한국화학공학회 공업화학부분위원회 ‘제1회 화장품 산업 Workshop’
[더케이뷰티사이언스] 한국화학공학회 공업화학부분위원회가 지난 2월 14일 동국대학교 신공학관 대회의실에서 ‘제1회 화장품산업 Workshop’을 열었다. 이번 워크숍은 글로벌 화장품 R&D와 화장품 제형기술의 최신 동향을 공유하기 위해 마련됐다. 한국화학공학회 공업화학부분위원장 동국대 박정훈 교수는 개회사에서 “오늘 행사를 통해 연구에 대한 지식뿐만 아니라 서로 소통할 수 있는 자리가 되길 바란다”고 말했다.
이번 워크숍에서는 △글로벌 화장품 R&D 최신동향(동국대 화공생물공학과 박장서 교수) △2,3-Butanediol의 생물공학적 생산(GS Caltex 기술연구소 박종명 책임연구원) △화장품 제형기술의 최신동향(코스맥스 이준배 랩장) △콜레스테릭 액정기술의 화장품 응용(동국대 화공생물공학과 홍성규 교수) △거대리포좀(Giant lipid vesicles)의 제조 및 구조제어와 화장품 적용(동덕여대 화장품학 전공 심종원 교수) △뷔베리신의 미백효능 및 그 기전(성균관대 융합생명공학과 이종성 교수) 순으로 진행되었다. 주요 내용을 소개한다.
글로벌 화장품 R&D 최신동향 (동국대 박장서 교수)
독일 뮌헨에서 열린 2018 세계화장품학회IFSCC의 주요 연구 발표와 연구 동향을 소개했다. 최근 5년간 IFSCC에서 나타난 연구동향은 △지속가능성(2013년 브라질 개최) △색조 및 감성 △환경오염 및 피부 보호(2014년 프랑스 개최) △환경보호(2015년 스위스 개최) △피부전달 △Microbiome(2016년 미국 개최) △Cosmeceuticals(2017년 한국 개최)을 꼽을 수 있다. 앞으로 트렌드는 Microbiome과 같은 새로운 피부 영향 요인과 Brain과 Skin이 연결된 감성화장품 그리고 친환경 지속가능 제품이 혁신적인 화장품의 연구개발을 유도하는 요인들이었다. 연구 주제는 △Skin biology △Shielding the skin(Antistress & Antipollution) △Delivery system분야가 주를 이뤘다. Antistress와 Antipollution과 관련된 연구는 △Shield and Cleansing △Detoxing을 중심으로 전 세계에서 지속적인 연구결과들이 보고되고 있다. 이 가운데 독일 BASF의 Antiadhesion 연구는 크림을 제작해 피부의 오염물질을 효과적으로 제거하는 결과까지 도출한 제형이었다. Skin penetration에 관해서는 어떻게 하면 더욱 효과적인 Penetration을 할 수 있는지에 대한 연구에 초점이 맞춰졌다. Microbiome은 아토피 피부염과 관련하여 중요한 과제로 여겨지고 있는데, 프랑스 Givauden, L’Occitane의 연구에서 아토피 피부염과 같은 피부 질환은 Microbiota의 다양성이 피부 건강의 키Key임을 밝혀내는 연구 결과를 발표했다고 설명했다.
2,3-Butanediol(2,3-BDO)의 생물공학적 생산(GS Caltex 기술연구소 박종명 책임연구원)
2,3-BDO는 화장품 성분인 폴리올 계열의 물질로 주로 보습, 방부를 도와줄 수 있는 기능을 갖고 있다. 2009년 GS Caltex에서 고무타이어를 만들기 위해 상업화를 추진했었으나 중단되었고, 현재는 화장품 원료로 개발하고 있다. 특히 작물보호제로도 적용 가능성이 있어 시제품 개발 후 시장 진입 단계에 있는 상황이다. 2,3-BDO가 갖는 차별점은 △Sustainability △Safety △Efficacy 등 3가지를 꼽을 수 있다. 2,3-BDO는 천연신물질이지만 ‘INCI’나 ‘IECIC’에 이미 화장품 원료로 등록되어 있으며, GMO-free, LMO-free, Toxic Chemical-free 등 3-free process로 만들어진다. 또한, 기존 화장품에 사용되던 같은 폴리올 계열 중 1,3-BDO, 1,4-BDO와는 다르게 유일하게 자연에서 존재하는 부탄디올이다. 이 원료는 동물실험을 하지 않았고, 독성 평가를 통해 독성이 없으며 피부에 자극을 주지 않는다는 사실이 입증됐다. BDO의 효능은 실험을 통해 보습력, 방부력 및 항균력 효과를 입증했고, 폴리올 계열 사이에서는 큰 차이가 없었다. 최근에는 항산화, 주름방지, 항염 등과 같은 추가적인 기능 연구를 진행 중이다. 특히 이 원료는 USDA에 의한 100% 바이오 기반 물질 인증 및 산업통상자원부로부터 신기술 인증서를 받았다. GS Caltex는 2019년 3월 군산 새만금 산업단지에 공장이 완공되면 연 300톤의 규모로 2,3-BDO를 생산할 예정이다.
