천연물 원료 ‘피부 바이오 기반 고기능성’ 으로 진화

Endemic ingredient for cosmetic products 세션에서는 화장품 원료로 사용된 멕시칸 지역 특산 천연물에 대한 발표가 키노트로 진행됐다. 콩 단백질 농축액을 활용한 하이드로겔 제조를 위한 물리화학적 특성 연구, 화장품 원료 H. inuloides의 ABS 프로젝트, CYP26A1의 억제를 통한 레티노익산 부스팅 효과, 생물 다양성을 보존하면서 피부를 위한 효율적인 활성 성분을 개발하기 위한 윤리적이고 지속가능한 접근 방식, 두피 진정 효과를 위한 TRPV-1 피부 센서 활성 조절 등 모두 6건이 구두 발표됐다. 이번 세미나에서는 지역 특산 천연물을 단순히 복원하고 윤리적으로 개발하여 화장품에 적용하는 수준에서 다양한 새로운 피부 기능적인 요소들을 발굴하고, 이를 검증하여 특산 천연물의 신규성에 기능적 특징을 더한 연구들이 큰 흐름이었다. 앞으로의 지속 가능 천연물 원료는 새로운 피부 바이오 기술과 시너지를 내어 윤리적이며 안전한 소재에서 한걸음 나아가 피부 바이오 기반의 고기능성 천연물 원료로의 진화가 예상된다. 

1. Key note lecture: Selected endemic Mexican plants used as cosmetic ingredients

Rachel Mata, ph. D: National antonomous university of Mexico, Mexico

인류는 오랜 시간 화장품을 다양한 목적으로 활용해 왔다. 프리 히스패닉 시대(스페인 정복 이전의 시대) 문화도 예외는 아니었다. 특히 florentine codex와 badianus codex를 보면, 화장품 성분으로 활용된 사례가 기록되어 있다. 또한, 아즈텍에서는 미네랄 컬러와 식물 유래의 물질을 활용해 비교적 높은 수준의 화장품 제형을 제조해 사용했다는 기록이 남아있다. 이번 발표에서는 chocolate, jojoba 외 9종의 멕시코 민속 식물의 화학적, 효능적 측면의 내용을 제시했다. 

Cocoa는 프리 히스패닉 시대에 효과적인 에몰리언트로 활용되었다. 지금은 화장품 산업에서 코코아 기반의 다양한 원료들이 버터, 추출물, 파우더, 오일등의 형태로 활용되고 있으며 코코아를 새로운 화장품에 응용하는 324종 이상의 새로운 특허가 출원됐다. 

Cocoa butter는 팔미트산, 스테아르산, 올레산으로 구성된 트리글리세라이드가 매우 풍부하여 에몰리언트로 기초 제형에 활용이 되고 있다. 폴리페놀 성분이 풍부한 Cocoa seed extract는 UVB를 차단하고 주름 개선 및 미백 관련 효능이 있는 것으로 보고 되었다. 이외에도 jojoba, tepezcohuite, cuachalalate, copal, ocote, vanilla, girasol, amolli, uixachi 등 다양한 멕시코 전통 식물 자원에 대한 화장품 원료 활용 사례를 제시했다. 

2. Physicochemical characterization of common bean(Phaseolus vulgaris L.) 

protein concentrate towards hydrogel formation by cold gelling technique. 

Aguilar-Vázquez, Guadalupe: National Technological Institute of Mexico/ITS of Huatusco 

강낭콩^{Phaseolus vulgaris}은 멕시코에서 생산 및 소비되는 가장 중요한 콩과 식물이므로 멕시코의 지속 가능한 농업에서 중요한 역할을 한다. 콩의 단백질 함량은 품종에 따라 22~32% 수준으로 콩 단백질 농축액^{Bean protein concentrate, BPC}은 라이신, 티로신, 페닐알라닌과 같은 필수 아미노산 함량이 높은 저렴한 단백질 공급원이기 때문에 식품 제제로 활용되고 있다. 그러나, 단백질 농축액의 화장품 산업 활용, 특히 바이오폴리머로서의 용도는 많이 보고 되지 않고 있다. 하이드로겔은 많은 양의 물이나 생물학적 유체를 흡수할 수 있는 3차원 친수성 고분자 네트워크이며, 다양한 하이드로겔 중에서 단백질 겔에 대한 관심이 높아지고 있다. 이번 연구에서는 저온 겔화 기술을 활용해 하이드로 겔을 형성할 수 있는 BPC의 특성을 확인했다. 

