헤어를 케어하면, 건강도 케어할 수 있다

‘제26차 세계화장품학회(International Federation of Societies of Cosmetic Chemists·IFSCC)’가 2021년 10월 18일부터 28일까지 멕시코에서 온라인으로 열렸다. 피부과학 응용소재 선도기술 개발 사업단(단장 황재성)은 이번 컨퍼런스에서 발표된 8개 분야의 논문 리뷰를 국내 연구원에게 요청했다. 더케이뷰티사이언스는 3회에 걸쳐 이 리뷰의 일부 내용을 소개한다. 또 이번 학회에서 포스터 논문을 발표한 국내 기업과의 서면 인터뷰를 담는다. _편집자 주 

Hair Care session에서는 구두 발표 5건, 포스터 18건(다른 세션 포스터 4건 포함)이 발표되었다. IFSCC 2020에 발표된 42건에 비해 숫자는 절반 정도 줄었지만, 알찬 연구 내용이 많았다. 헤어케어 세션의 Key note lecture로서 ‘Rethinking Hair Breakage’를 발표한 Trefor Evans 박사는 ‘Practical Modern Hair Science’를 저술한 헤어 케어 전문가다. 10여 년 전부터 Single Fiber Fatigue Test를 이용하여 Constant extension rate experiment로 해석이 되지 않았던 현상에 대해 연구해 왔지만 이번 특강에서 현재의 일반 이론과 다른 몇 가지 관찰을 설명하고 모발 손상을 다시 생각해 보는 새로운 관점의 인사이트를 제안했다. 구두 발표에서 Akahiro Hirayama 연구팀(Takara Belmont)은 IFSCC 2020에 구두 발표했던 ‘Hair Medulla Care’를 이용하여 염기성 염모제와 멜라닌의 모발 침투를 컨트롤하여 흰머리를 개선한 연구내용을 소개했다. Okuma Yasunori 연구팀(Arimino)은 노화의 위험인자 중 하나인 당화^Glycation를 헤어에 접목 연구하여 루이보스 추출물의 효용성을 입증했다. 또한 L. Hercouet 연구팀(L'Oréal)은 구리 오염이 모발에 미치는 영향을 밝히고 새로운 킬레이팅제로서 글라이신의 효과를 규명했다. Kwezikazi Molamodi 연구팀(L'Oréal)은 아프로^Afro 헤어에 미치는 그루밍과 머리를 땋는 헤어스타일의 영향을 조사해 발표했다. David Garandeau 연구팀(Clariant, BioSpectrum)은 PVE(Prunella vulgaris Leaf Extract, 꿀풀잎추출물)를 이용하여 스트레스 반응 매개체를 조절하고 심리적 스트레스로 인한 탈모를 완화하는 연구를 소개했다. 포스터 발표로는 인디안구스베리추출물^{Phyllanthus emblica extract}, 약콩^{Glycine soja Siebold et Zuck.}의 배아추출물, Chinese subjects 등 소재와 제형에 의한 탈모 억제 연구와 함께, 새로운 LOW-LEVEL-LIGHT-BASED DEVICE와 미녹시딜 2%를 조합 사용하여 미녹시딜의 사용 함량을 낮추는 연구, Azepanyl Methanone을 이용한 코티솔 억제 연구, Infrared spectral imaging^IRSI을 이용한 탈모연구 방법 및 헤어테라피 제품의 효과에 미치는 영향인자를 연구하는 등 탈모 관련 연구가 8건으로 가장 많았다. 그리고 자일리톨 유도체와 N-아실 아미노산 계면활성제류가 비듬에 미치는 영향 연구가 있었으며, Sodium Methyl Cocoyl Taurate와 Trihydroxystearin의 상호작용으로 이중 액정구조를 가지거나 disodium laureth sulfosuccinate와 이눌린을 사용하는 sulfate free 샴푸 등이 관심을 끌었다. 이외에 구두 발표에서 다루어진 모발 당화와 포름알데히드 영향 연구, Micro-tensile tester를 이용한 모발평가법 등은 함께 리뷰해 볼 가치가 있다.