화장품 제형기술의 최신동향 (코스맥스 이준배 랩장)
화장품 기술은 크게 소재, 제형, 평가, 용기기술로 분류할 수 있다. 이준배 랩장은 제형기술의 △안정성향상 제형기술 △효능향상 제형기술을 소개했다. 안정성 향상 제형기술은 불안정 효능성분의 안정화를 위한 비타민C의 산패 현상을 막기 위해 개발한 ‘비수계 제형화 기술’과 열과 수분에 약한 레티놀을 열방성 액정물질Cholesteryl Nonanoate; CN로 안정화시키는 ‘캡슐 제제화 기술LASS’에 대해 설명했다. 효능향상 제형기술은 Vesicle을 이용한 ‘Ceramide 기반의 생친화성 피부 흡수 촉진제 기술’과 ‘피부장벽 강화 제제기술(액정유화 기술)’, ‘자외선차단제의 지속내수성 기술’을 소개했다. 특히 야외활동으로 내수성 선크림의 니즈가 올라가지만, 내수성과 사용감은 서로 반비례한다. 때문에 재유화에 강한 제품을 만들어 사용감도 좋고 계면활성 조절로 내수성까지 확보한 기술에 대해 설명했다.
콜레스테릭 액정기술의 화장품 응용 (동국대 홍성규 교수)
액정을 이용해 자외선 차단, 색조, 적외선 차단 제품에 응용하는 연구를 하고있는 홍성규 교수는 콜레스테릭 액정을 중심으로 소개했다. 콜레스테롤 유도체에서 발견된 콜레스테릭 액정은 분자의 각층이 나선상으로 회전하고 있으며, 피치Pitch가 빛을 선택적으로 반사시킨다. 이를 이용하면 350nm의 자외선만 선택적으로 차단할 수 있으며, 이 선택적 반사는 물리적인 현상이다. 액정의 종류는 △Lyotropic LCs △Thermotropic LCs 두 가지가 있다. Lyotropic LCs는 용질을 용매에 녹여 농도에 따라 액정상을 나타낼 수 있으며, Thermotropic LCs는 온도에 따라 결정 액체상이 된다. 주로 Nematic 액정을 사용해왔지만, 이제는 콜레스테릭 액정을 사용하고 있다. 콜레스테릭계에서도 ICID에 등재된 물질만 적절히 사용해야한다는 점이 어렵다. 그렇기 때문에 제한된 재료 안에서 해야 하는 화장품 연구가 어려운 것. 하지만 온도에 따라 변하는 특성 때문에 피부 온도 안에 있는지 확인했고, 결과적으로 피부온도 31~36.5°C 안에서 UVA 350nm정도를 차단하는 최적화를 찾아냈다. 이 콜레스테릭 액정은 선택적으로 파장에 따른 자외선, 적외선 차단제에 응용할 수 있을 뿐만 아니라, 피치를 조절하여 여러 색깔을 구현해 내 아이섀도우 제품에도 접목가능하다.