BPC는 약 71%의 단백질 함량과 2.77%의 지질 함량을 가진것으로 확인되었으며 기존에 보고된 알칼리 추출이나 등전점 침전 방법으로 얻어진 것들과 유사한 값을 보이는 것으로 확인되었다. 기능적 특성으로는 등전점에 가까운 범위인 pH4~6(1%)에서 최소 용해도가 관찰되었고 더 높은 pH값에서 용해도 증가가 관찰되어 pH12에서 80.66%에 도달했다. BPC의 폼생성력^{foaming capacity}은 pH10에서 가장 높은 값을 보였고 pH4~7에서 가 장 낮은 값이었다. 유화 활성화 지수^{Emulsifying activity index, EAI}의 경우 pH 2, 10 및 12의 값에서 가장 높은 값이 얻어지고(각각 136.82±8.75㎡/g, 127.50±5.29㎡/g 및 121.43±0.81㎡/g) pH4(등전점 근처)에서 가장 낮은 값이 확인됐다. 유화 안정성 지수^{emulsion stability index, ESI}의 경우 pH2와 pH4(71.38±8.11 및 96.66±8.12)에서 가장 높은 값이 확인됐다. 반면 pH6과 pH8에서 가장 낮은 값(17.56±3.10)이 관찰되었다. 

BPC 수분 보유 용량^{water retention capacity, WRC}은 117.5±1.6g/100g이며, 이 값은 병아리콩 (230g/100g) 및 렌즈콩(390g)과 같은 다른 콩과 식물 단백질 농축액에 대해 보고된 값과 비교하여 낮은 것으로 보인다. 오일 보유 용량(oil retention capacity, ORC)은 단백질 분말의 중량당 흡수된 오일의 양을 측정한 것인데 BPC는 95.3 ±6.9g/100g의 값을 나타냈다. 이 결과는 완두콩 (180g/100g), 렌즈콩(1.96g/100) 등에 비해 낮은 값으로 확인되었다. 

BPC 하이드로젤의 응력 완화 및 퍼짐성 등의 변형 특성은 스프레드 테스트로 측정하였다. pH와 농도 인자가 통계적으로 유의한 결과를 나타내었는데 낮은 단백질 농도(9%)를 사용한 경우 견고성, 퍼짐성, 점착성 및 끈적임이 가장 낮았고, 높은 농도에서 가장 높은 값을 얻었다. pH2에서 14%의 단백질로 형성된 하이드로겔의 특성이 시판 하이드로겔과 유사한 값을 나타내는 것으로 확인됐다. 

이러한 결과를 종합하여 볼 때 최대 순도 71%의 BPC 농축물을 활용한 하이드로겔은 피부에 수분을 공급하고 탄력을 회복하며 항노화 성능을 향상시킬수 있는 새로운 화장품에 적용 가능하다. 

3. ABS Project for the use of heterotheca inuloides in cosmetics. 

Martínez-Teipel, Blanca: Provital S.A.U., Barcelona, Spain 

멕시코는 세계 4위의 유전자원 부국이다. 전 세계 생물 다양성의 12%와 많은 수의 토착종을 보유하고 있다. Heterotheca inuloides(멕시칸 아르니카)는 멕시코에서 자생하는 초본 식물로 진통 및 항염증 효능을 기반으로 한 류마티스, 국소 피부 염증, 근육통등 다양한 질병을 치료하기 위해 전통 의학에서 사용되어 왔지만 가장 널리 사용되는 약용 식물중 하나라는 이유로 야생 개체수는 지속적으로 감소하고 있다. 따라서, H. inuloides의 수요를 지속 가능한 방식으로 활용하기 위한 프로토콜 및 재배 매뉴얼을 개발할 필요가 있다. 나고야 의정서의 지침과 관련 전통지식 접근에 관한 멕시코의 현행법을 따르는 H. inuloides의 재배 방법 개발을 위해 2016년부터 케레타로 자치 대학교^UAQ, 지역 유역 훈련 센터^CRC 및 3개 지역 커뮤 니티(La Carbonera, La Joya 그리고 Charape La Joya)와 협력 작업을 시작했다. 이번 연구에서는 화장품 업계 최초로 국가 당국의 승인을 받는 IRCC^{Internationally Recognized Certificate of Compliance}를 획득한 H. inuloides에 대한 피부 세포 활성 스크리닝 및 임상 연구, 화학 분석 및 배양 최적화 연구에 대한 내용을 발표했다. 

