‘Beauty and Health’로 영역 확장 시도

1. 연구 동향

화장품 연구개발에서 피부의 상태를 진단하고 측정하는 연구는 제형 및 소재를 개발하는 것 못지 않게 중요한 영역으로 발전하고 있다. 기존에도 다양한 연구들이 진행되고 있었으며, 특히 동물실험이 금지된 이후에는 in vitro 대체법 개발 뿐만 아니라 인체적용시험 분야에서도 피부에 손상을 주지 않는 비침습적^non-invasive방법을 사용하면서도 피부의 내부를 이미지로 확인하고자 하는 시도들이 늘어나고 있다. 이러한 연구 필요성에 기반하여 예전에는 ultrasound imaging 외에는 피부표면을 촬영하는 이미징기법에 머물고 있었으나, 최근에는 confocal imaging이나 OCT imaging 또는 이를 복합적으로 활용하는 multimodal imaging 등의 기술들에 대한 연구가 공학자들과의 공동연구로 활발히 진행되고 있다. 뿐만 아니라 피부흡수를 분석하고 이미징^imaging 할 수 있는 Raman spectroscopy와 같은 연구도 점차 늘어나고 있기 때문에 피부흡수에 관한 연구도 기존의 in vitro system인 Franz diffusion cell을 이용한 연구단계에서 실제 인체에서의 반응을 확인할 수 있는 형태로 진화될 것으로 예상된다. 피부흡수 연구가 더 활발히 진행된다면 화장품의 효능과 흡수 관점에서 기존에 해결하기 어려웠던 많은 부분에 대한 답을 구할 수 있을 것으로 기대된다. 

이번 연구세션의 발표 논문은 6개로 많지는 않았으나 이러한 연구동향을 충분히 확인할 수 있었으며, 다양한 피부측정을 기반으로 하여 피부를 진단하고 진단결과를 IT 기술 및 인공지능 기계학습 등의 과정으로 고도화하여 피부를 관리하는 플랫폼 기술로 발전시키려는 연구가 활발하다는 사실도 알 수 있었다. 이는 향후 화장품 연구 및 개발 분야를 넘어서서 ‘Beauty and Health’로 관심 영역을 넓히려는 시도로 판단되며, 고령화사회와 맞물려 새로운 패러다임을 제안할 수 있는 흥미로운 연구라고 하겠다. 

2. 주요 내용 

1) Imaging skin-penetration dynamics of caffeine under various conditions by using a high-resolution non-invasive analytical method 

Iguchi Risa, Matsumoto 

피부는 인체의 가장 큰 기관으로서, 외부환경으로부터 인체를 보호하는 역할을 한다. 화장품을 포함한 피부외용제는 이러한 피부장벽에 효과적으 로 침투하여 그 효과를 강화할 수 있다. 그러나 지표물질 없이 인체내애서 피부흡수율을 정량적으로 평가하는 것은 매우 어려운 기술이다. 기존에는 Franz diffusion cell을 이용하였고, 최근에는 라만분광법을 응용한 기술이 개발되어 있다. 효과적으로 피부흡수를 연구하기 위해서는 이런 기술 개발의 upgrade가 필요한 실정이다. 본 연구는 in vitro 및 ex vivo에서 카페인의 피부침투를 모니터링 할 수 있는 시스템에 대한 것으로 새로운 흡수 시험법에 대한 연구결과이다. 

phase-modulated stimulated Raman scat-tering(PM-SRS) microscopy 기술을 이용하여 caffeine의 피부 내 흡수 정도를 모니터링 하였다. in vitro 피부샘플은 reconstructed human skin epidermis model(EPI-606X; MatTek, Ashland, MA, USA)을 이용하여 진행하였고, ex vivo model 은 Biopredic International(Rennes, France) 에서 구입한 57세 백인여성의 피부를 사용하였다. 

카페인의 흡수 프로파일에 대한 결과는 (그림 2)에서 볼 수 있다. 30분 후의 결과와 360분 후의 결과를 비교해 보면 360분 후에 더 깊은 곳 까지 카페인이 흡수된 결과를 알 수 있다. (그림 2)의 A와 C는 PM-SRS 이미지이고, C와 D는 confocal reflection 이미지이다. E와 F에서 카페인의 시간대별 흡수 프로파일을 보면 시간에 따라 흡수량이 늘어나는 것을 정량적으로 확인할 수 있다. 

