“잊지말아야 할 연구분야 '피부독성'"

[더케이뷰티사이언스]   ‘유해 및 규제환경 대응을 위한 화장품연구개발 동향’을 주제로 열린 제18회 콜로이드·계면화학 심포지움에서 이화여자대학교 임경민 교수(더케이뷰티사이언스 편집위원)는 피부독성연구의 중요성을 일깨웠다. 이번 행사는 한국공업화학회와 대한화장품학회가 공동 주최하고 한국공업화학회 콜로이드·계면화학분과회가 주관해 지난 6월 21일 건국대학교 새천년관 국제회의장에서 열렸다.  

임경민 교수는 피부독성연구를 중심으로 △피부 건강의 중요성 △화학물질에 의한 피부 독성 △1차 자극(Primary skin irritation) △알레르기 접촉피부염(Allergic contact dermatitis, ACD) △광독성(Phototoxicity) △광증감(Photosensitization) △독성시험을 설명했다.

피부는 미용 뿐만 아니라 생명에도 중요한 역할을 하는데, 표피는 체외각층에 있어 외부환경과 접촉하기 때문에 독성학에서도 중요한 분야다. 피부를 보호하기 위해 표피의 각질층이 외부물질로부터 보호하고 피부의 수분량 손실을 막는 장벽기능을 90% 이상 담당하고 있다. 각질을 만드는 각질형성세포와 자외선 및 항산화와 관련된 멜라닌 형성세포, 그리고 면역을 담당하는 링거한스세포가 장벽기능의 중요한 축을 이루고 있다. 부작용 일례로 스티븐-존슨 신드롬(Stevens-Johnson Syndrome, SJS)과 독성 표피 괴사용해(Toxic Epidermal Necrosis, TEN)는 심한 급성 피부 점막 침범질환으로 우리 몸의 외부에 노출되는 대부분의 조직 피부, 눈, 구강, 호흡기 등에서 괴사 및 점막침범이 일어난다. 대부분 항경련제, 비스테로이드성 소염진통제, 일부 항생제 등 약물에 의해 발생하는 것으로 알려져 있으며, TEN은 라이엘 증후군(Lyell syndrome)이라고도 한다. SJS와 TEN의 차이로는 피부 침범 정도에만 차이가 있는 연속성상의 질환군으로 침범한 체표면적을 기준으로 피부박탈이 10% 미만인 경우 SJS, 30%를 넘는 경우 TEN이라고 하며 10~30% 사이의 경우 두 질환의 중첩구간(SJS/TEN overlap)이라고 한다. 표피의 면적에 따라 치사율이 늘어나는 심각한 부작용이 있다.

이 질환은 약물에 대한 과민반응인 자가면역반응으로 일어나는 경우가 흔한데, 우리는 △이부프로펜 △아세트아미노펜(타이레놀) △케토프로펜(케토톱) 등의 비스테로이드성 소염진통제를 가장 쉽게 접하고 있으며 최근 진통제로 쓰이는 COX2 억제제 계열의 약도 위험 요인으로서 언급되고 있다.

피부는 다양한 화학물질에 노출되어 있기 때문에 독성이 많이 일어나는데, 스티븐 존슨 신드롬과 같은 심각한 부작용을 제외하고는 대부분 생명위협없이 경미한 부작용이 일어난다. 반면 빈번히 나타난다는 특징을 가지는 것이다. 이에 따라 피부독성학(Dermatotoxicology)이 등장했다.

자극성 실험 방법도 소개됐다. 1차 자극의 경우 다양한 화학물질들이 피부 자극성을 갖고 있으며 피부자극을 평가하는 방법으로 자극의 정도에 따른 부식성 및 자극성이 있다. 화장품은 대부분 부식성보다는 자극성을 띠고 있는 경우가 많다. 임 교수 연구팀은 염색제(Hair Dye) 자극성 실험으로 2제의 과산화수소와 섞었을 때 피부 자극성이 굉장히 늘어나는 것을 관찰했다.

또한 ACD(Allergic contact dermatitis)도 많은 화학물질이 유발시키므로 주요하게 실험하고 있다. 이는 화장품이나 화학물질은 그 자체에 알러지가 없으며 몸 안에 들어가 단백질과 결합해 충분한 분자량의 항원을 만들어(Haptenation) 이를 통해 항원으로서 면역 역할을 하면서 감작성이 일어나게 되는 것이다. 관련 시험으로는 GPMT(Guinea Pig Maximization Test)로부터 대체 테스트로 허가된 LLNA(Local Lymph Node Assay)가 있다. 또 DPRA(Direct Peptide Reactivity Assay)는 인위적인 펩타이드와 얼만큼 결합하는지 평가하여 감작성 평가를 진행한다.

