 보고서), 2020년 국내 더마코스메틱 시장 규모는 약 4조 5325억원이라고 발표하였습니다.

피부 표피의 가장 상부에 위치한 각질층(Stratum corneum)은 피부장벽(Skin barrier)의 기능, 즉 피부를 통한 수분과 전해질의 손실을 억제함으로써 피부가 정상적인 생물학적 기능을 유지할 수 있는 환경을 제공하고, 독성 물질이나 미생물, 기계적 자극, 자외선 같은 외부의 유해한 인자가 피부를 통해 침범할 때 이를 막아내는 일차적인 방어선 역할을 하고 있습니다.

피부의 각질층은 약 40%의 단백질, 40%의 수분, 10~20%의 지질로 구성되어 있으며, 피부장벽의 기능은 지질의 조성 및 구조에 크게 영향을 받습니다. 각질세포 간 지질은 세라마이드, 콜레스테롤, 자유 지방산이 동일한 몰비(equimolar ratio)로 구성이 되는데, 건조피부나 아토피피부염, 여드름 피부, 노화 피부 등 피부장벽이 손상된 피부에서 세라마이드가 감소되어 있다고 보고되어 있습니다. 아토피피부염 환자의 피부에서는 피부장벽 기능의 이상이 관찰되며, 경피수분손실(Transepidermal Water Loss, TEWL)이 2~5배 정도 증가되고, 각질층의 수분 함량이 감소되어 있는데, 이는 각질층 지질의 감소, 특히 세라마이드의 감소가 주 원인으로 밝혀져 있습니다.

이러한 피부에서 피부장벽을 개선하기 위한 가장 대표적인 소재가 세라마이드(혹은 유사 세라마이드) 소재이며, 최근에는 피부 내 세라마이드의 생성량 증가를 위한 연구가 확대되고 있습니다.(Eucalyptus increases ceramide levels in keratinocytes and improves stratum corneum function, Int J Cosmet Sci. 2012 Feb;34(1):17-22.)

Q. 이번 연구의 핵심을 그림이나 표와 함께 설명해 주세요.

A. 이번 연구는 보건복지부 피부과학 응용소재 선도기술개발사업 국책과제로 진행하고 있는 ‘울릉도 자생식물 캘러스를 이용한 피부장벽 강화 화장품 개발’ 과제의 애경산업 내부 확장 과제로 진행됐습니다. 플라보노이드의 전구체이며 높은 항산화 능력으로 항균 및 항염 효능이 높은 것으로 알려져 있는 칼콘 유도체중 하나인 부테인(Butein)의 피부장벽 기능과 관련된 피부 내 세라마이드 생합성 효능을 확인하고자 수행되었습니다. 부테인은 Butea Dahlia, Coreopsis, Searsia 등에서 발견되는 성분으로, 아시아 국가에서 천연물 의약품(herbal medicine)에 사용되는 식물의 일반적인 성분입니다. 진통제, 항생제, 항혈전제, 항암제 및 항염증제로 알려져 있습니다.

이번 연구는 특히 부테인의 사람 표피 각질형성세포(Human epidermal keratinocyte)에 대한 피부장벽 개선 효과를 알아보기는데 초점을 맞췄습니다.

부테인에 의한 세라마이드 생합성 효능을 확인하기 위하여 먼저 피부 내 세라마이드 생성 과정에서 중요한 역할을 하는 효소인 serine palmitoyltransferase (SPT), ceramide synthase (CerS), sphingomyelinase (SMase)의 발현 정도를 확인하였습니다. Human epidermal keratinocyte에 부테인을 처리한 후 Real-time PCR을 이용해 실험한 결과, 부테인은 세라마이드 생합성과 관련된 SPT, CerS, SMase의 유전자 발현을 증가시키는 효능이 있음을 확인하였습니다.