1. A new approach to obtain attractive hair ‘Hair Medulla Care’

Hirayama Takahiro, Takara Belmont Corporation, Japan

사람의 모발은 크게 바깥쪽에 있는 모표피^Cuticle, 모피질^Cortex, 그리고 모발의 핵심을 형성하는 가장 안쪽 영역인 모수질^Medulla 등 세 겹으로 나눌 수 있다. 이 연구에서는 먼저 ‘모수질 케어’(Hair Medulla Care, 특정 구성 우레아가 모수질에 작용하도록 하는 방법)의 침투력에 초점을 맞추어 모수질에 작용하는 정도를 평가하기 위해 모수질에 대한 여러 구성 우레아의 모발 침투성을 평가했다. 

모수질 케어는 모든 음이온, 양이온 및 친유성 성분의 모수질 내 침투를 증가시켰다. 음이온성 FITC^{Fluorescein isothiocyanate}의 경우 모수질의 형광 신호가 모표피와 모피질의 형광 신호보다 약하고 양이온성 RITC^{Rhodamine isothiocyanate}의 경우 모수질이 균일하고 진하게 염색됐다. Nile Red(친유성)를 사용했을 때, 모수질의 형광 신호가 모피질의 형광 신호보다 더 두드러졌다. 그 결과, 모수질 케어가 다양한 성분, 특히 양이온 성분의 침투를 획기적으로 향상시키는 것을 발견했다.

모수질 케어의 침투력을 케라틴 섬유의 침투제로 많이 사용되는 우레아와 에탄올과 환원제인 ATG^{Ammonium thioglycolate}, 소듐설파이트^{Sodium sulfite}와 비교했다. 그 결과 침투제인 에탄올과 우레아는 모두 침투력을 약간 증가시켰고, RITC가 모표피^Cuticle로 침투했지만 모피질^Cortex이나 모수질로의 침투는 변하지 않았다. 또한 환원제인 ATG와 소듐설파이트는 모피질의 일부를 침투할 수 있게 해주었지만, 성분이 수질에 도달하지 못했으며 일부 영역에서는 침투가 극히 불량했다. 이를 통해 기존의 침투제 및 환원제는 염료 성분이 모표피와 모피질 사이의 투과 장벽을 통과해 모발에 침투하지 못하는 것으로 추측된다. 반대로, 모수질 케어는 수질까지 모발에 깊고 균일한 침투를 허용하기 때문에 유용한 것으로 나타났다. 

이 성질을 이용하여 염기성 염모제를 모발 깊숙이 침투시켜 모발을 컨트롤 케이스보다 훨씬 더 깊고 진하게 염색할 수 있다(그림 1). 또한 이전에는 모발에 침투할 수 없었던 멜라닌이 트리트먼트 후에 침투하는 것으로 확인됐다. 따라서 우리는 모수질 케어가 전통적인 모발 케어 및 모발 색상 표준을 개선할 수 있고, 완전히 새로운 헤어트리트먼트가 될 잠재력을 가진다고 결론 내릴 수 있다. 

지금까지 모수질 케어의 적용 사례로 침투를 쉽게 시각화할 수 있도록 염료를 사용하였으나, 염료 이외의 성분도 동일한 방식으로 침투가 가능할 수 있다. 즉 모수질 케어를 사용하여 모발을 스타일링하는 것이 가능해지면 표면의 질감을 유지하면서 원하는 헤어스타일을 만들 수 있다. 이러한 방식으로 모수질 케어는 모발에 적용되는 모든 스타일링제의 성능을 극적으로 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 

2. HOW TO ENSURE HAIR FIBER SAFETY DURING COLORING/BLEACH 

PROCEDURES: THE BENEFICIAL ROLE OF METAL BLOCKER 

Hercouët, Leïla, L’Oréal Research and Innovation, France 

구리는 모발에 자연적으로 약 15ppm 수준으로 존재한다. 그러나 모발은 구리의 추가 공급원에 의해 오염될 수 있다. 구리가 과량 존재하면 블리치 또는 염색 과정에서 과산화수소와 반응하여 모발 과민성^{sensitization} 및 끊어짐을 유발하고 색상 불균일 현상을 초래한다. 44개 국가 2500명의 패널리스트로부터 수집된 모발의 분석 결과 국가별로 13%에서 90%의 인구가 30ppm 이상의 비천연^non-natural 구리 농도를 나타냈으며, 측정된 최대량은 2726ppm이었다. 

