‘Ceracare H30EX’ 독자적 세라마이드 안정화 기술 기반 고효율성 피부 장벽 강화 원료
‘Ceracare H30EX’ 독자적 세라마이드 안정화 기술 기반 고효율성 피부 장벽 강화 원료
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NFC

개발 배경

세라마이드는 생체 친화적이며 매우 뛰어난 보습 효능으로 전세계 화장품 산업 전반에 걸쳐 널리 쓰이는 성분이다. 그럼에도 불구하고 세라마이드 자체의 물리화학적 성질로 인해 화장품 제형에 적용하는데 한계가 있어서 충분히 효능 있는 세라마이드 화장품을 구현하기가 매우 까다로웠다. 세라마이드를 고함량 적용하고자 하는 수요는 있으나 마땅한 대안이 없던 상황이었고, 이러한 세라마이드의 한계를 극복하고자 NFC는 창립초기인 2007년부터 이에 대한 연구를 시행, 2008년 말 마침내 ‘Ceracare H30EX’의 개발을 완료하고 양산 판매에 성공하였다.

이 글에서는 세라마이드의 이러한 한계를 어떻게 기술적으로 극복하였는지에 대해 상세하게 다루고자 한다.1

세라마이드의 역할

사람의 피부 표면은 기저층으로부터 분화되어 성숙된 각질 형성 세포(Keratinocytes)가 퇴화된 각질세포(Corneocytes)로 보호되고 있으며, 이들 각질 세포들은 각질층에 다량 존재하는 세라마이드(그림 1)의 이중 사슬 라멜라 구조에 의하여 피부표면에 결합되어 있어서 피부가 탄력성을 유지하게 된다. 즉, 세라마이드가 층상구조로 나란히 배열되고, 그 사이에 수분이 충진되어 유지됨으로써 이 층상 구조가 전체적인 장벽기능을 발휘하게 되는 것이다.

그림1. Ceramide NP 모식도 (출처: NFC)
그림1. Ceramide NP 모식도 (출처: NFC)

그러나 나이가 들어 피부의 노화가 진행될수록 각질층 내 세라마이드의 함량이 감소하게 되고, 이로 인해 피부 표면에 대한 각질세포의 결합력이 감소되어 피부가 보호받지 못하게 된다. 즉, 각질층 내의 세라마이드 함량이 감소함에 따라, 수분의 손실, 자외선이나 화학물질 등 외부자극에의 노출, 각질세포 각리현상이 발생하면서 피부 표면이 거칠어지게 된다.

세라마이드 제형의 문제점과 개선

아토피 증상을 포함한 피부 건선 등 피부 장벽 기능 이상 병증에 대하여 고함량 순수 세라이미드를 적용하면 피부 장벽 기능 회복에 도움을 줄 수 있는 것으로 알려져 있으나 실제 제품화하는 과정에서 충분한 양의 순수 세라마이드를 적용할 수 없는 기술적 한계는 순수 세라마이드의 물과 오일 모두에 있어서 난용성에 기인한다.

세라마이드가 고체상에서 액상으로 넘어가는, 다시 말하면 결정성이 무너지는 임계치가 104℃에 형성되어 있다(그림 2(a)). 용융점이 높아 용해도가 떨어지고 재결정의 위험성이 있다. 용융점을 50℃정도로 떨어뜨리면(자사의 Ceracare H30EX; 그림 2(b)), 용해도가 매우 향상되어 경시변화로 인한 재결정 및 제형 불안정성 등을 개선할 수 있으며, 수용액상에 분산시켜도 안정하게 된다.

그림 2. 세라마이드 엔피(a)와 Ceracare H30EX(b)의 상변이점 측정 (출처: NFC)
그림 2. 세라마이드 엔피(a)와 Ceracare H30EX(b)의 상변이점 측정 (출처: NFC)

세라마이드가 비결정성의 물질로 개선됨으로써 세라마이드의 특징인 결정성과 높은 용융점이 사라지고 용융점이 낮은 세라마이드가 될 수 있음을 보여준다. 결정성의 특징이 사라지는 것을 확인 하기 위해 X선 회절 분석을 통해 알아 볼 수 있다(그림 3).

그림 3(a)를 통해 세라마이드에서 보이는 결정성 특징들이 그림 3(b)에서는 나타나지 않거나 많이 상쇄된 모습을 볼 수 있다.

그림 3. 세라마이드 엔피(a)와 Ceracare H30EX(b) X선 회절 (출처: NFC)
그림 3. 세라마이드 엔피(a)와 Ceracare H30EX(b) X선 회절 (출처: NFC)

실제 전자현미경 사진을 보면 이 차이를 확실하게 관찰 할 수 있다. 그림 4를 보면 세라마이드는 각이 진 결정의 형태로 관찰 되지만 이를 개선하면 결정성의 형태는 찾아 볼 수 없고 무정형의 상태만 관찰 된다.

