오랫동안 사용된 한약재 ‘고삼’서 새로운 효능 발견

신세계인터내셔날은 지난해 11월 열린 ‘2021 K-박람회’에서 자사 뷰티 브랜드 연작^YUNJAC과 비디비치^VIDIVICI를 전시했다. 보건복지부, 산업통상자원부, 중소벤처기업부 등 6개 정부부처가 문재인 대통령에게 그동안의 성과를 보고하는 자리를 겸한 전시회였다. 이 행사에서 신세계인터내셔날은 독점 소재로 개발한 고삼^{Sophora flavescens, SF} 추출물이 함유된 ‘카밍앤컴포팅 앰플’을 내놓았다. 고삼은 동아시아에 분포하는 식물로 심장을 맑게 하고 독성을 제거한다고 알려져 중국전통의학에서 오랫동안 사용되어온 한약재 중 하나다. 이 소재를 연구한 김준오 신세계인터내셔날 코스메틱부문 기술혁신센터장(상무)을 서면 인터뷰했다.

그는 “마스크 착용이 장기화됨에 따라 본인의 피부가 민감하다고 느끼는 소비자들이 늘면서 더 많은 뷰티 브랜드들은 민감성 피부를 위한 제품들을 출시하고 있다. 따라서 소비자들의 피부에 실질적으로 도움이 되고 타 브랜드와 차별화된 제품을 개발하기 위해서는 단순히 순한 성분으로 제품을 구성하는 것에서 끝나지 않아야 한다고 생각한다”면서 “그 동안 미처 발견하지 못했던 원료에 담긴 효능을 발굴하고, 이를 피부에 잘 전달할 수 있는 연구를 병행하는 것이 이번 제품 개발의 핵심 과제였다”고 밝혔다. 

김 센터장은 서강대학교 화학과에서 학·석사 학위를 받고, 서울대학교 대학원 화학생물공학부에서 공학박사를 취득했다. 아모레퍼시픽 신제형연구실, 피부과학연구소(1993년~2014년)에서 일한뒤 신세계인터코스코리아 R&D Innovation Center 연구소장(2015년~2019년)을 거쳐 2020년 4월부터 신세계인터내셔날에서 일하고 있다. 2003년 9월 ‘유효성분 안정화를 위한 분자 완충형 마이크로캡슐화 기술’로 대한민국 신기술인정^KT마크를 획득했다. 또 2004년 4월 ‘콜로이드형 무기·고분자 나노구조체 및 이를 함유하는 자외선 차단용 화장료’로 ‘IR52 장영실상(제19주)’, 2005년 1월 ‘자외선 차단용 콜로이드 복합 신소재 화장품’으로 ‘2004 대한민국 10대 신기술’, 2011년 12월 ‘아이오페 슈퍼바이탈 크림, 천연 희귀 활성성분 아멘토플라본의 발굴 및 신규 피부 노화 기작 규명과 이를 통한 주름 기능성 성분의 개발’로 ‘2011 대한민국 기술대상 우수상 지식경제부장관상’ 등을 각각 받았다.

Q. 연구 내용이 궁금합니다.

아토피성 피부염은 민감성피부로 분류되는데 이를 유발하는 인자들이 다양하다 보니 수많은 연구에도 불구하고 아토피성 피부로 고생하는 사람들은 여전히 많습니다. 현대화된 생활환경, 유해화학물질과 미세먼지를 포함하는 다양한 자극원들이 아토피성 피부염 환자의 증가를 부추기는 측면도 있습니다. 이에 아토피성 피부염의 주요증상인 피부장벽 개선과 면역반응 개선을 위해 고삼추출물이 효능을 나타낼 수 있는지 다각도로 살펴보았습니다. 연구결과 고삼추출물은 피부장벽 기능에서 중요한 역할을 하는 각질세포막의 형성을 강화하고 피부 보습의 한 요소인 히알루론산의 발현을 증가시켰습니다. 또한 아토피성 피부염 병변에서 특이적으로 증가하는 황색포도상구균으로부터 유도된 전염증성사이토카인의 생성을 억제하였고 피부염증과 가려움을 매개하는 것으로 알려진 신경전달 물질인 substance P에 의한 전염증성사이토카인의 발현도 억제하는 것을 확인하였습니다. 이러한 결과는 고삼추출물이 피부장벽기능과 면역반응 조절을 통해 아토피성 피부 개선에 도움을 줄 수 있음을 시사합니다.