UAQ는 지역 사회의 농부들이 H. inuloides 재배를 위한 최적의 조건을 확인하는 연구를 수행했다. 특히, 꽃부위에서 독특한 파이토케미컬 구성을 확인했다. 꽃에서 케르세틴, 캠페롤, 프로토카테추산, 카페산 및 클로로겐산을 포함하여 이 식물에서 보고된 화합물의 존재를 확인했지만 잎·줄기에는 kaempferol과 protocatechuic acid가 존재하지 않았다. 또한, 뿌리에서는 카페인산과 클로로겐산만이 확인되었다. 

피부에서의 효능을 확인하기 위해 H. inuloides 꽃 부위로부터 페놀릭 분획^HIF을 확보하고 각질세포^NHEK 및 섬유아세포^NHDF배양시 유전자 발현에 대한 HIF의 효과를 평가했다. NHEK의 경우 hydration 관련 유전자인 CERS3, AQP3, HAS1, 미생물 조절 관련 유전자인 DEFB103, DEFB4A, 각질세포 분화 유전자인 KER14 등의 발현이 증가한 것을 확인했고, 염증 관련 유전자인 CXCL8 및 멜라노사이트 활성화 관련 유전자인 EDN1 등의 발현은 감소했다. NHDF 배양시 유전자 발현의 경우 세포 노화 및 염증 관련 유전자인 IL1B 외 다양한 유전자의 발현을 감소시켰고 세포 활성화 관련 FGF7 유전자의 발현은 증가해 HIF가 우수한 노화 관련 후보 소재가 될 수 있음을 확인했다. 또한, HIF의 항산화 효과를 DPPH법을 통해 확인했고, 항글리케이션 효과를 AGE assay를 통해 확인하였다. 

임상 연구를 통해 HIF 추출물의 효과는 다양한 피부 인자에서 확인 되었는데 피부 보습 등 9개의 지표에서 매우 높은 치료 효과를 확인할 수 있었다. 

4. Retinoic acid boosting effect by inhibition of CYP26A1 in the skin. 

Meng, Qingyang: SHANGHAI PECHOIN DAILY CHEMICAL CO., LTD, Shanghai, China 

이번 연구에서는 CYP26 계열의 3가지 isotype 중 레티놀의 주요 대사 산물인 레티노익산RA 처리에 의해 피부 각질 세포에서 유도되는 CYP26A1의 활성을 억제해 RA의 효과를 강화하는 것을 목표로 하였다. 이를 위해 Pistacia lentiscus 나무에서 수확한 수지의 한 종류인 매스틱의 RA 부스팅 능력을 확인하였다. 실험에 사용한 매스틱은 리포좀으로 안정화했으며 CYP26A1 기능에 대한 매스틱 리포좀의 억제 잠재력과 그에 따른 피부 내 RA 유도 강화 효과를 입증했다. 

CYP26A1 활성에 대한 리포좀 매스틱의 억제 가능성을 평가하기 위해 방사성 표지된 all-trans RA^{at- RA}를 사용하여 인간 각질세포 세포주^HaCaT에서 대사 활성 분석을 진행하였다. HaCaT 세포에서 CYP26A1의 at-RA 대사 활성은 0.01%, 0.05% 및 0.1%의 리포좀 매스틱으로 처리한 후 농도 의존적으로 감소했고 특히, 유전자 발현의 경우 0.1% 농도에서는 65% 수준으로 억제하는 것으로 확인되었다. 

CYP26A1 활성에 대한 억제 가능성을 기반으로 매스틱 리포좀의 at-RA의 효과를 증진시키는 효능을 확인하였다. RA 활성 마커인 인볼루크린^{involucrin, IVL}의 발현량을 인공피부 모델에서 유전자 및 단백질 수준에서 확인했다. IVL의 발현량은 at-RA 단독 처리에 비해 매스틱 리포좀 병용 처리군에서 820%까지 유의하게 증가했고, IVL 단백질 생성량 또한 매우 높은 수준으로 증가했다. 이러한 효과는 표피 기능과 관련된 다양한 유전자인 KRT19, GPAT3의 발현 정도로도 확인되었는데 at-RA 단독 처리시 각각 3.0배 및 1.9배 증가하였던 발현량이 0.008%의 매스틱 리포좀 병행 처리시 유전자의 발현이 각각 64.9배 및 18.5배 증가해 강력한 at-RA 부스팅 효과를 보이는 것으로 확인됐다. 

RA의 부스팅 효과에 기초하여 매스틱 리포좀의 여드름성 피부에 대한 효과를 임상시험을 통해 확인했다. 2%의 매스틱 리포좀과 대조군을 함유한 크림으로 피부 치료를 진행한 결과 백인 지원자를 대상으로 하는 모공 거칠기^{pore roughness} 임상에서는 초기 조건 대비 28일 후 거의 15%가 감소하였고 아시아인을 대상으로 하는 임상연구에서는 모공수와 크기가 대조군 대비 유의하게 감소하는 것을 확인하였고 피지 방출량 또한 14일 후 10% 이상 감소하는 것으로 확인됐다. 