이외에 광독성은 태양광에 의해 피부의 물질을 변형시켜 독성을 미치는 것을 말한다. 리모넨(Limonene)과 같은 물질이 빛을 흡수하여 영향을 미칠 수 있다. 강한 빛을 쬐지 않는 것이 좋으며 이에 따라 광독성 실험은 무조건 해야하는 필요성은 갖지 않게 된다.

임 교수는 "피부건강은 효능도 중요하지만 독성을 일으키지 않는 안전한 화장품을 만들어야 하므로 피부독성학은 관심을 가지고 연구해야 할 중요 분야"라고 강조했다.

한편 행사 시작에 앞서 한국공업화학회 문두경 회장은 “오늘 행사를 통해 화장품 관계 종사자분들과 함께 공부하는 유익한 시간이 되기를 바란다”고 했다.

대한화장품학회 조완구 회장은 “화장품의 화두 중 하나는 지속가능성(Sustainability)이다.  화장품과 직접적으로 연결되는 에멀전 생성부터 유해환경 등에 관한 좋은 팁을 가져가길 바란다”고 했다.

이날 심포지움은 세 가지 세션으로 나뉘어져 첫 번째 세션에서는 △에멀전의 생성(배재대학교 정밀응용화학부 랑문정 교수) △화장품의 피부효능연구(P&K피부임상연구센타 이해광 박사) △피부독성연구의 소개와 시험법(이화여자대학교 임경민 교수)이, 두 번째 세션에서는 △우리나라 미세먼지 문제 이해(이화여자대학교 화학신소재공학과 김용표 교수) △미세입자의 물리·화학적 특성 및 기초 생성 메커니즘(한국외국어대학교 환경학과 이태형 교수)에 대한 내용이 진행됐다. 세 번째 세션에서는△계면에서의 이동현상(KAIST 생명화학공학과 최시영 교수) △2019 화장품 주요 제도 변화(대한화장품협회 송자은 부장) △2020 화장품 제도변화 및 정책방향(아모레퍼시픽 김원희 부장)에 대한 발표가 순서로 진행됐다. 이 날 주요 발표 내용을 소개한다.

◇에멀전의 생성(배재대학교 정밀응용화학부 랑문정 교수)= 에멀전과 에멀전의 형성 과정에 따른 분류를 소개했다. 0.005~0.01µm 크기의 소수입자에 오일이 들어있는 것을 가용화(Solubilization)이라고 일컬으며, 0.01~0.1µm 크기의 소수입자에 오일이 들어있는 것은 마이크로에멀전(Microemulsion)이라고 한다. 또 0.1~10µm의 큰 소수입자에 오일이 더 많이 들어가면 이를 크기에 따라 매크로(Macro), 미니(Mini) 에멀전이라고 칭한다. 이 경우에는 외부의 기계적인 에너지가 필요하다. 랑 교수는 1L의 액체로 계산했을 때 구형(Sphere) 입자의 표면적(Surface area)이 가장 적음을 증명했다고 밝혔다.

에멀전의 형성에 있어서는 기계적 및 열역학적 두가지 관점에서 설명할 수 있다. 우선 기계적 관점에서는 라프라스 압력(Laplace pressure)은 내부와 외부 압력 차이를 일컬으며, 입자가 작아질 수록 내부압력이 높아지기 때문에 라프라스 압력이 높아지게 된다. 또 외부압력이 높아질 시 입자를 길게 늘어뜨려 라프라스 압력보다 더 압력이 높아질 때 이를 전단응력(Shear stress)이라고 하는데 전단응력이 라프라스 압력보다 높아야 구형 입자의 변형이 일어날 수 있다. 이를 설명한 식을 웹 넘버(Web number)라고 설명했다.

열역학적인 측면에서는 가장 중요한 이론이 깁스자유에너지(Gibbs Free Energy, G)이며, ‘일할 수 있는 에너지’를 말한다. 자연계에서는 깁스에너지가 항상 감소하는 방향이 되는데 이를 스폰테이니어스 프로세스(Spontaneous process)라고 말한다. 즉, 외부 에너지가 필요하지 않는 것이다.

