‘IFSCC 2023’ 〈2〉 ① ‘IFSCC 2023’ 논문 리뷰 〈2〉
Rethinking Beauty - Performance challenges
연구 동향
기존에 문제점으로 지적되었던 부분들을 개선시키는 방향으로 이루어지거나, 천연 물질로 대체 혹은 개발하여 피부를 개선시키는 제형 및 원료 등이 발표되었다. 항산화력의 고질적인 문제점인 안정성과 변색 등의 문제를 비타민 C와 다른 항산화제를 같이 혼합하여 만든 안정화된 제형 기술, 스트레스로부터 일어나는 피부 노화를 억제하기 위한 추출물 개발, 피부 마이크로바이옴에 친화적이면서 냄새를 없앨 수 있는 천연탈취제 성분 개발 등이다.
1) Skin homeostasis & oxy-aging: A challenge in formulation
Gina Puig, Natura Bisse Int.
노화는 생물체의 건강을 유지하는 생체 내 항상성 시스템의 악화로부터 시작된다. 이러한 시스템들의 악화는 만성적인 산화스트레스로 인하여 유발되며, 염증을 유발하여 생물체의 항상성에 나쁜영향을 미친다는 주장이 제기되었다. 실제로 산화스트레스와 염증 사이에는 밀접한 관련이 있으며, 이로 인해 산화스트레스가 염증을 유발하고 생물체의 항상성에 영향을 미치는 ‘oxy-inflammaging’ 이론이 있다.
피부에 도포하여 전달하는 항산화제는 산화스트레스를 감소시키고, 결과적으로 면역력 향상 및 염증 개선으로 인하여 노화를 방지한다. 따라서, 피부에서 발생하는 산화활동을 해결하기 위해 고농도의 항산화 성분을 제품에 조성하는 것이 중요하다. 하지만, 항산화제에는 큰 문제점이 존재하는데 이는 변색, 분해 등 제품의 안정성이 쉽게 떨어진다는 점이다. 연구진은 항산화력은 높이면서 안정성이 있는 제형을 만들고자 항산화 능력이 뛰어난 4가지 물질인 아스코르빈산(Vitamin C), 강황추출물(Curcuma longa extract), 프랑스해안송껍질추출물(Pinus Pinaster bark extract), 카르노신(Carnosine)을 혼합하여 최대 20%까지 높은 농도로 사용할 수 있도록 제형개발 실험을 진행했다.
제형개발 및 안정성 테스트
시험한 모든 제형 중, 무수 및 높은 농도의 항산화제와 쾌적한 사용감을 가진 첨가제를 사용한 것을 고려할 경우 아스코르빈산의 초기, 장기 안정성 면에서 최상의 결과를 도출했다. (표 1)에 나와 있는 것처럼 아스코르빈산 함량은 25℃에서 1년 동안의 샘플 및 연구기간 3개월 동안 40℃에서 가속 노화된 샘플에서 안정적으로 유지되어 아스코르빈산을 12%로 용해 및 화학적으로 안정화하는 것이 가능하다는 것을 밝혔다.
항산화능력 평가
아스코르빈산, 강황추출물, 프랑스해안송껍질추출물 및 카르노신의 단일 및 4가지 물질을 농도별 3종류로 조합하여 항산화능력을 평가하기 위해 ABTS assay를 진행했다(표 2). 시험 결과 각각 단일물질의 항산화 능력보다 4가지 물질을 조합했을 경우 더 높은 항산화 능력을 보였다(그림 1).
임상시험평가
항산화제 함유량이 높은 무수 제형을 이용하여 탄력이 부족하고 화사하지 않은 피부를 가진 30명의 여성참가자들을 대상으로 임상시험을 평가했다. 제품 도포는 참가자들의 얼굴에 하루 2회, 28일 동안 사용했다.
항산화제 함유량이 높은 무수 제형을 사용했을 경우, 사용 전과 비교하여 사용 후의 피부 화사함이 18.9% 증가했다(그림 2). 또한, 28일 후 피부 탄성 및 경도량이 각각 7.4%, 7.9% 개선된 것을 확인했다(그림 3).
이러한 결과들을 종합했을 때, 연구진은 고농도 항산화제 혼합물을 특징으로 하는 새로운 조합으로 기존에 문제점으로 지목되었던 항산화제의 안정성과 효능을 포장에 관계없이 보장할 수 있게 되었으며, 피부의 항상성 및 산화스트레스로 인한 노화로부터 피부를 보호할 수 있는 새로운 제형조성물을 개발했음을 시사한다.
