IFSCC 2022 London Congress 〈1〉 ⑥ 대한민국 구두발표 논문 - 코스맥스
Post COVID-19 팬데믹 시대의 화장품 기술
2020년 초반 전세계는 코로나19COVID-19 팬데믹이라는 새로운 현실을 맞이하게 되었다. 이전에는 없었던 새로운 삶의 방식들, 예를 들어 마스크 착용, 재택근무 및 사회적 거리두기 등 뉴노멀이라 불리우는 많은 새로운 것들이 우리 삶의 일부가 되었다. 특히, 지속적인 마스크 착용은 다양한 피부 트러블을 야기하게 되었고, 더마화장품은 국내시장을 넘어 글로벌시장에서 이전보다 더욱 중요해졌다. 시세이도 우오타니 사장은 얼마전 언론 인터뷰를 통해 Post COVID-19 화장품 트렌드로 피부에 도움이 되는 화장품 개발의 중요성에 대해 언급하였다. 또한, 피부에 도움이 되는 화장품이란 비단 스킨케어로 한정되는 것이 아니라 메이크업 화장품에도 적용가능한 개념이라는 자신의 생각을 표출하였다.
더마화장품은 관점에 따라 다양한 정의와 해석이 가능한 카테고리이다. 피부장벽 측면에서 매우 좁게 정의를 내릴 수도 있고, 미백이나 주름과 같이 피부에 다양한 효능을 부여한다는 광의의 해석도 가능하다. 하지만, 이러한 정의나 해석보다 본질적으로 중요한 것은 도대체 피부에 좋은 화장품을 만들려면 무엇을 어떻게 해야 하는가이다. 가장 쉬운 방법은 소재, 제형, 그리고 피부평가에 대한 지속적인 연구일 것이다. 특히, 좋은 소재는 매우 중요하다. 오늘날 화장품 시장에서 소재에 대한 스토리텔링은 제품 구매에 있어 큰 영향을 미치고 있다. 제품 구매에 큰 영향을 미치는 또 다른 요소인 사용감은 화장품 제형 기술의 결정체이다. 제품의 구매, 특히 첫 번째 구매단계에서 가장 큰 영향을 끼치는 요소들이 소재와 제형이라면, 재구매에 있어 중요한 요소는 무엇일까? 아무리 스토리텔링이 좋고, 사용감이 좋아도 소비자들이 기대하는 피부효능이 전혀 구현되지 않는다면 재구매는 어려울 것이다. 화장품 회사 직원이라면 신제품 개발에 의한 매출 발생과 스테디셀러 제품의 재구매에 의한 매출과 영업이익의 차이에 대해 절실하게 느낄 것이다. 화장품 재구매에 있어 가장 중요한 요소는 역시 피부효능이다. 피부효능은 COVID-19 이전에도 더마화장품의 가장 큰 강점이기도 했다. 그리고, COVID-19 팬데믹 이후에는 모든 화장품 회사들이 앞다퉈 기술확보를 하려고 노력하는 분야이기도 하다. 다시 본론으로 돌아와서 더마화장품을 더마화장품답게 만들어주는 가장 큰 요소는 바로 소재와 제형이다. 좋은 소재와 좋은 제형은 불가분의 관계라고 할 수 있다. 소재없는 제형이나 제형없는 소재는 모두 더마화장품의 원대한 목표인 피부효능에 가까이 갈 수 없다. 이 글은 좋은 소재를 어떻게 하면 더 효율적으로 피부에 전달하여 보다 우수한 피부효능을 구현할 수 있을까에 대한 것이다. 즉, 좋은 소재를 좋은 제형으로 이어주기 위한 노력의 일환인 피부전달체에 대한 내용이다. 이번 연구에서는 화장품 유효성분의 피부전달 효과를 향상시키기 위해 지질 기반 피부전달체를 활용했다. 특히, 피부전달체 중의 지질성분과 피부와의 상호작용을 통해 유효성분의 피부전달 증진 및 이를 통한 피부효능 극대화에 대해 소개한다.