Q. 이번 연구결과는 대한화장품학회지에 소개되었는데요. 어떻게 상용화 되었나요? 

상용화 가능한 소재를 찾기 위해 먼저 고삼 관련 문헌조사를 시작했으며 고삼의 효능과 주요 지표물질들에 대한 스크리닝을 진행했습니다. 특히, 고삼추출물에 존재하는 마트린이라는 유효성분을 지표물질로서 관리하였고, 이 성분이 항염이나 아토피와 같은 민감성 피부의 진정 효과가 있음을 입증할 수 있었습니다. 상용화에 앞서 가장 신경을 쓴 부분은 지표물질의 지속적인 관리였습니다. 추출물을 상용화하는 과정에서 지표물질 관리가 적절하게 이루어지지 않는다면, 아무리 좋은 연구결과를 보유했더라도 실제 제품에서 실질적인 피부 효능을 기대하기 어렵기 때문입니다. 이후 제형 내에서 해당 성분이 안정하게 유지될 수 있고, 최적의 농도로 배합될 수 있도록 수 차례의 반복실험 끝에 상용화에 이를 수 있었고, 실제 소비자들의 피드백에서도 좋은 사용감과 기대효과를 갖는 제품으로 만들어 낼 수 있었습니다.(고삼 추출물 연구 결과는 2020년(Volume 46 Issue 4) 대한화장품학회지에 게재됐다. 논문명은 ‘고삼 추출물의 피부장벽 강화와 염증완화 효과Effect of Sophora flavescens Extract on Reinforcing Skin Barrier and Alleviating Inflammation’) 

Q. 고삼 추출물이 함유된 ‘연작 카밍앤컴포팅 앰플’은 어떤 특징이 있나요? 

2021년 6월 출시된 카밍앤컴포팅 앰플은 바르는 즉시 피부 온도를 4도가량 낮춰 열 오른 피부에 쿨링과 진정 효과를 주는 제품입니다. EWG 그린등급(미국 비영리 환경 연구 단체 기준 가장 유해성분이 낮은 등급)의 순한 성분들만을 사용했으며, 민감성 피부 사용 적합 테스트를 완료해 예민하고 여린 피부도 안심하고 사용할 수 있도록 개발했습니다. 뿐만 아니라 외부 자극으로 인한 붉은기 완화에도 도움을 주어 마스크 착용 등 다양한 내외부 요인으로 인해 민감해진 피부를 총체적으로 관리하고, 건강하게 가꾸어주는 제품입니다. 

Q. ‘도둑놈의 지팡이’라고도 부르는 고삼을 선택한 이유가 있는지요? 

고삼은 예로부터 민간에서 보약으로 써온 오삼^五蔘 중 하나로 이름처럼 쓴맛을 내는 식물로 유명합니다. 피부화농증과 습진, 가려움에 효능이 있고 특히 여성 외음부의 가려움 치료에도 사용되어 왔기때문에 아토피와 같은 민감성 피부에도 효능을 나타낼 것으로 예상했습니다. 또한 다양한 균에서 보이는 고삼의 항균 효과가 아토피 증상을 악화시키는 대표적 병인균인 황색포도상구균의 활성을 효과적으로 억제할 것으로 예상했습니다. 마침 함께 연구를 진행한 바이오스펙트럼이 고삼유래 대표 알칼로이드인 마트린의 피부 개선 효능을 연구한 경험이 있어 민감성 피부관련 연구를 효과적으로 진행할 수 있었습니다. 

Q. 바이오스펙트럼과 함께 연구를 진행했는데, 각각 어떤 역할을 했는지요? 

신세계인터내셔날은 고삼의 효능에 관심을 갖고 있었습니다. 고삼은 예로부터 항염증 소재로서 잘 알려져 있었고, 이 효능을 화장품 소재화한다면 당시 출시를 준비하고 있던 연작의 카밍앤컴포팅 라인과 잘 어울릴 수 있을 것이라고 기대했습니다. 바이오스펙트럼 생명과학연구소에서는 고삼의 유효물질인 마트린에 대한 미백, 주름개선, 그리고 항비만에 대한 특허를 보유하고 있었기 때문에 바이오스펙트럼에서 신세계의 아이디어에 해당하는 연구디자인과 이에 따른 실험을 진행했습니다. 최종 실험결과를 공유하고 실험결과가 가지는 의미에 대해 내부토론을 진행하였습니다. 이를 통해 민감성 피부에 최적화된 신규 추출물질을 개발해 낼 수 있었습니다.