깁스자유에너지는 위와 같은 식으로 설명되며, 깁스자유에너지가 0보다 작을 때 스폰테이니어스 프로세스라고 한다. 0보다 클 때 논-스폰테이니어스 프로세스(Non-Spontaneous process)라고 설명할 수 있는데, 이는 외부의 기계적 에너지가 필요하다는 말과 일맥상통한다. 둥그런 입자가 길게 늘어나면 표면적이 늘어나면서 γ(Surface tension)과 A (Surface area)의 값을 곱하여 깁스자유에너지의 변화를 알 수 있다.

액체 입자 하나하나의 표면적은 작지만 전체적으로 개수가 많아지면 그 표면적은 커지게 되기 때문에 결과론적으로 더 많은 에너지가 필요하며, 결국 에멀전을 만들 때에는 호모믹서(Homomixer)를 사용해야한다는 설명이다.

또 랑 교수는 "시간이 지났을 때 에멀전의 상분리가 일어나는지의 여부가 중요하다"고 강조하면서 나노에멀전(Nanoemulsion)과 마이크로에멀전을 설명했다. 나노에멀전은 20/50~100/200nm의 입자크기로 마이크로에멀전(10~50nm)과 미니에멀전(100/200~1000nm)의 중간단계 물질로 두 종류로 나뉘어지는데, 어떻게 만들어지냐에 따라 성질 또한 달라진다는 것을 강조했다. 논스폰테이니어스 프로세스 경우 정해진 기간동안만 안정된 상태를 유지하고 열역학적으로는 언젠가는 상분리가 일어날 수 있다는 불안정성의 우려를 언급하기도 했다.

◇화장품의 피부효능 연구(P&K피부임상연구센타 이해광 박사)=화장품은 피부만 가꾸어주는 것이 아닌 스킨케어부터 메이크업, 헤어 케어 등 여러 과정에서 효능을 기대하게 된다. 피부에서는 표피가 끊임없이 증식 및 분할을 반복하는 신체 내 흔치 않은 기관으로 외부 인자를 막는 장벽 기능을 함으로써 가장 중요하며, 진피-표피 경계부 또한 노화의 중요한 지표로서 건강한 피부 유지를 위해 중요하다.

효능관점에서의 화장품을 살펴보면 보건복지부령이 정한 기능성화장품으로 일컬어지는 제품으로 △미백 △주름 △광보호 등이 화장품법으로 정해져 있다. 노화로는 내인성노화(Intrinsic Aging) 및 광노화(Photoaging)가 있는데, △표피두께 △각질형성세포 △멜라닌형성세포 △섬유아세포 △콜라겐의 차이에 따라 분류된다. 주름은 피부의 탄력이 느슨해진 상태를 말하고 이로 인해 진피가 제대로된 지질층을 갖지 못하고 노화되는 과정을 거치게 된다. 진피의 기능을 강화시키는데 초점을 맞추고 있지만, 노화는 여러 요인이 통합적으로 영향을 미치기 때문에 콜라겐이나 ECM(Extracellular matrix)에만 반드시 포커싱할 필요는 없다. 미백은 멜라닌 세포를 어떻게 적절히 제어할 것인지가 중요한데 이 때 중요한 것은 멜라닌형성세포를 죽이는 것이 아닌 색상을 옅게 만드는 역할을 하는 것이다. 몇 년 전 일본의 가네보 로도데놀 성분으로 인한 미백 제품의 백반증 부작용으로 일어난 리콜 사태를 보면, 멜라닌 세포에 조금씩 적절한 자극을 주는 것이 중요하다. 때문에 피부과에서도 여러번 조금씩 멜라닌 세포를 과자극시키지 않으면서 줄여나가도록 진행하고 있다.

임상연구(Clinical studies)는 보통 △목적/가설/청구항 △시험방법/프로토콜 △측정 인자 △통계적 계획 △연구 대상 △GCP(Good Clinical Practice) △윤리적 문제 △Quality control 로 계획을 세우고 진행되는데, 특히 윤리적인 문제(IRB)의 통과 여부와GCP 가이드라인을 따르는 여부가 중요한 요소로 여겨지고 있다고 이 박사는 말했다. 피부에 대한 화장품을 효능을 측정하는 주요 임상시험으로 △SPF/PA △피부의 수분량 △유분 분비 △수분 손실량 △피부결 △피부색 △탄력 △주름 △두께 △셀룰라이트 △피부 온도 등에 대해서도 측정 원리 및 장비, 결과를 소개했다.