각질층 세포간지질 성분 기반 피부전달체 개발
이번 연구에서는 각질층 지질의 유동화 및 케라틴과의 상호작용 등을 통하여 피부 투과도를 변화시킬 수 있다고 알려진 지방산을 활용하여 피부전달체를 제조하였다. 콜레스테롤 유도체를 계면활성제로, 세라마이드와 지방산을 피부전달 촉진제Skin enhancer 후보 물질로 선정하여 지질기반 피부 전달체를 제조하였다. 그리고, 피부전달체 제형의 안정화와 피부전달 촉진 효과에 대한 레시틴, 세라마이드 및 지방산의 영향을 알아보았다. 대조군과 시험군 샘플의 이름은 제형내 세라마이드 및 지방산의 존재 여부에 따라 다음과 같이 분류하였다. LNV-C는 LNV에 세라마이드가 추가된 샘플이고, LNV-CF는 LNV에 세라마이드와 지방산이 추가된 샘플이다. 피부전달체 구조 관찰을 위해 극저온 투과전자현미경Cryo-TEM을 이용했다. LNV(그림 3a (black))는 입자 전체에 균일한 밝은 음영을 나타내는데, 이는 고차구조가 없는 나노에멀젼과 유 사한 모양이다. 세라마이드가 추가된 LNV-C(그림 3a (blue))에서 입자 주변을 둘러싼 어두운 띠가 나타나며, 세라마이드 및 지방산이 추가된 LNV-CF(그림 3a (red))에서는 보다 두껍고 진한 띠가 존재함을 볼 수 있다. 나노입자 표면의 이러한 띠는 지방산과 다른 지질성분들에 의한 고차구조 존재의 가능성을 시사한다. (그림 3b)는 소각 X-선 산란SAXS 패턴으로 입자의 미세한 고차구조를 분석할 수 있다. LNV에서는 구조에서 기인하는 특이 피크가 없다. 하지만, 지질이 추가될수록 고차구조의 존재가능성은 점점 높아진다. 마침내, LNV-CF와 같이 세라마이드와 지방산이 모두 추가되는 경우, q-value가 0.0478, 0.0714, 0.0952, 0.119Å-1에 해당하는 피크가 나타나는데, 이는 멀티 라멜라 구조의 형성을 보여준다. 이것은 세라마이드와 지방산과 같은 지질들에 의해 LNV 입자의 표면에서 이중층으로 이루어진 반복적인 구조, 즉 라멜라 구조가 생성된 것을 보여준다.
피부전달체의 in vitro 효능 평가
세라마이드 및 지방산이 유효성분의 피부전달에 있어 어떤 효과를 주는지 알아보기 위하여 3D인공 피부모델 및 인공막 기반 in vitro Franz diffusion cell을 이용하여 흡수 및 투과 비교 실험을 진행하였다. (그림 4a)는 형광염료인 FITC를 소량 넣어 제조한 피부전달체를 3D 인공피부에 도포하여 경피투과한 결과이다. 실험에 사용한 인공피부모델은 Reconstructed Human Skin Equivalent Model(EpiDerm™)이다. 4시간 도포 후, LNV는 각질층 상단에서만 형광이 관찰되는 반면, LNV-C 및 LNV-CF는 좀 더 깊은 피부투과 결과를 확인할 수 있다. 이미지 분석을 통해 LNV-C 및 LNV-CF의 형광 세기를 비교하면, LNV 대비 LNV-C 및 LNV-CF의 피부전달 면적은 각각 1.09배 및 1.54배로 증가하였다. (그림 4b)는 화장품의 투과도 비교를 위해 가장 보편적으로 사용되는 프란츠셀 시스템을 이용한 인공피부막 투과 실험 결과이다. 실험에 사용한 인공피부막은 Transdermal Diffusion Test Model(Strat-M Membrane)이다. 인공피부막에 제형을 도포하고 2, 4, 8, 24시간 후 HPLC 분석으로 미백 유효성분인 나이아신아마이드를 모니터링 하였다. 24시간 후 투과된 양을 분석한 결과, LNV, LNV-C 및 LNV-CF는 각 각 592㎍/㎝2, 755㎍/㎝2 및 1553㎍/㎝2 이었다. 이를 통해 지질 성분에 의한 유효성분의 피부전달 촉진효과를 확인할 수 있었다. 유효성분 피부전달 향상에 따른 피부전달체의 미백개선 효과를 확인하기 위하여 (그림 5)와 같이 색소침착된 3D 인공 피부모델을 이용하였다. 