이번 연구에서는 in vitro 수준에서 CYP26A1 활성 억제를 통해 생체내 RA의 활성도를 높이고 유전자 발현을 조절하는 매스틱 리포좀의 효과를 입증했다. 또한, 임상 연구 결과 매스틱 리포좀 크림이 여드름에 취약한 피부에 미치는 유익한 효과를 밝혀냈다. RA는 화장품에 사용할 수 없기 때문에, 매스틱은 피부의 문제를 줄이기 위한 대안으로 활용 될 수 있을 것으로 보인다. 

5. An ethical and sustainable approach to preserve biodiversity and to develop 

an efficient active ingredient for compromised skins

Hanane Chajra: Clariant Active Ingredients, Toulouse, France

지속가능한 추출법, 추적 가능성, 사회 및 환경에 긍정적인 영향을 미치는 방법을 통해 개발된 새로운 식물 추출물에 대한 연구를 진행했다. 이 추출물은 아마존 밀림에서 자생하는 가장 크기가 큰 식물이며 생물다양성 측면에서 지역사회의 삶과 산림 건강에 매우 중요한 나무인 Bertholletia excelsa(브라질 너트 나무)에서 열리는 너트를 사용하여 순환경제를 반영하는 윤리적인 방법을 통해 제조됐다. Brazil Nut Press Cake Ext-ractBNPCE는 B.excels의 종자를 냉압착한 후 잔여 케이크를 70% 에탄올로 추출하고 여과해 진공 농축한 뒤 80% 글리세린 수용액에 혼합해 폴리페놀 함량이 100g당 45mg 이상이 되도록 혼합해 준비했다. 

이번 연구에서는 BNPCE를 활용한 피부 장벽 기능 개선과 관련한 다양한 결과들을 확인했다. 

BNPCE는 지질 대사에 관여하는 다양한 유전자의 전사와 단백질의 생성을 촉진하는 것으로 확인되어 피부 장벽의 중요한 구성성분인 콜레스테롤, 세라마이드, 지질의 생성에 긍정적인 역할을 하는것으로 확인되었다. BNPCE는 모든 표피층에서 비극성 지질(에스테르화된 콜레스테롤과 트리글리 세라이드)을 51%까지, 극성 지질(인산지질 및 기타 원형 지질)을 118%까지 생성을 촉진하는 것으로 확인되었다. 또한, 세포-세포응집력과 악틴 발현 증진을 통한 세포 견고성을 높여 표피를 강화시키는 것을 NHEK 단층 모델에서 확인하였고 표피 분화를 촉진하여 각질층 형성 및 강화에 도움을 주는 것으로 확인되었다. 

임상 시험을 통해 1% BNPCE 함유 농도로 제조된 포뮬라를 활용한 피부 장벽 회복력과 마스크 착용 및 면도를 통해 발생하는 손상된 피부의 hydration 복원력을 측정하였다. TEWL 수치가 20g/h/㎡ 이상이 되도록 피부 스트리핑을 진행하여 장벽을 손상시킨후 BNPCE 포뮬라 사용후 장벽 회복능을 확인하였을 때 TEWL 수치 감소가 무처리군에 비해 높아지는 것으로 확인되어 BNPCE가 장벽 회복을 촉진할 수 있음을 보여주었다. 마스크 착용 여성들의 장벽 손상과 지속적인 마찰에 의해 발생하는 피부 건조증에 대한 개선 효과는 BNPCE 처치군에서 35일째 51.6% 수준으로 개선되어 대조군(27.1%) 대비 우수한 결과를 보여주었다. 매일 면도하는 남성 대상의 피부 장벽능 개선 평가에서도 BNPCE 처치군에서 35일차 27.8%가 개선되어 대조군(7.3%)대비 우수한 개선 효과를 확인 할 수 있었다. 

피부 장벽 기능은 신체 항상성 유지를 위해 매우 중요하다. BNPCE는 손상된 피부 장벽 기능을 효과적으로 개선하거나 복원하는 것으로 확인됐고, 이것은 지질 대사 촉진, 각질세포의 세포 골격과 세포 접합 강화, 증식 및 분화 촉진을 통한 재생 능력 강화 등 대부분의 피부 장벽 구성요소에 작용한다는 것을 보여주었다. 