◆ 모발의 구리 편재화^localization와 글라이신의 모발 내부 침투 효과

모발에 있는 구리의 EPR^{Electron paramagnetic resonance} 스펙트럼 특성을 기반으로 세 가지 유형의 구리를 식별했다(그림 2). (a)모발 표면의 구리 입자 응집체 (b)모발 내부의 구리 클러스터 (c)모발의 펩타이드와 배위하는 구리 이온. 이러한 결과는 모발 손상을 최소화하려면 모발에 쉽게 침투하고 다양한 형태의 구리를 차단할 수 있는 킬레이트제를 찾아야 한다는 것이다. EDTA 및 EDDS와 같은 킬레이트제는 너무 커서 모발 내부에 침투되지 않고 모발 표면에서만 구리를 차단할 수 있으므로 작은 킬레이트제 중에서 글라이신을 선택하여 효과를 평가했다. Nano-SIMS를 이용해 글라이신의 모발 침투를 평가한 결과 모발 내부까지 침투하는 것을 확인할 수 있었다.

◆ 모발 내부의 자유 라디칼 생성에 대한 글라이신 전처리의 효과

글라이신을 처방에 직접 추가한 경우 블리치 제품의 리프팅 효과를 낮추기 때문에 전 처리^{pre-treatment} 방법으로 글라이신을 처리했다. 모발 내부에서 발생하는 활성산소를 효율적으로 추적하기 위해 구리 1만ppm을 함유한 모발 견본에 다양한 글라이신 농도를 첨가한 결과 글라이신을 많이 첨가할수록 ROS°의 양이 줄었다. 

◆ 블리치 제품 적용 중 모발 보호에 대한 글라이신 전처리의 효과

고농도(10%, pH9)의 글라이신 용액으로 모발을 전 처리하면 블리치제 사용에 따른 모발 손상으로 인한 모발 성분 용출을 획기적으로 줄일 수 있으며(대조군 대비 모발 손실률 68% 감소), 이 효과는 다른 pH(pH4, pH5, pH9)에서도 유지됐다.

◆ 글라이신 전처리가 색상 성능에 미치는 영향

구리의 존재는 낮은 색상 흡수를 일으켜 큰 색상 차이를 초래하고(ΔE=11.9), 염색전 글라이신을 처리하면 색상 변화가 최소화되어(ΔE=2.57) 구리로 인한 색상 불일치를 효율적으로 줄여주었다.

3. Investigating the impact of grooming 

and regular braiding on the integrity of Afro hair

MOLAMODI Kwezikazi, L'Oréal Research and Innovation, South Africa

아프로(Afro, 아프리카계 흑인의 둥근 곱슬머리 모양) 모발 손상은 일반적으로 화학적으로 처리된 모발과 내추럴 아프로 모발 모두에 대해 땋기, 모발 인장 및 엮기와 같은 그루밍 습관에 기인한다. 이러한 그루밍 습관은 임상 연구에서 견인성 탈모 증과도 자주 연관된다. 그러나 빗질을 비롯한 그루밍으로 인한 아프로 모발의 표면 및 내부 모섬유 손상에 대한 정량적 과학적 데이터는 거의 없다. 이 연구는 모섬유의 미시적 평가와 인장 강도 매개변수의 평가를 결합해 아프로 모발 유형 VII 및 VIII에 대한 통찰력을 제공했다. 

이번 연구는 남아프리카 공화국 요하네스버그에서 아프로 모발 유형 VII 및 VIII에 대해 실시됐다. 지난 2년 동안 화학적 처리를 한 적이 없는 최소 길이 10cm의 모발 유형 VII 및 VIII를 가진 18세에서 45세 사이의 건강한 여성 각 15명으로 구성된 두 그룹(n=30)을 모집하여 진행했다. 자주 머리를 땋는 사람은 1년에 8번 이상 땋는 여성이었고, 가끔 땋는 사람은 일반적으로 1년에 2번만 땋는 사람으로 제한했다. 