실험에 사용한 인공피부 모델은 Reconstructed Human Pigmentation Epidermis(SkinEthic™)이다. 이 실험에서는 서로 다른 미백 기전을 갖는 2가지 미백개선 유효성분인 나이아신아마이드와 알부틴에 대해 독립적으로 각각 미백개선 효과 실험을 진행하였다. 나이아신아마이드는 멜라닌 이동을 저해하는 방식으로 그리고 알부틴은 멜라닌 합성을 저해방식으로 미백개선 효과를 나타낸다. 음성대조군으로는 PBS 수용액이 사용되었다. (그림 5a)는 나이아신아마이드 함유 피부전달체를 적용한 인공피부모델을 Fontana-Masson 염색 후, 측면쪽을 관찰한 광학현미경 이미지이다. 비교 결과, LNV-CF가 피부 기저층에서 표면으로의 멜라닌 이동을 보다 효율적으로 억제하여 멜라닌 색소에 의한 피부색소 침착을 가장 효과적으로 감소시켰다. 한편, 멜라닌 이동을 저해하는 기작으로는 인공피부모델 표면에서의 컬러변화 관찰에 어려움이 있었다. 따라서, 보다 드라마틱한 인공피부모델 표면에서의 컬러변화 관찰을 위해 알부틴을 모델약물로 사용하여 미백개선 효과 실험을 진행하였다. (그림 5b)는 알부틴 함유 피부전달체를 도포한 인공피부모델 표면 이미지이다. (그림 5c)는 분광측색계를 이용하여 피부전달체 도포 8일후 L(the level of pigmentation of the skin, 밝기를 의미)값의 변화량을 나타내었다. 대조군PBS, LNV, LNV-C 및 LNV-CF에서 L값의 변화량은 각각 8.4, 12.3, 12.5 및 13.2였다. 이를 통해 모든 샘플에서 미백개선 유효성분에 의한 미백효과를 확인할 수 있었다. 특히, 세라마이드 및 지방산을 모두 포함하는 LNV-CF는 가장 우수한 미백개선 효과가 있음을 확인하였다.
피부전달체의 in vivo 효능 평가
지질 기반 피부전달체의 인체 투과 효능을 검증하기 위하여 LNV와 LNV-CF를 도포한 후, 피부 표면에서부터 2㎛ 간격으로 깊이 24㎛까지 5회 이상 반복하여 공초점 라만분광을 측정하였다. 이 평가법은 시간에 따른 화장품 피부투과 측정이 가능하여 화장품 제형의 피부투과 깊이 뿐만 아니라 투과량까지 상대수치를 통해 분석할 수 있다. 피부투과 성능을 비교하기 위하여 도포 전(T0), 도포 후(T20, 도포 후 20분) 및 흡수 후(T60, 도포 60분 후) 등 3개의 시점에서 측정하였다. 도포 후(T20) 투과 깊이는 LNV-CF와 LNV 각각 24㎛, 18㎛로 세라마이드 및 지방산을 함유한 LNV-CF가 보다 깊고 빠르게 투과되었다. 또한, 흡수 후(T60) 16㎛로 감소한 LNV와 달리 LNV-CF는 24㎛로 피부 속에 깊숙이 침투하는 것을 확인하였다(그림 6).
지질 기반 피부전달체의 인체적용시 미백 개선 효과를 확인하기 위하여 색소 침착 부위가 있는 22명의 피험자를 선정하여 임상 시험을 진행하였다. 미백 개선 효과를 알아보기 위하여 피부전달체 도포후 0주, 2주, 4주 (그림 7a)와 같은 피험자의 뺨 부위 사진을 촬영하여 이미지를 분석하고, 멜라닌 지수를 측정하였다. 멜라닌 지수 감소율 측정 결과, LNV는 2주, 4주 각각 9.3%, 15.3%으로, LNV-CF는 각각 11.0%, 18.7%으로 감소하였고, 이 두 그룹의 차이는 통계적으로 유의(p<0.05)한 수준으로 감소율이 높게 나타났다. 또한, 색소 침착 면적 감소율 측정 결과, LNV는 2주, 4주 각각 16.2%, 32.3%으로, LNV-CF는 각각 23.2%, 41.4%로 증가하였다. 따라서 지질기반 피부전달체는 미백 개선에 도움이 되며, 특히 세라마이드 및 지방산을 함유한 LNV-CF가 우수한 피부 유효성 증강 효과를 나타냄을 확인하였다.
