H&A파마켐은 ‘IFSCC 2021’에서 모두 5편의 포스터 논문을 발표했다. 이 가운데 MOF 소재를 이용해 비타민 A계열의 레틴알을 넣은 연구를 소개한 ‘Encapsulation of the Retinal using the gamma-Cyclodexrtin based MOFs(COFs)’에 대해 인터뷰했다. 교신 저자Corresponding author인 강유진 H&A파마켐 선임연구원이 대표로 답변했다. 강 연구원은 “화장품이라는 틀에서 벗어나 다방면의 분야에 관심을 가진다면, 각 분야의 핵심 소재들을 화장품에도 접목시킬 수 있다”고 강조했다. 강 연구원은 부경대학교 화학과에서 학·석사를 받았다.
Q. 이번 논문의 주요 내용을 설명해 주세요.
MOFMetal-Organic Framework를 형성한 후, 그 내부에 비타민 A계열의 레틴알Retinal을 담고, 그 특성을 분석한 내용입니다. MOF는 유기 리간드와 금속 이온의 강한 결합을 바탕으로 형성되는 결정 물질로, 비공유 전자쌍을 가진 리간드와 금속 양이온이 자가 조립하여 골격체를 이룹니다. 일반적으로, MOF는 골격체 내부에 빈 공간이 존재하여, 표면적이 매우 넓고, 물질을 담지할 수 있는 특성을 가지고 있습니다. 또한, 금속이온과 리간드의 종류를 변경하여 그 내부의 특성을 변화시킬 수 있습니다. 그 특성에 따라, 가스 흡착, 촉매, 전달체 등 다양하게 활용되고 있습니다. 이번 연구에서는 독성이 적고, 화장품에도 현재 사용되고 있는 사이클로덱스트린을 이용하여, MOF와 같은 구조를 형성하고 그 내부에 레틴알을 담지하여 그 특성을 분석하였습니다.
Q. 이번 연구를 시작하게 된 배경은 무엇인가요?
피부에 영향을 미치는 성분들은 매우 다양합니다. 하지만, 화장품에 적용되기 위해서는 독성 및 자극이 없어야 하고, 외부 환경과의 반응에 덜 민감해야 합니다. 오래전부터 현재까지도, 외부 환경에 불안정한 성분들을 안정화하기 위해 캡슐레이션 기술(리포좀·나노에멀젼, LNPLipid Nano Particles)들이 많이 연구되고 있습니다. H&A파마켐 연구소는 새로운 기술을 도입해 캡슐레이션하는 방법이 없을까에 대해 항상 고민하고, 새로운 시도를 하고 있습니다. MOF라는 소재는 유-무기 복합소재로서 내부 공간에 특정 물질을 담지할 수 있다는 특성이 매우 매력적으로 다가왔습니다. 처음에는, 가장 널리 알려진 ZIF-8 합성부터 생리활성물질 담지까지 진행하였습니다. 하지만, 금속과 유기 물질의 복합체로 독성이 우려되었습니다. 그래서 사이클로덱스트린이라는 식물성 유래 성분을 사용해 환경 친화적이고, 생분해 가능한 성분으로 MOF 구조를 형성하였습니다.
Q. 레틴알 소재의 특성과 피부에 미치는 영향은 어떤가요?
레틴알은 비타민 A 계열로 빛·산소·열과 같은 외부 환경에 불안정한 물질 중 하나입니다. 주름 개선 기능성 성분으로 알려진 레티놀의 1차 산화 형태입니다. 레틴알은 Retinol → Retinaldehyde → Retinoic acid로, 2번의 산화과정을 거쳐 피부에 영향을 미치게 됩니다. 레틴알은 이 중, 중간체인 Retinaldehyde로 레티놀보다 높은 주름 개선 효과를 가진다고 선행 연구된 바 있습니다.
Q. 레틴알을 소재로 화장품을 개발할 때 어려움은 무엇인가요?
레틴알은 앞서 설명 드린 것과 같이, 주름 개선에 탁월한 효과를 보이는데 외부환경에 민감하여 제형에 적용하였을 때, 역가가 유지되지 않아 화장품에 적용하기 어려운 점이 있습니다. 이러한 점을 보완하기 위해, 레틴알 안정화 실험을 진행하였고, MOF 외에도 리포좀·나노에멀젼, 큐보좀, LDH 등 다양한 기술들로 연구를 진행하고 있습니다.
Q. COFsgamma-Cyclodextrin based MOFs에 대해 설명해 주세요.
그리고 불안정한 소재를 어떻게 안정화시킬 수 있나요?