6. Modulation of TRPV-1 skin sensor activity for scalp soothing effect 

Joan attia: Lucas Meyer Cosmetics 

과도한 피부 반응성과 관련해 잘 알려진 통증 전달 경로는 TRPV1^{Transient Receptor Potential Vanilloid 1}이다. 이번 연구에서는 TRPV-1 수용체의 억제 작용을 통한 두피 민감도 억제를 위해 호주 태즈매니아 토착 관목인 태즈매니아 랜솔라타^{Tasmania lanceolate, TL}의 잎 추출물을 활용하여 그 효과를 확인했다. TL 추출물은 협동농장 모델로 야생에서 수확된 태즈매니아 후추 잎의 물 추출물로 준비하였고 추출 후 남은 바이오매스는 다시 농장에서 퇴비 등으로 사용되는 지속가능한 순환 경제 및 친환경 재배 방법이 활용되어 루틴, polygodial과 같은 활성 성분이 풍부하다. TL 추출물의 항염 효과는 IL1-α로 유도한 인간 피부 섬유아세포에서 IL-8의 생성 정도로 확인이 되었다. 0.022 및 0.011g/L 농도로 추출물을 24시간 처리한 후 IL-8 생성은 대조군에 비해 각각 50%, 38%(p<0.01; p<0.05) 씩 크게 감소한 것으로 확인이 되었다. TRPV1 활성화를 통한 IL1-α과 PGE2의 생성은 각각 42°C(5분)과 60°C(30분)의 열충격heat shock을 받은 각질 세포로 평가되었다. 이 효과는 합성 TRPV1 길항제인 캡사제핀^capsazepine과 비교되었다. 열충격은 IL1-α와 PGE2를 모두 유의미하게 증가시킨 반면, 캡사제핀은 효과를 각각 31%, 56%(p<0.05) 억제했다. 이 모델에서 0.003 및 0.001g/L에서 TL 추출물은 IL1-α 열충격 유도 방출을 104% 및 81% 감소시켰고(p<0.05) PGE2 열충격 유도 생성을 58% 및 70% 감소시켰다(p<0.05). 상기 결과는 TL 추출물이 열충격으로 인한 TRPV1의 활성화로부터 생성된 염증 유도 물질의 생성을 억제하고 이를 통한 항염 효과를 보이는 것을 확인할 수 있었다. 

TL 추출물의 두피 염증 완화 효과는 0.11g/L의 추출물이 포함된 세럼을 민감한 두피를 가지고 있다고 생각하는 백인 여성 31명을 대상으로 7일간 도포하는 이중 맹검 실험을 통해 평가하였다. TL 추출물이 포함된 세럼 도포 전, 3일, 7일 후 두피 민감도의 평가는 EDR^{electrodermal response} 분석을 통한 폴리그래프로 확인이 되었다. EDR 분석은 교감신경계의 활성화 후 손가락의 땀샘 분비 성분 변화와 관련된 SCR^{skin conductance response}로 확인이 되는데 두피 양쪽에 30초 동안 열 자극(45°C)을 가한 후 측정이 되었다. 임상 실험 결과 건조된 두피에 대해 매일 TL 추출물이 함유된 세럼을 바르면 열 자극에 대한 두피 민감도가 플라시보군에 비해 3일차에는 8%, 7일차에는 9% 정도로 감소했다. 자체 평가 결과, 제품사용 3일 후 최대 77%의 지원자가 타이트감과 자극이 줄어든 것으로 나타났다. 7일 후에는 지원자의 97%가 염증이 진정됐다고 답하는 등 긍정적인 반응이 증가했다. 지원자의 87%가 두피 홍조가 감소됐다. 

이번 연구에서 TL 추출물은 TRPV1의 활성화 억제를 통한 염증성 사이토 카인의 생성을 억제하는 효과가 있는 것으로 확인했다. TL 추출물에는 루틴 및 polygodial이 포함되어 있는데 이 성분들은 각각 아토피 피부염의 증상 감소 및 항염증 효과가 보고된 성분들이고 트리테르펜 글리코사이드 또는 스테로이드 글리코사이드와 같은 자연 화합물이 IL-8 및 PGE2 등의 TRPV1 유도 생성물을 억제할 수 있다는 보고와 일치한다. 또한, TRPV1 길항제들은 온열증을 유발할 수 있으나 TL 추출물의 경우 2차 부작용이 없는 효과적인 일반 TRPV1 길항제 임을 확인했다. TL 추출물은 과도한 두피 민감도를 완화시킬수 있는 효과적인 솔루션으로서 향후 표피 장벽 개선 등에 대한 추가 연구가 필요하다.