광산란 감소물질의 피부보습연구

[더케이뷰티사이언스] 이번 LG생활건강 인터뷰 주제는 광산란 감소물질을 연구한 내용이다. 눈에 띄었던 점은 각질세포로 피부 보습 연구를 했다는 것이다. 보통 각질에 관한 화장품은 피부를 벗겨내는 필링(Peeling) 제품을 떠올리기 쉬운데, 광산란 감소물질을 이용하여 속보습을 할 수 있는 제품에 어떻게 적용할 수 있었는지 연구했던 전승현 책임연구원을 만나 물어보았다. 2015년에 박사학위를 받고 LG생활건강에 입사한 그는 각질, 주름 프로젝트를 진행하고 더 나아가 현재 Delivery Project팀의 일원으로서 연구를 진행하고 있다.

광산란 감소물질에 대해 소개해주세요.

광산란 감소물질(Optical Clearing Agents; OCAs)은 주로 바이오메디컬(Biomedical)분야에서 인체 속 장기를 관찰하기 위해 사용하는 물질입니다. 보통 40%의 고농도로 처리를 하는데, 이 경우 체내의 단백질이 분해되기도 하고 독성(Toxic)이 생기게 되어 살아있는 사람을 대상으로 사용하지는 못했습니다. 따라서 화장품 개발에 이 물질을 사용하기 위해서는 안전하면서도 효과를 볼 수 있는 물질을 찾기 위한 스크리닝(Screening) 작업이 필요한 상황이었습니다.

광산란 감소물질을 어떻게 적용하게 되었나요?

LG생활건강 연구소가 대전에 있었던 당시, 카이스트 나노과학기술대학원의 김필한 교수님과 함께 광 관련 세미나를 진행한 적이 있었습니다. 당시 세미나를 통해 광 특성을 개선하면 칙칙한 피부톤을 개선시킬 수 있지 않을까 하는 아이디어를 얻을 수 있었고, 발전시켜서 연구를 시작하게 되었습니다. 사실 독성이 있는 물질이다 보니 어떻게 화장품에 적용할 수 있을지 고민하느라 연구가 정체가 되었던 기간이 있었어요. 그러다가 적절한 측정기술을 발견하면서 기술 및 제품개발까지 빠르게 진행이 되었지요.

각질세포로 보습 연구를 진행한 배경이 궁금한데요.

보통 보습연구는 지질 측면이나, 표피 및 진피에서의 근본적인 개선이 중요해서 연구가 많이 이뤄지고 있어요. 그런데 오히려 각질이야말로 피부의 최외각에 있기 때문에 피부 상태를 바로 볼 수 있는 부위일 뿐만 아니라, 화장품을 발랐을 때 가장 오래 머물러 있는 부위이므로 더 중요하게 다룰 필요가 있다고 생각하게 되었습니다.

연구 내용에 대해서 소개해주세요.

광산란 감소물질 중에 화장품 원료로 사용 가능한 것이 바로 우레아(Urea)인데요. 우레아는 일정 농도(10%) 내에서는 사용이 가능해요. 하지만 자극이 있을 수 있고, 제품에 배합되면 시간이 지남에 따라 성질이 변할 수 있는 단점이 있습니다. 실험을 진행하면서도 우레아의 이런 문제점들을 확인할 수 있었지요. 우레아는 각질층에 존재하는 케라틴이라는 피부단백질과 결합하여 각질층 내에 수분이 머물 수 있도록 하는 역할을 하지만, 투입 농도가 높아지면 단백질 구조가 깨지는 부작용이 생기기도 합니다. 따라서 이러한 부작용 없이 보습기능과 광산란 감소 기능을 지니는 물질 중 안전한 것이 무엇이 있을지를 알아보기 위한 연구를 진행했습니다. 그래서 각질에 OCA 물질을 처리하여 각질 표면의 광산란 효과를 볼 수 있는 방법을 개발했어요. 보통 일반적인 현미경은 배율을 높여서 관찰 대상을 크게 보기 위해 사용하는데, 저희는 시료에 닿는 직접 조명광은 밖으로 유도하고 오로지 샘플에서 나오는 산란광만을 대물렌즈로 취하는 방법인 암시야 모드(Dark field mode)를 이용하여 광산란 이미지를 얻었어요. 즉 빛이 OCA를 처리한 각질을 투과하여 산란되는 이미지를 분석하여 각질 산란 정도를 정량화 한 것입니다. 이러한 방법을 이용해 기존의 우레아의 각질 광산란 개선 수치와 비교했을 때 개선 효과가 더 우수한 보습 성분을 스크리닝 한 후, 본격적으로 광산란 감소 메커니즘을 연구하게 되었습니다.