2) Effect of psychological stress on skin cells and efficacy of Medicago sativa sprout extract to cope with skin signs demonstrated by an innovative approach
Alessandra Rosano, Akott Evolution
심리적 스트레스는 건강한 피부의 정상적인 기 능을 방해하여 피부상태를 안 좋게 만드는데, 이는 cortisone을 cortisol로 변환하는 효소인 11β -hydroxysteroid dehydrogenase 1(11β-HSD1) 을 활성화시키는 중추 및 말초의 hypothalamic-pituitary-adrenal(HPA) 시스템이 활성화되기 때문이다. 피부세포 내에서도 감정적 스트레스를 받게 되면 표피의 각질세포 및 진피의 섬유아세포에서 11β-HSD1이 촉진되어 cortisol의 활성화가 증가되는 것으로 알려져 있으며, 이는 표피 성장 및 분화를 감소시켜 수분손실량을 증가시키고 피부장벽을 무너뜨리게 된다.
자주개자리(Medicago Sativa L.)는 콩과에 속하는 식물로 알팔파라고도 불리며, 오래전부터 회춘제, 항염제, 항산화제, 항당뇨제, 항균제 등의 치료제로 사용되어 왔으며, 중추신경계 질병을 치료하는데도 사용되었다. 하지만 아직 cortisol 합성이나 11β-HSD1와 관련된 자주개자리의 효능에 대해서는 연구된 바가 없다. 따라서, 연구진은 자주개자리싹추출물(Medicago Sativa sprout extract, MSIe)안에 함유되어 있는 사포닌과 폴리페놀 계열의 성분들이 11β-HSD1을 억제할 것으로 가정하여 다음과 같은 시험들을 진행했다.
자주개자리싹추출물 준비
자주개자리씨앗을 수경재배 시스템에 기반하여 물을 절약하는 과정을 통해서 싹을 틔웠다. 그리고 나서 초음파식 추출기술을 이용하여 물로 추출하여 준비했으며, 평균 폴리페놀계열 함량은 평균 8.6±2 mgGAE/100g으로 측정되었다.
자주개자리가 cortisol 생합성에 미치는 영향
자주개자리싹추출물이 cortisol 합성량을 억제하고 세포성장을 촉진시키는지 확인하기 위해, 인간각질세포인 NHEK에 cortisone만 처리한 군, cortisone + 자주개자리싹추출물을 동시에 72시간 처리한 군을 비교하여 합성된 cortisol 양을 측정했다. 양성대조군으로는 11β-HSD1 억제제인 Emodin을 사용했다. 그 결과, cortisone만 처리한 군은 cortisol 합성량이 아무것도 처리하지 않은 군에 비하여 99.8% 증가했다. 하지만, 자주개자리싹추출물을 처리한 군은 cortisol 합성량이 cortisone만 처리한 군에 비하여 44.14% 감소했다. 뿐만 아니라, 자주개자리싹추출물을 처리한 군은 세포성장도 15.9% 증가했다(그림 4).
섬유아세포의 경직성에 자주개자리가 미치는 영향
연구진은 섬유아세포의 세포질, 핵 및 전체 섬유아세포의 경직도를 평가하기 위해 cortisol 0.3 μM만 처리한 군과 cortisol 0.3μM + 자주개자리싹추출물을 0.001% 또는 0.003%를 혼합한 군을 7일간 처리하여 원자힘현미경(Atomic force microscopy)을 이용하여 측정했다. 그 결과, cortisol만 처리한 군에서는 경직도가 전 부위에서 증가했으며, 전체 섬유아세포로 봤을 때는 14.77% 경직도가 증가했다. 반면에, 자주개자리싹추출물은 0.001%, 0.003% 농도에서 세포질에서는 각각 5%, 23%, 핵에서는 20.2%, 31% 경직도를 감소시켰으며, 전체 섬유아세포에서는 13.54%, 27.45% 경직도를 감소시켰다(그림 5). 또한, 경직도 맵으로 봤을 경우에도 cortisol만 처리했을 때는 섬유아세포의 경직도가 높아졌지만, 자주개자리싹추출물을 처리한 군에서는 섬유아세포의 경직도를 낮추는 것을 볼 수 있다(그림 6).