모든 측정은 표면 및 내부 모섬유 손상과 머리 땋는 빈도 사이의 관계를 보여주었다. 잦은 머리 땋기는 SEM과 큐티클 결합력 평가에서 알 수 있듯이 더 많은 큐티클 손상으로 모발이 더 얇아졌다(그림 3). 그들의 모섬유는 인장 테스트에서 알 수 있듯이 상당히 약했다. 또한 견인성 탈모 중증도 점수도 더 높았으며, 빗질 영향 평가에서 모발 표면 모섬유 손상과 빗질 횟수 사이에 선형 추세가 관찰되었다. SEM으로 찍은 현미경 사진을 사용한 모발 표면의 평균 손상 점수는 최대 360회의 빗질 스트로크 숫자에 정비례했다 빗질로 인한 모발 손상의 주요 징후는 모섬유를 따라 갈라진 균열과 매일 빗질 모발 축을 따라 큐티클이 부분적으로 제거되는 것이었다. 

아프로 곱슬머리는 자르지 않고 오랜 시간이 지나도 다른 모발에 비해 짧은 머리를 형성하는 경향이 있다. 성장률은 약 0.9cm/월로 3년 후에는 길이가 30cm를 초과할 수 있다. 참가자들의 마지막 헤어 컷은 연구 시작 3~5년 전이었고 평균 모발 길이는 10~15cm 사이였으며 이는 아프로 모발이 그루밍 습관의 결과로 잘 부러지기 쉽다는 가설을 확인시켜준다. 결론적으로 이번 연구는 수반되는 모발 관리 루틴 없이 아프로 모발의 과도한 빗질이 표면적이고 내부적인 모간 손상을 유발할 수 있음을 보여준다. 마찬가지로 최소한으로(1년에 2회 이하) 땋아도 모섬유가 어느 정도 손상된다. 그러나 과도한 땋기로 인한 반복적인 기계적 손상(즉, 1년에 8회 이상)은 모섬유 손상을 증가시키며, 높은 한계 견인성 탈모증 중증도 점수와 상관관계가 있다(그림 4). 아프로 모발을 위한 모발 과학의 미래는 모섬유를 강화하고 손상을 최소화하면서 다양한 그루밍 상태에서 모발이 최대한 성장할 수 있도록 하는 치료법의 개발을 필요로 한다. 

4. Screening plant extracts for inhibition of glycation on hair 

Yasunori Okuma, Research Center, ARIMINO Co., Ltd, Japan 

글루코오스와 같은 환원당^{reducing sugar}과 단백질 사이의 비효소적 반응을 당화라고 한다. 당화 ^Glycation는 우리 몸에서 일어나고 그 결과 최종 당 화산물^{advanced glycation end products, AGEs}이 생성되어 조직에 축적된다. 생체 내 AGE 축적은 신체적, 생리적, 시각적 손상을 일으킨다. 당화 작용은 노화의 위험인자 중 하나로 피부 노화, 당뇨합병증, 골다공증, 치매 진행의 원인이 될 수 있다. 이러한 이유로 당화 억제는 노화 관리의 중요한 요소로서 최근 주목받고 있다. 모발은 시간이 지남에 따라 뿌리부터 끝까지 당화되어 강도 저하 등의 물성 변화를 보이는 것으로 보고되고 있다. 모발의 파단력^{breaking strain}이 약해지면 모발이 끊어지고 끝이 갈라지고 모발의 품질이 저하된다. 

이 연구에서는 모발의 당화 억제를 표적으로 하는 물질 탐색을 목적으로 26종 식물 추출물의 항당화 효과를 조사하였다. 모발을 구성하는 단백질인 케라틴을 이용한 1차 스크리닝 결과 26개 시료 중 9개 시료에서 75% 이상의 AGE 생성 억제 효과가 관찰됐다. 2차 스크리닝에서는 루이보스추출물만이 당화 억제제 중 하나로 양성 대조군으로 사용된 아미노구아니딘보다 20배 이상 강력한 항당화 효과를 나타냈다. 

스크리닝을 통해 케라틴에 대한 항당화 효과가 확인된 식물 추출물에 대해 모발을 이용하여 항당화 효과를 검증했다. 모발 단백질 mg 당 AGEs의 양은 시간에 따라 증가했는데 샘플을 추가하면 모발에서 AGE 생성이 억제됐다. 그 결과 루이보스추출물은 케라틴과 모발의 AGEs 형성을 강력하게 억제하는 효과가 있었다(그림 5). 