Q. 고삼추출물의 대표 효능인 각질세포막 활성효과에 대해 설명해 주세요.

표피가 분화하며 생성되는 각질층은 피부 장벽의 형성에 있어 매우 중요한 역할을 하고 있습니다. 특히 각질층을 구성하고 있는 분화된 납작한 모양의 각질세포는 불용성의 단백질로 구성된 각질세포막^{Cornified envelope}이라는 구조로 둘러싸여 있는데, 이 구조는 피부 장벽을 구성하고 피부의 항상성을 유지함에 있어 중요한 요소입니다. 아토피성 피부염 환자의 경우 피부 장벽의 기능에 문제가 있어, 경피 수분 손실도^{TEWL, Transepidermal water loss}가 증가하고, 알레르기 유발 항원과 병원체의 피부 침투로 인한 알레르기성 염증 반응이 관찰됩니다. 그러므로 고삼추출물이 피부 장벽을 강화하여 아토피성 피부염을 개선할 수 있는지 확인하기 위해 각질세포막의 형성 변화를 관찰하였습니다. 그 결과, 10μg/㎖의 고삼추출물을 처리하였을 경우, 각질형성세포의 각질세포막 형성이 48%까지 증가함을 확인할 수 있었습니다. 이를 통해 고삼추출물이 각질세포막 형성에 대한 강력한 활성을 지니고 있어 무너진 피부 장벽 회복에 도움을 줄 수 있음을 확인하였습니다.

Q. 고삼추출물이 히알루론산 합성을 향상시킨다고 했는데요. 이를 확인하는 과정이 궁금하네요.

아토피성 피부염 환자의 경우 피부 장벽의 기능이 저해돼 피부가 건조해지고, 이로 인해 가려움증과 발진이 일어나는 증상을 공통적으로 보입니다. 이러한 아토피성 피부염을 관리하기 위한 방법 중 하나는 각질층의 수분을 증가시키는 방법이 있습니다. 고삼추출물이 각질층의 수분 함량을 증가시켜 아토피성 피부염의 증상을 완화할 수 있는지 확인하기 위한 수분 지표로써 히알루론산을 확인하였습니다. 히알루론산은 물분자와 강력하게 결합하여 함습할 수 있는 능력을 갖고 있어 피부의 수분도를 결정하는 중요한 분자입니다. 특히, 표피에 존재하는 히알루론산 중 절반이 각질층에 분포하여 각질층의 보습에 중요한 영향을 미치고 있습니다. 그래서 고삼추출물을 처리한 후 각질형성세포 내 히알루론산의 합성정도를 관찰한 결과, 고삼추출물 100μg/mL을 처리하였을 때 히알루론산 합성이 비교군 대비 40% 증가하였음을 확인할 수 있었습니다. 이는 고삼추출물이 아토피성 피부의 피부장벽 회복뿐만 아니라, 무너진 피부장벽으로 인한 건조함을 개선함으로써 아토피성 피부염의 증상도 완화할 수 있음을 시사합니다.

Q. 고삼추출물의 황색포도상구균에 의해 유도되는 염증 반응 조절 실험 결과는 어떻게 나왔나요? 

피부는 외부로부터 침입한 병원균에 대해 일차적으로 방어하는 장벽기관으로, 피부의 미생물 군집은 피부 면역의 성숙과 항상성에 중요한 역할을 합니다. 그러므로, 피부장벽이 무너지거나 공생균과 병원균의 균형이 무너지면 피부질환이나 전신질환이 생길 수 있습니다. 특히 아토피성 피부염에서는 황색포도상구균의 집락화가 관찰되며, 이는 염증의 주요 원인이 될 수 있으므로 질환의 중증도와 연관되어집니다. 황색포도상구균은 염증 매개체로서 다양한 독성 인자를 분비하며 이는 염증반응을 유도할수 있습니다. 그러므로, 황색포도상구균에 의해 유도되는 염증반응에 대한 고삼추출물의 효능을 확인하였습니다. 황색포도상구균의 배양액은 인간 대식세포인 THP-1에서 TNF-α 및 IL-1β와 같은 전염증성 사이토카인의 생성을 유도했습니다. 고삼추출물은 200㎍/mL 농도에서 황색포도상구균 배양액에 의해 유도된 전염증성 사이토카인의 생성을 억제하였으며, IL-1β에 대해서는 최대 22%의 억제 효과를 나타냈습니다. 이는 고삼추출물이 황색포도상구균의 집락화가 관찰되는 아토피성 피부염과 같은 피부질환에 적용하여, 황색포도상구균이 유발하는 염증반응에 대해 효과적으로 적용이 가능할 것으로 기대합니다.