◇계면에서의 이동현상(KAIST 생명화학공학과 최시영 교수)=에멀전은 섞이지 않으려는 두 가지 액체가 계면장력을 만들고 이를 최소화하기 위한 특성 때문에 열역학적으로 불안정할 수 밖에 없다. 결과적으로 에멀전의 상분리가 일어나는 것은 열역학적으로는 자연스러운 현상인 것이다. 이러한 에멀전을 안정화시키기에는 계면활성제가 필요한데 완전히 열역학적으로 안정화되는 것은 아니다. 다만 원하는 기간 동안 상분리가 일어나지 않도록 도와주는데, 계면활성제는 몇몇 특별한 경우에 피부 트러블을 일으킨다. 또 미세먼지와 같이 미세플라스틱 이슈에 따라 고분자 물질도 배제하는 분위기가 확산되고 있는데, 분자형 계면활성제를 콜로이드 입자로 대체한 것이 피커링 에멀전이다.

물에서 오일로 접근하는 경우 반발력인 경우가 대부분이어서 잘 흡착되지 않기 때문에 입자 사이의 상호작용이 매우 중요하다. 특히 입자를 계면으로 이동시키는 것이(To the Interface) 매우 중요하다.

고내상 에멀전(HIPE, High internal phase emulsions)의 경우 분산상의 부피가 74%이상 되는 에멀전을 말하며 입자가 내부에 포화되어 변형이 이르게 된다. 디플리션은 크기가 큰 입자끼리 뭉치도록 많은 수의 작은 입자들이 영향을 미치는 힘인데, 고체와 액체 사이에서 이러한 디플리션 힘이 적용되는 것을 증명했다고 최 교수는 밝혔다. 그 결과로 작은 입자 크기의 PEG와 같은 고분자를 삽입하면 친수성을 갖는 실리카 입자를 기름방울 표면에 흡착돼 표면으로부터 분리되는 것 또한 방지해 안정적 상태의 에멀전을 만들 수 있었다는 것. 중요한 점은 물리적 상호작용이다 보니 화학적으로 크게 영향을 받지 않아 대부분 만들 수 있다. 실험으로도 입자, 고분자, 물 그리고 오일을 사용해 마요네즈와 같은 제형을 만들 수 있었다며 최 교수는 동영상을 보여주기도 했다.

피커링 에멀전을 이용한 다중 에멀전 제형을 만들기 위해 더 나아가 연구를 진행하고 있다. 기존의 다중 에멀전 제조방식 2단계를 1단계로 줄이고 상전이를 이용해 안쪽에멀전은 고분자로 안정화, 바깥쪽은 콜로이드 입자로 안정화된 새로운 하이브리드 이중 에멀전(O/W/O) 제작기술까지 개발했다.

◇2019 화장품 주요 제도 변화(대한화장품협회 송자은 부장)=화장품 원료목록 보고를 전환해 안전관리를 강화하기 위해 원료목록 보고 사전 보고 체계로 지난 3월부터 새롭게 전환됐다. 보고 내용은 △제품명 △책임판매업자명 △성분명 △유형표시 △제조업자명 △용도 등이 있다.

기능성화장품 심사청구 범위가 확대되면서 기존의 책임판매업자 심사 청구에서 책임판매업자를 비롯한 제조업자, 대학, 연구기관도 심사 청구가 가능하다. 반면 기능성화장품의 유통 및 판매는 책임판매업자만 가능하다.  또한 천연화장품의 정의를 명확히 하고 소비자 신뢰를 위해 정부인증제가 도입됐다. 천연화장품의 정의로는 “동식물 및 그 유래 원료 등을 함유한 화장품으로서 식품의약품안전처장이 정하는 기준에 맞는 화장품”이다. 여기서 천연원료는 식물, 동물, 미네랄 등을 허용되는 공정에 따라 가공한 원료를 말한다. 유기농화장품은 “유기농 원료, 동식물 및 그 유래 원료 등을 함유한 화장품으로서 식품의약품안전처장이 정하는 기준에 맞는 화장품”을 말한다. 천연 및 유기농 화장품의 제조 ’금지’ 공정으로 △유전자변현원료의 배합 △니트로스아민류 배합 및 생성 △불용성 혹은 생체지속성인 1~100나노미터 크기 물질 배합 △공기, 산소, 질소, 이산화탄소, 아르곤 가스 외의 분사제 사용 등이 있다.