그림 3의 FT-IR 실험 결과가 바로 그 메커니즘을 나타내는 것입니다. 그림 3 (왼쪽)을 보시면 3300 nm 구간에 있는 Peak에서 우레아가 좀 더 깊이 내려가 있는 것을 확인할 수 있는데, 이것이 OH(Hydroxy group) peak입니다. 세척과 건조 과정 후에도 OH peak이 더 늘어났다는 것은 우레아가 수분을 더 잡아당겨 각질 내에 수분량이 많음을 확인한 것이지요. 다른 보습 물질-소르비톨(Sorbitol), 트레할로오스(Trehalose), 히알루론산(Hydrolyzed HA), 그림 3 오른쪽-들도 우레아와 비슷하게 증가하는 결과를 확인하여, 특정 보습물질들이 각질 케라틴 속에 침투해서 수분을 잡아당김으로써 각질 내 수분량이 증가하게 된다는 메커니즘을 규명한 것입니다.

우레아와 같은 광산란 감소 물질 중에 특징이 있나요?

일반적으로 알려져 있는 보습 성분은 종류가 정말 많아요. 따라서 수많은 스크리닝 과정을 거쳐서 이들 중 유의한 광산란 감소 효과를 보이는 물질들이 무엇인지를 확인해야 했어요. 논문에 기재된 물질들은 그 효과가 입증된 것이지요. 선별된 물질들이 가지는 공통적인 특징들이 있었는데, 첫 번째는 에리스리롤(Erythritol), C4, 자일리톨(Xylitol), C5, 소르비톨(Sorbitol), C6과 같이 탄소수가 하나씩 많아지는 경우 그에 따라 분자 내에 OH기가 증가하고 OH기가 많을수록 광산란 감소효과가 증가한다는 점이었습니다. 두 번째는 히알루론산 같은 경우 분자량 실험을 했을 때, 저분자 히알루론산(소르비톨, 트레할로스)일수록 각질 내 수분 함량비가 증가됨을 알 수 있었습니다. 이처럼 특정 카테고리에 따라 발견되는 특징이 꽤 흥미로웠지요.

이 연구를 통해 개발된 제품이 있나요?

이 기술이 적용되어 출시된 대표적인 제품은 ‘오휘 프라임 어드밴서’가 있어요. 승무원 세럼 혹은 배우 김태리 세럼으로도 불리고 있지요. 출시 한 달 만에 1만개가 판매되는 등 소비자 반응이 굉장히 좋아요. 다른 화장품과 바디 케어 제품들에도 많이 적용될 예정입니다.

기존 제품과 차별점이 있다면 무엇이 있을까요?

첫 번째는 지속성입니다. 실험 결과에서 볼 수 있듯이(그림 3 오른쪽) 대표적인 보습 성분인 글리세린은 발랐을 때 피부에 바른 직후에는 보습기능을 하지만, 물로 씻고 난 이후에는 지속적인 보습기능을 하지 않는다는 것을 알 수 있습니다. 반면 저희가 실험을 통해 재조합한 성분들을 사용했을 때에는, 세정 후 건조를 시킨 후에도 각질 내 수분이 유지된다는 것을 발견하여 보습 지속력이 훨씬 뛰어나다는 것을 확인했습니다.

두 번째는 매일 사용이 가능하다는 것입니다. 고객들의 사용행태를 고려하여 관점을 전환한 것인데, 보통 각질 제품은 직접적으로 각질을 벗겨내는 박리(Exfoliation) 제품이 많아요. 그렇다 보니 매일 사용하면 피부에 자극을 줄 수밖에 없습니다. 하지만 이 물질은 벗겨내는 것이 아니라 바르는 제품이고 피부에 흡수되어 속보습이 가능하며, 데일리로 사용할 수 있다는 것이죠. 마지막으로는 역시 보습력입니다(강조). 계속 보습에 대해서 얘기했는데, 물을 잡아당기는 메커니즘과 더불어 지속성이 있기 때문에 보습력 또한 차별화되는 것 같아요. (진심으로) 피부 각질을 구성하는 케라틴의 근본적인 보습력을 높여주는 제품이라고 자부합니다.

제품을 개발하면서 어떤 점이 어려웠나요?

사실 연구하면서 실험과 실제 제품에 적용한 결과의 차이가 클 때가 있어요. 실험을 해서 조합의 최적조건을 찾았고 그 기술이 사용되기로 했는데, 막상 제품에 적용하니 사용감이 좋지 않아서 다시 조합을 찾아 그 효과를 분석해야 했지요. 화장품은 직접 피부에 바르기 때문에 사용감도 중요한 부분이니까요. 이러한 과정을 반복하는 것이 쉽지는 않았어요. 또, in vitro로 실험하다 보니, 인체적용시험과는 다른 새로운 개념이었어요. 기존 인체적용시험의 기준으로는 평가하기 어려운 측면이 있었지요. 그래서 최대한 인체적용시험에 부합하는 수준에서 효과의 차이를 분명하게 보일 수 있는 실험 방법을 새롭게 만들어 나가는 과정이 꽤 어려웠어요. 그렇지만 그 시간들을 통해 결과적으로 제품이 나왔을 때에는 큰 보람과 뿌듯함을 느꼈어요.