Q. 전염증성 사이토카인 발현 억제 실험 결과는 어떤가요?

신경계와 면역계의 상호작용은 염증성 질환의 발생과 주요하게 연계되어 있습니다. 신경펩타이드, 특히 substance P는 신경성 염증을 통한 급성 스트레스의 핵심 매개체이며 사이토카인 균형과 면역 세포의 기능을 변경시킵니다. 아토피성 피부염 환자에서는 substance P의 혈장 수치 증가가 관찰되며, 신경 섬유에서 방출한 substance P는 IL-1β, IL-6, IL-8 및 TNF-α와 같은 전염증성 사이토카인의 생성을 유도하는 것으로 보고되고 있습니다. 이번 연구에서는 고삼추출물이 substance P로부터 유도된 염증 반응에 있어서 어떤 영향정도를 나타내는지를 평가하였습니다. Substance P는 인간 대식세포에서 전염증성 사이토카인 (TNF-α, IL-8)의 생성을 유도하는 것을 확인하였으며, 이는 고삼 추출물에 의해 유의적으로 억제되는 결과를 나타내었습니다. 이에따라 고삼추출물이 심리적 스트레스가 있는 아토피성 피부염 환자에서 신경펩타이드에 의해 유발되는 염증반응에 효과적으로 적용이 가능할 것으로 기대합니다. 

Q. 실험 과정에서 어려운 점은 없었나요? 그리고 어떻게 해결 했나요? 

고삼추출물의 민감성피부에 대한 확실한 효능과 이를 뒷받침할 수 있는 과학적 근거들을 확보하는데 있어 여러가지 고민과 어려움이 있었습니다. 민감성피부에 대한 정의와 특성이 다양했기 때문에 보다 논리적으로 접근하기 위해서는 체계적인 실험설계가 필요했습니다. 따라서 민감성피부에 속하는 아토피성 피부염에 집중하였으며 피부장벽 강화와 염증완화 중심으로 연구한 결과 유의미한 데이터를 얻을 수 있었습니다.

Q. 지난 11월 8~11일 정부가 개최한 ‘2021 K-박람회’에서 피부 특성 데이터와

맞춤형 화장품 우수사례 기업으로 선정되었는데요. 그 배경은 무엇이라고 보는지요?

피부 온도가 민감도에 미치는 영향을 분석하여 열로 인해 자극받은 피부를 시원하게 진정시켜 주는 저자극 맞춤형 제품을 개발했으며 고삼추출물이라는 핵심 원천 기술을 확보하여 연구성과 및 상용화에 성공하였습니다. 특히, 국내뿐만 아니라 중국 소비자에게도 적합한 효능 및 사용감을 구성하는 것에 중점을 두었습니다. 피부 특성 데이터 분석자료를 활용하여 소비자의 니즈에 맞는 제품을 체계적으로 개발할 수 있었던 것이 우수사례 기업으로 선정된 이유라고 생각합니다.

Q. 민감성 피부 유형 데이터를 분석하고 피부 온도가 민감도에 미치는 영향을 파악했다고 했는데요.

최근에는 미세먼지 등의 환경적 변화뿐만 아니라, 코로나19로 인한 마스크 일상화로 민감성 피부 유형을 갖고 있는 소비자가 많아졌습니다. 민감성 피부에 적합한 제품을 구성하기 위해 피부 온도가 민감도에 미치는 영향을 중점적으로 연구하였습니다. 이 과정에서 피부의 온도를 낮춰서 피부 진정을 올려줄 수 있다는 근거들을 확인하게 되었고 온도를 낮춰줄 수 있는 소재와 제형 개발에 집중하였습니다. 

Q. 고삼추출물 등 이번 연구와 관련해 추가 연구 계획이 있는지요? 

고삼추출물의 효능 연구뿐 아니라 민감성 피부에 적합한 효능 소재를 찾아나가는 연구를 진행하고 있습니다. 특히, 차가운 성질을 가지고 있으면서 피부 열감을 해소해줄 수 있는 식물 소재 연구를 통해 민감성 피부에 보다 적합한 소재 개발 연구를 계획하고 있습니다. 이를 통해 진정효과뿐만 아니라 열감 해소에 도움을 주는 제품을 개발하여 아시아 여성들의 대표적인 피부 고민인 민감성 피부에 보다 적합한 제품을 개발할 계획입니다. 

Edited by 안용찬