인증제 도입의 주요 내용으로는 △인증청구권(화장품제조업자, 화장품책임판매업자,대학, 연구소) △식품의약품안전처장이 지정한 인증기관(인력과 시설을 갖춘 기관 등) △인증의 유효기간(3년, 유효기간 만료 90일 전에 연장 신청) 등이 있다. 또한 해외 유기농 인증마크처럼 우리나라도 식품의약품안전처에서 부여하는 천연화장품 및 유기농화장품 인증 표시제를 실시한다. 이는 인증기관의 인증이 없어도 천연 및 유기농 화장품 기준에 부합하면 표시 및 광고가 가능해진다.

기존에 공산품으로 관리되어왔던 고형 화장비누, 흑채, 제모왁스도 화장품 품목으로 새롭게 변화됐다. 2019년 12월 31일부터 시행 예정으로 인체적용제품에 대한 관리 일원화로 원료부터 표시광고까지 소비자보호강화가 목적이다.

사용제한 원료의 추가변경에 대한 신청절차도 마련됐다. 기존에는 명문화된 절차가 없었다면 새롭게 시행되는 내용으로는 연구개발을 통해 사용기준을 신설하고 변경 신청절차를 마련하는 것이 주요 내용이다. 사용기준 지정고시 원료로는 △보존제 △자외선차단 성분 △색소 등이 있다.

◇2020 화장품 제도변화 및 정책방향(아모레퍼시픽 김원희 부장)=2020년 1월 1일부터는 영유아 또는 어린이 대상 화장품에 보존제 함량을 표시하고 향 알러젠 표시를 의무화해야한다. 2020년 1월 16일부터는 영유아 또는 어린이 사용 화장품 안전관리 강화를 위해 제품별 안전성 자료를 구비해야한다. 2020년 3월 14일부터는 맞춤형화장품판매업 신고제가 도입된다.

보존제 표시 의무화의 경우 영유아용 제품류(△샴푸 △린스 △로션 △크림 △오일 △인체 세정용제품 △목욕용제품) 혹은 ‘온가족용’을 제외하고 어린이용 제품임을 특정하여 표시 및 광고하려는 경우 사용기준이 지정 및 고시된 원료 중 보존제 함량을 기재해야한다.(2020년 1월 1일) 향 알러젠 표시의 경우 식품의약품안전처장이 정하여 고시한 알레르기 유발성분(26종)이 있는 경우에는 향료로 표시할 수 없고, 해당 성분의 명칭을 기재 및 표시해야한다.(2020년 1월 1일) 어린이 사용화장품으로는 제품별 안전성 자료를 의무화하여야 한다. 영유아 또는 어린이 사용제품의 관리를 강화하기 위함이다.(2020년 1월 16일)

맞춤형 화장품의 규제 도입 경과는 2020년 3월 14일부터 시행된다. 기존에는 2016년부터 시범사업으로 맞춤형화장품 서비스를 시행해왔고 2019년 3월 14일 맞춤형화장품을 제도화했다. 관련 규정의 변화로는 혼합 및 소분 등 다양한 소비자의 기호를 반영하고 화장품 사업 발전에 기여하기 위한 목적으로 맞춤형화장품을 판매하려는 자에게 판매업 신설 및 신고제를 운영하고 조제관리사를 지정한다는 것이 내용의 일부이다. 2019년 8월 중에는 세부사항에 대해 하위규정 정비 필요로 개정 예정이다. 아모레퍼시픽의 경우 맞춤형화장품 시범사업 사례로 라네즈의 △마이투톤립바 △마이워터뱅크크림 △마이립슬리핑마스크가 있다.

이외 기타 제도의 변화로는 광고업무정기 기간 중 광고한 경우 처분 기준 신설 및 폐업신고 일원화가 2020년 1월 1일부터 시행된다. 광고업무정지 기간 중 광고업무를 한 경우 업 등록 취소에서 제외되며, 광고 외 나머지 업무에서는 '업무정지기간 중 정지된 업무를 한 경우' 업 등록이 취소된다. 폐업 절차는 보다 더 간소화됐다. 기존의 화장품 영업 폐업신고시 지방식약청, 부가가치세법에 따른 사업자 폐업 신고는 세무서로 절차가 분리되어 있었다. 이러한 신고절차를 세무서 또는 지방식약청 한 곳에 한번에 처리할 수 있게 된다.