어떤 연구를 추가적으로 하실 예정인가요?

우선은 수화와 빛의 산란 간의 상관관계(Correlation)에 대한 분석을 보다 더 과학적이고 심도 있게 진행하면 재미있는 결과가 나올 것 같아, 관련 연구를 계획하고 있습니다. 단순한 상관관계의 유무를 밝히는 데에만 그치지 않고, 효능성분을 통한 수분량이 일정 수준 증가할 때 각질의 광산란 효과는 어떻게 변화하는지에 대해 수치적으로 데이터화 시킨다면 보다 의미 있는 연구결과를 얻을 것 같습니다.

지금 계신 팀에 대해 소개를 해주세요.

제가 속해있는 미래기반연구소의 Delivery Project는 효능성분을 피부 속으로 효과적으로 전달시키기 위한 다양한 방법에 대해 연구하는 팀입니다. 예를 들어, 유효성분의 피부 침투 향상을 위한 마이크로니들(Microneedle)이나, 불안정한 물질들을 안정화하기 위한 캡슐화(Encapsulation) 등을 통해 실제 피부 침투 효능을 증가할 수 있킬 수 있는 연구를 진행하고 있어요. 소재 외에도 각질 등의 피부 측면에서도 다양한 연구를 수행할 수 있다는 장점이 있어요.

박사 학위를 마치고 화장품 연구원의 길을 선택한 이유가 있나요?

사실 박사 후 진로에 대해서 고민을 많이 했어요. 지도 교수님께서는 해외에서 박사 후 과정(Post Doctor)을 한 후 학계로 진출해보라고 조언해주셨고요. 그런데 학교에서 오랜 시간 공부하다 보니 ‘실생활에 바로 적용할 수 있는 연구를 하고 싶다’는 생각이 들었어요. 화학생명공학을 공부한 저에게는 화장품 연구소가 이러한 생각을 실현하기 위한 최적의 장소가 아니었나 싶어요. 직접 개발한 제품을 통해 고객의 반응을 보고 소통할 수 있다는 점이 화장품 회사가 가지는 큰 장점이라고 생각해요. 또 제가 하는 일이 기반 기술이다 보니까 좋은 기술을 하나 잘 개발하면 다양한 제품에 적용할 수 있다는 점도 참 매력적이었어요. 물론 제품에 적용되기까지가 결코 쉽지 않은 과정이기는 하지만, 한번 적용되면 다양한 브랜드에 접목시킬 수 있는 확장성이 있거든요. 이러한 측면에서 저는 화장품 기반 연구에 자부심을 갖고 임하고 있어요.

인터뷰를 마치면서 전하고 싶은 말이 있다면.

사실 LG생활건강에 입사하기 전에는 소비자였던 저의 관점에서 화장품이라는 것이 피부에 좋다고 알려진 원료들을 그저 잘 배합하고 마케팅만 잘 하면 많이 팔리는 분야라고만 생각했었어요. 하지만 실제로 화장품을 개발하는 연구원으로 지내보니, 제가 상상한 것 보다 훨씬 더 원료와 성분, 효능의 이론적인 메커니즘 규명을 위한 기초연구를 많이 진행하고 있다는 것을 알 수 있었어요. 적어도 제가 일하고 있는 LG생활건강 기술연구원만큼은 말이지요. 그래서 회사가 원료와 효능의 상관관계만 단순히 분석해서 제품을 만드는 것이 아니라, 이론부터 시작해서 제품화시키는 모든 과정을 세세하게 다루면서 좋은 제품을 내기 위해 노력하고 있음을 알아주셨으면 좋겠어요.

ABSTRACT

The objective of this article is to provide analytical tools for the scattering of stratum corneum (SC) and to check whether the optical clearing agents (OCAs) could be applied in optics affecting the scattering reduction. Dark field images of tape striped corneocyte separates scattered light of the SC from others in vitro. Several optical clearing agents were tested to reduce the scattering. Physical properties of SC such as water contents, keratin configuration and volume after OCAs treatment were investigated by FT-IR and 3D laser microscope. Several reducing sugars, monomeric sugars, sugar alcohol, and hyaluronic acid, which were used as humectants in cosmetic field, also reduced scattering. However, unlike dehydration in optics, water penetrated into the keratin in SC and scattering was decreased at low concentration of OCAs. In that condition, the volume of corneocyte was increased and stiffness seemed to decrease. The analyzing of tape-stripped SC, showed the change of optical and physical properties of corneocyte by optical clearing agents. The hydration of SC layer by optical clearing agents decreased the scattering of corneocyte and thus improved the skin appearance and moisturizing effect, which are important benefits in the cosmetic field and could provide new possibility to develop skin care study targeting at SC.

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