COFs는 이번 연구에서 감마사이클로덱스트린을 이용하여 만든 MOF인데, 사이클로덱스트린과 제조 시 사용되는 KOH의 포타슘 이온과의 결합으로 형성됩니다. 형성된 결정은 일정한 모양을 가지고 그 내부에 생리활성 물질 담지가 가능합니다. 이 연구에서 SEM과 XRD 분석 결과 MOF 구조가 잘 형성된 것을 확인할 수 있었고, 레틴알이 MOF 내부에 잘 담지되어 XRD 상에 레틴알 피크가 나오지 않은 것을 확인하였습니다. 내부에 레틴알이 담지되어 있는지 여부를 알아보기 위해 H1 NMR 분석을 추가로 진행하였고, 레틴알이 담지된 COFs에서 레틴알 피크가 나오는 것을 확인하였습니다. COFs의 내부는 소수성 성질을 가지고 있고, 외부는 친수성 성질을 가지고 있기 때문에, 레틴알과 같은 소수성 물질은 내부에 캡슐레이션되어 외부 환경의 영향에 덜 민감한 것으로 보입니다.
Q. COFs 뿐 아니라 Cubosome, 3D printing, LDH를 이용하여 안정화에 성공했는데요.
각각의 특성을 설명해주세요.
큐보좀은 큐빅 모양의 입방상 구조체로, 지용성, 수용성 성분뿐만 아니라, 양쪽성 성분까지 포함하여, 보다 다양한 종류의 생리활성 물질을 담지할 수 있는 리포좀 제형 중 하나입니다.
H&A파마켐 연구소에서는 큐보좀 제조 시, 여러가지 폴리머들을 적용시켜 비교 분석하였습니다. 그 중, 레틴알 안정화에 적합한 폴리머를 선택하여 원료화를 진행하였습니다. LDH는 Layered Double Hydroxides로 층상 이중층 수화물입니다. LDH는 샌드위치 구조로 Layer by Layer 형태로 적층 되어 있는 구조입니다. 금속 수산화물층(Al3+, Zn2+, etc.)과 음이온(OH-, Cl-, etc.)으로 이루어진 space층으로 배열되어 있으며, 금속 수산화물층과 층 사이 공간에 생리활성물질 담지가 가능합니다. 3D 프린팅 기술은 3차원으로 모델링된 디지털 데이터를 이용하여 다양한 종류의 소재를 한 층씩 적층하여 제조하는 기술을 말합니다. 3D 프린팅 기술의 장점은 계면활성제 없이 캡슐레이션이 가능하며, 엑티브 물질을 특정 분포하여, 원하는 모양대로 적층할 수 있습니다. 또한, 3D 모델링으로, 방출 속도 또한 조정 가능한 장점이 있습니다.
Q. 소재 안정화라는 측면에서 다른 기술과의 차별점은 무엇인가요?
COFs와 LDH 기술들은 화장품에 적용된 사례가 많지 않다는 것입니다. 이는 성분 안정화뿐만 아니라, 새로운 제형의 개발 등에 큰 기여를 할 수 있을 것이라고 생각합니다. 3D 프린팅과 큐보좀은 제약 분야에서 많이 연구되고 있는 기술로, 이를 화장품에 접목시킨다면, 생리활성물질 전달체로서 넓게 응용할 수 있을 것이라고 생각합니다. 또한, 3D 프린팅은 원하는 모양으로 손쉽게 제작할 수 있기 때문에 차후, 맞춤형화장품에 가장 적합한 기술 중 하나라고 생각합니다. 이들 기술은 모두 생리활성물질 담지라는 공통점을 가지고 있습니다. 하지만, 담지 하고자 하는 성분의 특성에 따라, 혹은 안정화 정도에 따라 가장 적합한 기술을 선택하는 것 또한 중요하다고 생각됩니다.
Q. 이들 기술들을 어떻게 적용할 예정인지요.
H&A파마켐에서는 제형에 손쉽게 적용할 수 있도록 원료화 연구를 진행하고 있습니다. 또한, 레틴알 뿐만 아니라 다양한 생리활성물질(유용성감초추출물, EGCG, Resveratrol, OPC, Daidzein, Indole 등)을 담지하여, 다양한 소재 적용이 가능하도록 하고자 합니다.
Q. 앞으로 진행할 연구 계획도 궁금하네요.
현재 진행중인 연구는 이들 기술들을 이용해 레틴알 뿐만 아니라 다양한 기능성 소재들을 접목시켜 원료화하는 것입니다. 또한, 백신기술인 LNPLipid Nano Particle의 화장품 적용과 Exosome-Liposome Hybrid system을 이용한 안정화 기술을 연구하고 있습니다.
Q. 화장품 소재개발에서 중요한 과제는 무엇일까요?
화장품은 다른 어떤 분야들보다도 발빠르게 변화하고 다양해지고 있습니다. 이러한 트렌드에 맞게 다양한 소재들을 접목시켜 연구해 보는 것 또한 중요하다고 생각됩니다. 요즘 비건이나 지속가능성 등에 초점을 두고 있기 때문에, 기존의 친환경적이고 생분해 가능한 소재들을 이용하여 색다른 복합체를 만들어 보는 건 어떨까하는 생각이 듭니다. 완전히 새로운 물질도 중요하지만 기존에 사용하고 있는 물질들을 잘 활용하여 새로운 소재를 만들어 내는 것도 중요하다고 생각합니다.
Edited by 조찬송