또한 모발 인장 강도 측정 결과 루이보스추출물의 첨가는 당화에 의한 강도 저하를 억제할 수 있었다. 모발 인장 강도 실험 결과는 당화의 억제가 모발 구조의 안정화에 기여할 수 있음을 시사한다. 정확한 메커니즘을 위해서는 추가 연구가 필요하다. 

루이보스추출물에는 루테올린, 크리소에리올, 쿼세틴, 아이소쿼세틴 등 다양한 폴리페놀이 함유되어 있다. 루틴, 루테올린, 쿼세틴은 BSA 및 HSA 단백질에 대한 당화 반응을 억제하는 것으로 알려져 있다. 루이보스추출물의 당화 반응 억제는 폴리페놀 때문일 수 있다. 루이보스에 함유된 다양한 성분 중 어떤 성분에서 확인된 효과가 나오는지 더 연구할 예정이다. 

5. Controlling stress response mediators to alleviate 

psychoemotional stress-induced hair loss and provide wellness 

Garandeau David, Clariant Production France / Roh, Kyung-Baeg, Jung, Eunsun, 

BioSpectrum Life Science Institute, Republic of Korea 

연구팀은 PVE라는 식물 추출물의 항 PES(심리 감정적 스트레스) 효과와 코티솔 공격으로부터 모발 성장과 구조를 보호할 수 있는 가능성과 신경 면역 기능의 회복을 통한 두피 진정 및 웰빙 가능성이 있다는 것을 증명하기 위해 뉴런, 비만세포 및 모낭에 대해 여러 가지 실험을 진행했다. 

첫 번째로 코티손에 의해 스트레스를 받는 HFDP 세포에 대한 in vitro 평가를 수행하여 코티손이 모낭 진피유두세포의 증식 및 VEGF 분비 능력을 억제한다는 것을 보여줬고 PVE가 세포 증식 및 VEGF 분비에서 유의미하게 증가함을 보여줬다. 두 번째로 코티손이 스트레스 호르몬 코티솔의 활성 형태로 전환되는 것은 11βHSD1 활성에 의해 조절되므로, 이 효소를 억제하는 PVE의 능력을 평가했다. PVE는 11βHSD1의 활성을 용량 의존적으로 억제한다는 것을 보여줬다. 세 번째로 모낭에 대한 생체 외 실험을 수행하여 코티솔이 모발 성장을 유의하게 감소시키고 PVE가 코티솔 유도 모발 성장 억제를 상쇄한다는 것을 보여주었다. 네 번째로 헤마톡실린-에오신-사프란 염색에 의한 조직학적 평가를 통해 PES로부터 전체 모발 구조 및 증식 능력을 보호하는 PVE 능력을 평가했다. PVE는 모낭 구조를 보호하고 특히 DS^{Dermal sheath}를 강화한다. 또한 PVE로 처리된 코티솔 스트레스 모낭에서 세포자멸 세포의 부재와 증식 세포의 강한 증가를 관찰했다. 이러한 결과는 모낭에서 관찰된 PES 손상에 대응하고 이를 성장기 단계로 유지하는 PVE의 능력을 나타낸다. 다섯 번째로 Fontana Masson 염색을 사용하여 모낭 색소 침착을 시각화하여 PVE의 백모 억제 능력을 평가했다(그림 6). 이미지에서 멜라닌 색소는 검은색으로 나타나며, PVE가 모낭의 색소 침착을 자극할 수 있다는 것을 발견했다. 여섯 번째로 쥐 호염기성 백혈병 세포 RBL-2H3에 대한 베타-헥소사미니다제 활성 분석을 사용해 비만 세포 분해를 감소시키는 PVE의 가능성을 평가했다. 일곱 번째로 비만 세포에 의해 방출되는 염증 매개체인 코티솔 또는 히스타민에 의해 유도된 뉴런과의 활성화에 대응하는 PVE의 진정 효과를 연구했다. PVE는 CGRP^{Calcitonin gene-related peptide} 방출을 완화시켜 PES에서 신경 자극을 완화하는 강력한 능력을 보여준다. 여덟 번째로 PVE가 감각 뉴런에 의한 옥시토신 방출을 가능하게 하는 능력을 평가하여 PVE가 용량 의존적 방식으로 코티솔 공격 하에 옥시토신 생성을 효과적으로 가능하게 한다는 것을 발견했다.