거대리포좀Giant lipid vesicles의 제조 및 구조제어와 화장품 적용 (동덕여대 심종원 교수)
리포좀을 통한 피부 전달은 보통 리포좀의 크기를 간극(20~30nm) 사이즈에 맞게 만드는 것과 피부 장벽간의 Fusion 방법이 있다. 또한 피부에 문제가 있는 사람은 Ceramide 성능이 모두 떨어져 있는데, Ceramide metabolite가 여러 구조 및 신호 관련 기능을 담당하고 있다. 이러한 Ceramide와 관련해서 Statum corneum lipid like liposomesSCLL이라는 Lipid vesicle을 만들고자 했다. 1979년도에 보고된 적이 있지만, 상업화가 되지 못했던 이유는 바로 Liposome 자체가 잘 만들어지지 않고 Vesicle 구조가 잘 만들어지지 않는다는 점이었다. Ceramide는 자기들끼리 배열하려는 결정성이 매우 강하기 때문에 균일한 구를 형성하는 것이 어려웠다. 이러한 상황에서 쉽게 접근한 것이 Giant vesicle. 보통은 자이언트로 넘어가면 마이크로 단위가 되며, 세포의 기능을 연구하고 싶은 사람에게는 마이크로 크기로 해야 현미경으로도 보인다고 설명했다. 이외에 바이오리액터나 바이오센서와 같은 지속적인 연구도 진행되고 있다고 밝혔다. 그렇지만 역시 만들기가 어려운데, Microfluidics 방법은 기기만 잘 받쳐주면 양산은 가능하다. 다만 Lipid mixture가 되면 잘 만들어지지 않아 한계가 있었다. 그래서 최종 사용된 방법은 Flim assisted formation이었다. 전극을 사용하지 않고 단단한 Substrate에 Polymer를 입히고 Lipid를 입히면 끝나는 간단한 과정이다. 위에 붙어있는 고분자부터 Swelling이 생겨 Crack이 생기면 불어 올리면서 형성되는 것이다. 이의 단점은 환경변수가 너무 많아 PVA층 두께, Lipid 두께, 이온의 농도 등에 따라 리포좀의 크기가 달라지게 되므로 조건을 잡아서 시행하는 것이 어려웠다. 하지만 가장 큰 변수였던 Ceramide가 떨어져 나온 Liposome에서 형광신호가 검출되는 것을 보았을 때 Ceramide도 나온 것을 확인했다. 심종원 교수는 sensor와 같은 응용 연구를 계속해 나아갈 것이라고 밝혔다.
뷔베리신의 미백효능 및 그 기전 (성균관대 이종성 교수)
Liver X receptorsLXR은 Nuclear oxysterol receptor로 지질 및 콜레스테롤 대사에 관여하는 것으로 알려져 있다. 피부에서는 LXRs의 활성이 각질의 분화와 피지선 세포에서의 지질합성에 관한 조절을 하는 것으로 알려져 있지만, 멜라닌 합성과 관련해서 아직 알려진 바가 없었다. 또한, 뷔베리신도 동충하초에 존재하는 물질로, 항생제 계열의 멤버로 기존에 알려진 기능으로는 항염 및 항암(Apoptosis 관련) 효과가 있다. 다양한 생물학적 활성을 갖고 있지만, 멜라닌 합성의 연관성이 연구된 바가 없었기 때문에 멜라닌 합성에서의 뷔베리신의 영향과 그 메커니즘을 알아보았다. 실험을 통해 B16F10 멜라닌 세포에서 뷔베리신에 의해 멜라닌 함량과 티로신의 감소를 확인하면서 멜라닌 억제 효능이 있는 물질임을 발견했다. 색소 합성 억제 효능이 있음을 입증하면서 멜라닌 생성 유전자 발현을 조절하였으며, 뷔베리신이 LXR-α 발현도 증가시킴을 확인했다. 다양한 Pathway에 대한 뷔베리신 자체의 효과를 살펴보기 위해 cAMP-mediated signaling pathway에서 뷔베리신을 처리했을 때, cAMP, PKA, p-CREB가 감소했고, 이 신호경로의 Blocking 효과도 있음을 확인했다. 또한, p38 MAPK 활성을 억제시키는데 아마도 LXR-α가 p38MAPK를 억제할 것이라는 잠정적인 결론을 내렸다. 따라서 뷔베리신이 cAMP/PKA/CREB와 LXR-α/p38 MAPK pathway를 조절함으로써 멜라닌 합성을 억제시키는 최종 결론을 얻을 수 있었다.