지질 기반 피부전달체의 인체적용 시 주름 개선 효과를 확인하기 위하여 눈가 부위에 주름이 있고 광손상 점수가 3점 이상인 20명의 피험자를 선정하여 임상 시험을 진행하였다. 주름 개선 효과를 알아보기 위하여 피부전달체 도포 후 0주, 2주, 4주 (그림 8a) 동안 같은 눈 주변을 촬영하여 이미지를 분석하였다. 측정 인자로는 주름 전체 면적, 주름의 평균 깊이, 가장 깊은 주름 깊이 감소율이 있으며, 측정 인가의 값이 감소할수록 주름이 개선됨을 의미한다. 주름 개선율 측정 결과, LNV와 LNV-CF 모두 주름 인자에서 2주, 4주 모두 감소하였다. 특히, LNV-CF가 LNV에 비해 통계적으로 유의 (p<0.05)한 수준으로 감소율이 높게 나타났다. 따라서 지질기반 피부전달체는 주름 개선에 도움을 주며, 특히 세라마이드 및 지방산을 함유한 LNV-CF가 우수한 피부 유효성 증강 효과를 나타냄을 확인하였다. 이러한 결과는 세라마이드와 지방산을 모두 포함하는 LNV-CF가 아데노신과 나이아 신아마이드 같은 유효성분을 피부에 효과적으로 전달하는 것을 분명히 보여준다.
나노 사이즈로 피부전달체를 만들면 과연 피부전달력이 좋아지는가?
작으면 작을수록 피부전달력은 정말 좋아지는가?
이 문제에 대해 명확하게 답을 내려줄 수 있는 사람은 아직 없을 것이다.
나노사이즈 피부전달체가 피부전달력이 좋은 이유는
사이즈 자체의 효과라기 보다 입자 표면의 다양한 성질
즉, 분자배열 정도, 소수성·친수성 특성, 표면의 구조적 특징 등 많은 이유가 있다.
이처럼 피부전달체 연구는 보이는 것이 전부가 아니고, 내가 아는 것이 전부가 아니기도 하다.
결론 및 고찰
이번 연구에서는 화장품 유효성분의 피부전달 촉진 및 이를 통한 피부효능 극대화를 위해 세라마이드와 지방산이 도입된 지질나노입자를 제조하였다. 이렇게 만들어진 지질나노입자들은 입자표면에 라멜라 구조와 같은 고차구조 형성을 통해 장기 안정도가 향상되었을 뿐만 아니라 피부전달 촉진 효과도 관찰되었다. 인공피부막과 3D 인공피부모 델을 이용한 in vitro 피부투과 및 미백 효능 실험 결과, 세라마이드 및 지방산을 포함하였을 때 피부투과 및 미백 개선 효과가 뛰어남을 확인하였다. 또한, 인체적용 임상시험 결과, 세라마이드 및 지방산을 포함한 지질나노입자가 피부전달과 미백 및 주름 개선 효과가 우수한 것으로 나타났다.
마치며
화장품산업에서 흥미로운 이슈거리중 하나가 바로 ‘사이즈 효과’이다. 리포좀, 나노에멀젼 및 지질나노입자와 같이 나노 사이즈로 피부전달체를 만들면 과연 피부전달력이 좋아지는가? 작으면 작을수록 피부전달력은 정말 좋아지는가? 사실 이 문제에 대해 명확하게 답을 내려줄 수 있는 사람은 없을 것이다. 이번 IFSCC에서도 이러한 사이즈 효과가 이슈가 되었다. 필자의 발표가 끝난 다음, 나노사이즈 피부전달체와 피부전달력과의 관계에 대해 질문을 받았다. 나는 “모든 경우에 있어 다 그런 것은 아니지만, 솔직히 큰 관계는 없을 것 같다”고 답변했다. 나노사이즈 피부전달체가 피부전달력이 좋은 이유는 사이즈 자체의 효과라기 보다는 입자 표면의 다양한 성질 즉, 분자배열 정도, 소수성·친수성 특성, 표면의 구조적 특징 등 많은 이유가 있다. 따라서, 딱 잘라서 입자가 작기 때문에 더 잘 들어간다라고 단정짓는 것은 무리가 있다고 생각한다. 이처럼 피부전달체 연구는 보이는 것이 전부가 아니고, 내가 아는 것이 전부가 아니기도 하다.
올해 IFSCC에서 발표한 논문명은 ‘Enhancement of skin efficacy and barrier function by skin lipid enhancer incorporated-Lipid Nano Particles through the interaction with stratum corneum’이다.
REFERENCES
[1] J. B. Lee, M. Sung, M. Noh, J. Kim, J. Jang, S. J. Kim and J. W. Kim, “Effective Association of Ceramide-Coassembled Lipid Nanovehicles with Stratum Corneum for Improved Skin Barrier Function and Enhanced Skin Penetration.” Int. J. Pharm. 579, 119162 (2020)
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