위와 같은 효소의 유전자 발현 촉진을 통해 부테인이 실질적으로 세라마이드 생성을 증가시키는지를 확인하는 시험을 진행하였습니다.

부테인을 처리한 human epidermal keratinocyte에서 지질 성분을 추출하여 LC-MS/MS로 분석하여 세라마이드 함량 변화를 확인하는 실험을 진행하였습니다. 세라마이드의 분석은 독일 Lipotype에 의뢰하여 진행하였으며, 분석 결과 부테인은 각질형성세포 내에서 세라마이드 생성을 증가시키는 효능이 있음을 확인하였습니다.

실제 부테인을 피부에 적용했을 때 효능을 나타내는지 확인하기 위해 피부 각질층을 D-Squame tape로 스트리핑한 후, Lipotype에 의뢰하여 세라마이드 분석을 진행하였습니다. 분석 결과, 부테인은 세라마이드 종류 가운데 EOdS, EOH, EOP, EOS, NH, NP 등의 생성을 증가시키는 효능이 있음을 밝혀낼 수 있었습니다.

Q. 이번 연구에 주목한 이유는 무엇인가요?

A. 보건복지부 피부과학 응용소재 선도기술개발사업 국책과제로 진행하고 있는 ‘울릉도 자생식물 캘러스를 이용한 피부장벽 강화 화장품 개발’ 과제를 통하여 식물의 캘러스 성분으로부터 피부장벽에 대한 여러가지 효능을 확인하였고, 내부 스터디를 통하여 식물 성분 중에 플라보노이드와 같은 성분들의 효능이 기대가 되었습니다. 이에 플보노이드의 전구체로 자연계에 많이 존재하는 칼콘류에 대해 관심을 가지게 되었고, 그 중에서도 본 연구의 주요 성분인 부테인은 앞서 설명한 바와 같이 옛날부터 herbal medicine의 효능 소재로서 사용하여 왔지만, 화장품에서의 사용 예는 거의 없음에 주목하였습니다. 이번 연구를 통해 부테인의 피부장벽 회복에 미치는 긍정적인 영향을 확인함으로써 부테인 소재의 화장품 소재로서의 가치를 재평가할 수 있는 기회였다고 생각합니다.

Q. 연구 성과는 어떤 가요?

A. 이번 연구를 통해 플라보노이드의 전구체인 칼콘 성분의 피부장벽에 회복에 대한 가능성을 확인하였습니다. 이번에 대한화장품학회 포스터 논문으로 발표한 부테인은 '부테인(Butein)을 포함하는 피부외용제 조성물'로서 국내 특허등록을 완료하였으며, 본 논문에는 게재 되지 않았지만 또 다른 피부장벽 개선용 칼콘류 특허성분인 네오헤스페리딘 다이하이드로칼콘(neohesperidin dihydrochalcone)성분은 국내 특허 등록 후 당사 제품 에이지투웨니스 바이옴리프트 배리어 제품에 적용된 사례가 있습니다(그림 10).

Q. 이번 논문이 화장품산업에 어떤 효과를 가져다 줄까요?

A. 이번 연구를 통해 부테인을 포함하는 칼콘류의 피부장벽 개선 효능을 확인하고, 피부장벽 개선 화장품의 효능 소재로서의 개발 가능성을 확인할 수 있었습니다. 부테인이라는 소재를 피부에 적용함으로써 피부 내에서 스스로 세라마이드를 생합성하게 도와주는 방식은 기존의 세라마이드를 화장품 제형 내 직접 처방하여 피부장벽 개선을 하는 것과 다른 접근법으로 피부장벽 회복 효능을 부여할 수 있다는 점을 확인하였습니다. 이는 아직 화장품에 적용되지 않은 식물의 다양한 성분들이 피부에 이로운 효능을 줄 수 있다는 가능성을 확인했다는 의의를 가지고 있으며, 이러한 연구 결과들은 애경산업 연구팀을 포함하는 많은 화장품 관련 연구팀들이 다양한 식물 성분들의 피부에 대한 효능을 연구하고, 화장품에 적용하는 새로운 연구 시도로 연결되는 계기가 되어 줄 것으로 기대됩니다. 화장품 산업에서 기존과는 다른 방식으로 접근함으로써 소비자들에게 실질적으로 도움을 줄 수 있는 연구가 많이 이루어졌으면 합니다.