결론적으로 PVE는 전체적인 모발 구조 보존, 모낭 증식 신호 유지 중 세포자살 감소^apoptosis, 모발 멜라닌 색소 침착 유지, 스트레스 유발성 신경염 감소 등 여러 수준에서 모낭을 보호한다.

6. Rethinking Hair Breakage

New Insights from Single Fiber Fatigue Testing 

Trefor Evans, Ph.D. – Director of Research and Institute Fellow, TRI-Princeton,

New Jersey, USA

모발 강도를 평가할 때 인장 강도를 측정하는 것은 의미가 있는 것처럼 보이며, 가장 좋은 방법은 제어된 조건에서 모발이 끊어질 때까지 늘어나는 Constant extension rate experiment를 수행하여 관련된 힘을 평가하는 것이다. 탈색, UV 노출, 고데기에 의한 열처리 등에 의한 파손 스트레스^{Break stress}는 점차 감소하는 추세로 나타난다. 또한 백인 모발과 아프리카인 모발의 파손 스트레스를 비교해 보면 아프리카인 모발이 백인 모발보다 약 10% 정도 작아 크게 약해 보이지는 않지만, 모발 파손은 곱슬곱슬한 아프리카인 모발을 가진 사람들에게 가장 큰 문제이다. 그리고 소비자들은 컨디셔너 제품이 확실히 모발 강도와 관련된 이점을 제공한다고 믿고 있지만 실제 결과와 차이를 보인다. 

따라서 이와 같은 문제에 접근하기 위해 단일섬유 피로 테스트(Dia-stron CYC801 Cyclic Tester, Dia-stron사)를 대체 측정 기술로 채택했다. 단일섬유 피로 테스트에서 한 번의 치명적인 변형으로 모섬유를 인장하는 것보다 반복 적용에서 더 작은 변형이 일어났다. (그림 7)은 60% RH에서 개별의 미처리 백인 모발에 50g의 힘을 반복적으로 가했을 때 얻은 S-N Curve이다. 앞에서 설명한 일반적인 인장 강도 실험은 모발이 약 0.02g/μm²의 스트레스로 절단되는 것을 보여주지만 모발은 소위 Break-stress보다 상당히 낮은 스트레스를 가할때 파손된다. 그루밍 실험이라고 부르는 반복 빗질 실험은 통제된 방식으로 모발 트레스를 반복해서 빗질하고 주기적으로 끊어진 모섬유 수를 계산하는 방법이다. 화학적으로 손상된 모발과 샴푸·컨디셔너로 처리한 동일한 모발 유형에 대해 1만번의 빗질 주기까지 누적 파손을 시험한 결과, 샴푸·컨디셔너로 처리한 경우에 끊어진 모발 수가 약 90% 줄어든 것을 볼 수 있었다. 

피로실험을 수행할 때 극적인 차이는 상대 습도 차이에서 평가할 때 관찰된다. 상대습도 20%, 60%, 90%에서 SN 플롯을 얻을 때 약 0.01g/μg2 스트레스에서 상대습도 20%의 경우는 실패 사이클이 약 6만4000회이고, 60%일 때는 5500회, 90%에서는 250회에 불과했다. 또한 미처리 백인 모발과 10% 글리세린 용액에 담근 동일 모발에 대한 SN 플롯을 얻은 경우 피로 주기의 대략 80%가 감소되며, 글리세린은 트레스에서 약 두 배 더 많이 모섬유를 파손했다. 

이외에 현재의 일반적인 이론에 맞지 않는 몇 가지 관찰을 설명했고 이는 더 많은 개선에 기여할 것으로 생각된다. 그러나 가장 큰 현재의 문제는 결과 데이터에 대한 통계를 효과적으로 수행하는 방법이다. 이전에 비해 데이터 수집 속도는 빨라졌지만 오랜 시간이 걸리고, 다양한 샘플이 다양한 수준의 산란 파라미터를 발생시킨다.