그림4. Ceramide NP(a)와 Ceracare H30EX(b) SEM 사진 (출처: NFC)
그림4. Ceramide NP(a)와 Ceracare H30EX(b) SEM 사진 (출처: NFC)

안정화된 세라마이드(Ceracare H30EX)의 보습 효능 평가

① 준비 단계

시험 부위의 피부 수분 측정은 피험자들의 측정 조건을 동일하게 하고자 시험 부위를 깨끗하고 마른 상태로 유지하였으며 최소 30분간 항온항습(22±2℃, R.H. 40~60%)이 유지되는 곳에서 피부 안정을 취한 후 진행하였다.

아무것도 바르지 않은 BlankNot Applied, 일반적인 에센스 제형(Normal Essence), 그리고 여기에 Ceracare H30EX를 2% 함유한 제형(Ceramide 30% Essence) 등 총 3가지 조건으로 테스트를 진행하였다.

② 측정 단계 - 피부 수분 측정

시험 제품을 전완부 선정된 시험부위(1.5cm X 1.5cm)에 Micro pipette를 사용하여 각각 2㎕/cm2의 양으로 4site 도포하였으며, 제품 도포 전, 제품 도포 직후, 제품 도포 6시간 후, 제품 도포 8시간 후, 제품 도포 24시간 후로 총 5회 측정하였으며, 최대값과 최소값을 제외한 3개의 값을 이용해 평균값을 구하였다. 측정 시 마다 측정부위를 kimwipes로 가볍게 닦아 내고 측정하였다.

피부 수분 측정은 Corneometer(CM825, Courage and Khazaka Electronic Co., Germany)를 이용하여 전완부를 측정하였다. Corneometer는 피부에 접촉하는 probe를 통해 전달되는 전류의 정전부하용량(capacitance)계측으로 이루어진다. 수분의 함량과 정전부하용량은 서로 비례하는 성질이 있어 수분이 높을수록 측정수치가 높아지며, 측정계수는 arbitrary unit(A.U.)이다.

그림5. ‘Ceracare H30EX’ 2% 함유 제형의 수분보유량 임상 결과 (출처: NFC)
그림5. ‘Ceracare H30EX’ 2% 함유 제형의 수분보유량 임상 결과 (출처: NFC)

③ 평가 결과

Ceracare H30EX를 2% 함유한 제형(Ceramide 30% Essence)을 적용한 경우, 일반적인 에센스 제형(Normal Essence)을 적용한 경우에 비해 약 30% 높은 수분 보유량을 나타내었다.

결론

피부에 매우 탁월한 효능을 지녔으나 용해도가 낮아 화장품산업에 충분히 활용되기 어려운 세라마이드를 쉽고 안정하게 사용할 수 있도록 고농도로 안정화하는 기술로, 과거와는 달리 세라마이드 고유의 강력한 보습 효능과 피부 장벽 개선 효능을 화장품에 충분히 전달할 수 있게 되었다. Ceracare H30EX를 통해 과거 단순 마케팅을 위해 극소량의 세라마이드가 적용된 화장품이 아닌, 충분한 양의 세라마이드가 적용되어 실제 강력한 효능을 나타내는 세라마이드 화장품을 처방할 수 있다는 것이 가장 큰 장점이다.


REFERENCES

1. ‘구매조건부신제품개발사업(2012)’ 개발완료보고서, 중소기업청

2. Chinmay Das, Massimo G. Noro, Peter D. Olmsted, Simulation Studies of Stratum Corneum Lipid Mixtures, Biophys J. 2009 Oct 7; 97(7): 1941-1951.

3. Geertrui Denecker et al, Caspase-14 reveals its secrets, The Journal of cell Biology, 2008 180 (3): 451.

4. Li z, Vance DE, Phosphatidylcholine and choline homeostasis, J Lipid Res. 2008 Jun;49(6):1187-94.

5. van Smeden J, Bouwstra JA, Stratum Corneum Lipids: Their Role for the Skin Barrier Function in Healthy Subjects and Atopic Dermatitis Patients, Curr Probl Dermatol. 2016 49:8-26.

6. Yusuke Ohno, Shota Nakamichi, Aya Ohkuni, Essential role of the cytochrome P450 CYP4F22 in the production of acylceramide, the key lipid for skin permeability barrier formation, PNAS June 23, 2015 112 (25):7707-7712.

7. C. R. Harding, Dry skin, moisturization and corneodesmolysis, International Journal of cosmetic science, 2000 22:21-52


1. 이 글은 중소기업청에서 주관하는 구매조건부신제품개발사업(2012)의 개발완료보고서를 정리한 내용입니다.


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