Q. 연구를 하면서 어려웠던 점과 어떻게 해결했는지 말씀해주세요.

A. 이번 연구를 진행하면서 어려웠던 점은 세포나 피부에서 추출한 세라마이드를 포함하는 피부의 지질을 분석하는 일이었습니다. 연구 초기에는 국내에 분석 가능한 곳이 없어서 해외의 다양한 업체를 탐색한 결과, 독일 피부 지질 분석 전문업체 Lipotype를 찾고 해당 업체를 통해 세라마이드를 분석하는 과정을 진행하였습니다. Lipotype사는 세라마이드 등 지질 분석 전문업체로서 GMP 인증을 받은 곳이어서 이 곳을 선택하게 되었습니다. 하지만 다양한 조건의 샘플들을 분석 의뢰하기 위해서는 분석 비용이 많이 들어 부담이 되는 일이었습니다. 다행히 이번 연구의 종료 시점에서 국내에도 Lipotype과 같은 피부지질 분석 기관들이 생긴 것으로 파악되고 있어 향후 더욱 다양한 연구를 시도할 수 있을 것으로 기대됩니다.

Q. 앞으로의 연구계획이 궁금합니다.

A. 이번 논문의 주요 성분인 부테인이 실질적으로 화장품 소재로서 사용 가능한 지를 점검하기 위해 안전성, 안정성 시험, 제형 적용성 시험 등을 진행할 계획입니다. 동물대체시험법을 통해 소재의 안전성을 추가로 점검할 예정이며, 현재 부테인은 ICID(국제화장품원료집)에 등재 되어 있지 않은 성분이므로, ICID 등재 신청을 진행할 예정입니다. 또한, 화장품 제형에 적용했을 때 제형에 미치는 영향은 어떠한 지를 확인하며, 제형 내 안정성 등을 점검하여 제형 내에서 부테인이 안정하게 유지될 수 있는 기술을 검토할 예정입니다. 최종적으로 당사 화장품에 적용하여 피부장벽 개선의 효능을 향상시킬 수 있도록 할 것이며, 피부장벽 기능을 회복하여 가려움 개선에 도움을 주는 기능성화장품의 주요한 효능 성분으로 적용할 예정입니다.

Q. 추가로 덧붙이고 싶은 이야기가 있으면 해주세요.

A. 애경산업은 피부장벽 개선 연구를 다양한 소재와 다양한 메커니즘적으로 접근하면서 진행하고 있습니다. 현재 보건복지부 피부과학 응용소재 선도기술개발사업 국책과제를 통해 ㈜바이오에프디엔씨, 차의과대학교 분당차병원 신정우 교수팀, ㈜에이치이엠파마와 울릉도 캘러스 소재를 활용한 피부장벽 개선 소재 및 기능성화장품 개발도 진행하고 있으며, 해당 분야에 대한 기술력을 향상하고 실질적인 효능을 줄 수 있는 제품 개발에 도전하고자 합니다. 그 첫 결과물로서 올해 애경산업은 울릉도에서 채취한 돌외 캘러스의 추출물이 적용된 제품을 2건 출시하였습니다.

앞으로도 애경산업 기반기술연구팀은 다양한 식물 추출물, 발효 추출물 또는 그 주요 성분들이 피부에 줄 수 있는 이로운 효능들을 찾고 이를 기반으로 새로운 천연 효능 원료를 연구 개발해 화장품에 적용할 수 있는 과정을 심화해 나갈 계획입니다.