이번 연구를 통해 카페인의 피부흡수를 PM-SRS 이미징으로 측정할 수 있다는 연구결과를 제시하였고, 라만 신호 및 반사에 대한 노이즈 제거와 해상도 증가 등을 통해서 향후 진일보한 흡수시험법이 개발될 수 있을 것이다. 

2) Intersection of cosmetic technology and wellness

~Utilizing skin research techniques for stress management 

Tomonori, Motokawa, POLA 

코로나19를 포함한 다양한 환경에서 웰빙을 구현하기 위해서는 스트레스 관리가 매우 중요한 지표가 되고 있다. 그러나 자신의 스트레스 상태를 잘 알기 어렵기 때문에 이에 대한 진단 및 자기관리의 필요성이 점차 증대되고 있다. 이러한 스트레스를 얼굴의 표정이나 피부의 상태 등으로 평가 할 수 있다면 피부중심의 자기관리 시스템을 구축할 수 있다. 

스트레스 상태를 평가하기 위하여 20~50대 2321명의 일본성인을 대상으로 한 화장품 연구에서 일반적으로 이용되는 4가지 자료(주관적 설문, 얼굴 이미지, 각질이미지, 얼굴동영상 데이터)를 확보하여 분석하였다. 사진 촬영은 스마트폰(iphone7)을 이용하였다. 

추가적으로 피로척도를 구분하기 위하여 피험자로부터 소변과 혈액을 채취하여 분석하였고 심박수 및 수면질검사를 병행하였다. 

분석결과 많은 경우에 0.700 이상의 정확도를 보여주었다(표 1). 특히 피로척도와 face image를 이용한 분석에서도 높은 정확도를 보여주고 있다. machine learning을 반복함으로써 진단의 정확도를 높일 수 있다. 

추가적으로 스마트폰앱을 이용하여 스트레스에 14분 노출 후 3그룹으로 나누어(1그룹:자유로운 휴식, 2그룹:진동과 음악프로그램, 3그룹:음악프로그램) 분석한 결과, 1그룹 대조군과 대비하여 스트레스 지수가 현저히 낮아지는 효과가 나타났으며 음악과 진동을 같이 준 2그룹의 경우 더 좋은 효과를 보였으며 코티솔 레벨도 낮아지는 효과를 보였다. 

이와 같이 다양하게 구성된 항목을 이용한 피부분석을 통한 스트레스 관리 프로그램을 한 달간 사용하도록 하고 Visia라고 하는 안면 촬영장치를 이용하여 피부의 변화를 분석했다. 노화의 지표라고 알려져 있는 주름, 모공, UV-spot 등이 모두 사용 전에 비해 감소하는 결과를 나타내었고 이는 피부관리 및 스트레스 관리가 결국 웰빙 또는 웰에 이징과 중요한 상관관계가 있음을 나타낸다고 할 수 있겠다. 

3) Aging Collagen in the Human Papillary Dermis: Comparison of

Non Invasive in vivo Methods 

Springmann, Gunja, Proderm 

콜라겐은 피부 진피의 90%를 차지하는 단백질로서 피부에서 매우 중요한 역할을 하고 있는 ECM의 주요 구조체이기도 하다. 나이가 들어 노화가 되면서 콜라겐은 분해되고 소실되어 탄력이 떨어지고 주름이 생기게 된다. 따라서 피부의 콜라겐을 비침습적으로 이미징하고 분석할 수 있는 기술은 매우 중요하다. 현재까지는 제한적으로 초음파이미징이나 컨포칼현미경 등이 이용되고 있으며, Line Confocal Optical Coherence Tomography^LC-OCT도 활용 가능한 것으로 알려져 있다. 피부내부를 촬영하고 분석할 수 있는 영상장치들은 각질층과 표피 진피로 이루어져 있는 피부의 독특한 구조로 인하여 아직은 한계점이 존재하고 있다. 특히 광원의 피부침투 및 반사과정이 복잡하여 해상도를 높이거나 노이즈를 제거하는 등의 기술이 더 발전되어야 하는 부분이 남아 있으나 기술이 더 발전한다면 매우 효과적인 영상진단 기술로 도약할 것으로 예상된다. 

이번 연구에서는 LC-OCT를 이용하여 7~70세의 남녀 44명으로부터 획득한 이미지를 분석하였다. 장비는 LC-OCT 800 3D(DAMAE Medical, Paris, France)을 이용하였으며, 분석결과 연령 증가에 따라 콜라겐 양이 줄어드는 것을 확인할 수 있었다.