자주개자리추출물의 주름깊이 감소효과
스트레스 척도 설문지를 토대로 스트레스나 불안을 느끼며 얼굴에 주름 및 탄력상실이 나타난 30~45세 사이의 30명의 건강한 여성 지원자들을 대상으로 하루에 2회, 총 8주간 2% 자주개자리추출물이 포함된 gel을 도포하여 시험을 진행했다. 2주차 부터 2% 자주개자리추출물을 도포 했을 경우 대조군에 대비하여 주름 깊이가 감소하기 시작했으며, 최종적으로 8주차가 진행되었을 때 대조군보다 전반적으로 주름 깊이가 완화된 것을 볼 수 있다(그림 7).
자주개자리추출물의 피부탄성 향상효과
피부 탄성을 측정할 때 나타나는 지표인 R2는 피부의 탄력성 정도를 나타내며 값이 클수록 탄력성이 좋으며, R9은 피부를 반복적으로 흡입한 이후에 지친 효과를 나타내는데 수치가 작을수록 피로도가 낮아 탄력을 유지한다는 의미이다.
2% 자주개자리추출물 도포 시 2주, 4주, 8주차에 대조군과 비교하여 R2값은 증가하고, R9값은 감소하여 피부탄성을 증가시키는 것을 확인했다.
연구진은 자주개자리싹추출물을 기반으로 한 스트레스완화 소재가 cortisol 방출을 억제하여 섬유아세포의 경직성을 감소시키며, 임상시험을 통하여 피부 주름감소 및 탄성증가 효과를 보인다는 것을 입증했다. 따라서, 자주개자리싹추출물을 기반으로 한 스트레스 완화 소재는 뛰어난 웰에이징 소재로 활용될 수 있음을 시사한다.
3) A novel approach: developing the first deodorizing ingredient based on a next generation ex vivo sweat model
Nordzieke, Steffen, Symrise
일반적으로 탈취 효과가 있는 분자의 스크리닝은 인체 겨드랑이에 서식하는 특정 주요 박테리아에 대한 시험 물질의 최소 억제 농도(Minimal inhibitory concentrations, MICs) 시험에 의해 이루어진다. 마이크로티터 플레이트 테스트 (Microtiter plate test)는 이러한 면에서 유용하게 사용되며 후보 물질들을 스크리닝 하는데 많이 사용된다. 특정 세균을 사용하여 수행되는 이러한 스크리닝으로 발견된 후보물질이라도 종종 in vivo 실험에서 효과가 나타나지 않을 때도 많다. 이에 연구진은 ex vivo 땀 모델을 처음으로 개발하여 탈취제 제품에 사용할 새로운 성분을 개발할 목적으로 적용을 시작했고, MICs 시험에서 유력한 후보로 보이는 BIO5818을 테스트했다.
연구진은 BIO5818을 ex vivo 땀 모델에 적용하여 48시간 동안 측정했을 경우, 농도의존적으로 땀 냄새 발생을 줄인 것을 확인했다. 땀 평가값은 24시간과 48시간에 각각 무처리 샘플 대비 약 1.5, 0.6배 정도 감소했다. 동시에 이 물질은 무냄새의 글리신-결합 전구체를 휘발성 및 냄새로 인지가 가능한 최종 생성물로의 전환을 줄이고, 냄새를 유발하는 작은 유기산들, 아세트산, 프로파노산, 이소부티르산, 2-메틸부티르산 및 인돌의 생성을 제한했다. 미생물 세포 수와 16S RNA 유전자 서열 분석을 통해 48시간 동안 Staphylococcus 속이 Anaerococcus 및 기타 여러 미분류된 속에 비해 강력하게 선호되었음을 발견했다.
이 연구 이전까지, 탈취 성분에 대한 관련 시장 샘플에 대해 두 가지 다른 효과를 기술했다. 트리클로산은 땀 냄새를 없애주는 것으로 잘 알려진 물질인데, 이 물질이 처리되면 살균 효과를 지닌 다른 균들을 죽이는 대신, Pseudomonas 종이 내성을 가지게 되어 이 종의 성장 증가를 초래했다. 이와는 대조적으로 이 연구진이 개발한 BIO5818은 미생물 군집의 일반적인 구성을 변경하지 않으면서 냄새 형성을 줄였으며, 피부 보호와 건강에 중요한 균형을 유지했다.
연구진은 신재생 원료에서 완전히 합성된 물질인 BIO5818을 개발했으며, 100% 천연이며 마이크로바이옴 친화적인 물질을 개발했다는 것에 의의를 두었다. 또한, 연구진이 새로 개발한 외부 땀 모델은 탈취 성분의 개발을 더욱 용이하게 할 수 있으며, 새로운 성분의 특성을 3차원으로 살펴볼 수 있으므로 비용이 많이 드는 단점도 개선하면서 개발 과정을 용이하게 할 수 있다고 시사했다.