LED 광원으로 에델바이스·인삼·병풀 엑소좀 생산성 증가

LED와 같은 빛을 이용해 엑소좀 생산성을 높인 연구 결과가 나왔다. 코스메카코리아 기술연구원은 특정 영역의 파장이 식물 생장에 도움을 되는 것에 착안해 정제된 빛(LED 광원)에 노출된 식물의 세포외소포체 증가를 보여주는 사례를 발견했다. 이번 연구에는 에델바이스를 이용했다. 에델바이스는 피부 노화를 유발하는 활성산소를 억제하여 뛰어난 항산화능을 가지고 있고 글리코플라보노이드(Glycoflavonoids), 레온토포딕산(Leontopodic acid)이 함유되어 피부 진정 및 보호 효과가 뛰어난 안티에이징 성분으로 사용되어 왔다.

코스메카코리아 기술연구원 관계자는 “현재까지 LED 광원에 노출된 식물의 세포외소포체(EVs)가 증가된 사례는 보고된 적이 없으며, 정제된 광원에 노출된 식물의 세포외소포체 증가를 보여주는 최초의 사례”라고 밝혔다.

SCI(과학기술 논문 인용색인)급 학술지도 이같은 연구 성과를 인정했다. 코스메카코리아 기술연구원이 제출한 특정 발광 다이오드(LED) 처리로 식물 및 식물 세포 조직(EVs, Extracellular Vesicles)을 증가시키는 기술 개발 및 이에 관한 ‘식물 및 식물 세포 조직 증가 기술’ 연구논문이 CIMB(Current Issues in Molecular Biology) 저널(임팩트 지수·Impact factor 3.1)에 2023년 12월 16일 게재됐다. CIMB 저널은 스위스 소재의 학회지로 분자 생물학 및 분자 미생물학의 모든 영역에 대한 리뷰를 게시하는 오픈 액세스 저널이다. 논문명(Article) ‘Improve-ment in Yield of Extracellular Vesicles Deri-ved from Edelweiss Callus Treated with LED Light and Enhancement of Skin Anti-Aging Indicators.’(https://www.mdpi.com/1467-3045/45/12/634) 

고훈 CCS 선임연구원에게 이번 연구에 관한 내용을 들었다. 고훈 선임연구원은 2016년 코스메카코리아 CIR센터에 입사해 화장품 제형 연구를 하고 있다. CCS(Cosmecca Complex Skincare) 연구소는 코스메카코리아의 기초 화장품 연구를 담당한다. Emulsion Lab., Skin Toner &Mask Lab., Hair & Cleansing Lab., 향료 파트로 나뉘어 스킨케어부터 헤어&바디까지 기초 화장품 연구개발을 진행한다. 또한 국내 및 해외 고객사의 니즈에 맞는 글로벌 비즈니스에 최적화된 토탈서비스를 제공하고 있다.

고 연구원은 “가치소비를 중시하는 최근 화장품 소비자는 비건 화장품에 대해 관심이 높은데, 비건 화장품을 연구개발한다는 것만으로도 가치 있는 일에 동참하고 있다고 생각한다”면서 “식물 유래 소재관련 연구를 바탕으로 피부에 도움이 될 수 있는 고부가가치 비건 화장품을 개발할 수 있도록 더욱 노력하겠다”고 말했다.

Q. 이번 논문의 주요 내용을 설명해주세요.

발광다이오드(LED) 광원을 활용하여 에델바이스 세포외소포체(EVs) 생산성을 향상시키는 실험 결과, 특정 파장에서 생산성 증가 및 피부 노화 지표에서의 개선을 확인했습니다. (이 논문에서는 특정 파장에 처리된 에델바이스캘러스가 △세포외소포체 생산 향상 △효과적인 활성산소 생성 억제 △세포외 멜라닌 분석을 통한 멜라닌 생산 억제 효과가 나타나는 것을 확인했다. 김미정 GFC 연구소장 등과 함께 연구해 논문을 제출했다.)

Q. 이번 논문이 갖는 의미는 무엇인가요? 

캘러스는 식물 줄기세포라고 불리며, 여기에서 EV(extracellular vesicles)라고 하는 세포외소포가 나옵니다. 30~200nm를 엑소좀이라고 합니다. 인체줄기세포 배양액의 핵심 성분이 엑소좀이라는 것이 최근에 밝혀졌는데요. 이러한 엑소좀이 다른 미생물 또는 식물체에서 밝혀내는 것이 난해한 상황이었습니다. 식물체에서의 엑소좀 연구는 매우 드뭅니다. 엑소좀의 생산을 높이기 위해서는 Pathogen이라는 식물병원체를 이론상 사용할 수 있는데 이는 심미적, 안전성 이슈로 실제 사용할 수 없습니다. 이번 연구는 엑소좀을 증가시키기 위한 것이며, 특히 LED와 같은 빛을 이용하여 엑소좀 생산성을 높인 연구이고 이는 세계 최초 보고입니다.

Q. 캘러스 연구에서 성과를 내기 어렵다고 하는데요. 이 연구를 어떻게 시작했나요? 

(캘러스(Callus)는 식물체에 상처가 났을 때 상처 주변에서 만들어지는 분열이 왕성한 조직으로 ‘식물의 줄기세포’라고 불린다.) 캘러스 배양(Callus culture)은 매우 까다로운 방법입니다. 온도, 습도, 배양기간, 배지의 조성 등 신경써야 할 부분이 대단히 많습니다. 또 대량 배양에서 오염 발생 시 막대한 피해를 초래할 수 있는 매우 어려운 기술입니다. 하지만 캘러스 연구는 장점도 많습니다. 캘러스는 멸종가능성이 있는 식물체를 키우는 기술이며 캘러스 조건으로 배양 시 생리활성 물질을 정밀하게 제어가 가능하고, 특히 멸종가능성이 있는 식물을 보존하는 기술입니다. 마케팅적으로 식물 줄기세포로 알려져 있어 화장품 업계에 있어 매우 고부가가치 기술이며, 환경을 보호하는 기술이라고 생각합니다. 

Q. 에델바이스 캘러스(Edelweiss Callus)는 무엇인가요? 

에델바이스 캘러스는 멸종위기종인 에델바이스를 캘러스화하여 배양한 식물체를 의미합니다. 아시다시피 에델바이스의 생육지는 매우 국소적이며 지구온난화 등으로 인하여 원산지에서 자생하는 면적이 급격히 줄어들고 있습니다. 에델바이스 캘러스는 이들을 파괴하지 않고 효능 물질을 극대화시켜 얻을 수 있는 방법으로 인식되고 있습니다. 

Q. LED를 쬐었을 때 효과가 극대화되는 

이유가 무엇인가요? 특히 Magenta-LED가 가장 효과적인 이유는 무엇인가요? 

식물은 빛의 파장에 따라 생리 반응합니다. 특히 식물 광합성에 가장 도움을 주는 파장은 440nm 청색 빛과 660nm 적색 빛으로, 특정 영역의 파장이 식물생장에 도움을 준다는 사실을 알 수 있습니다. 형광등의 경우에는 모든 파장, 즉 식물생장에 불필요한 파장 또한 포함되어 있어 식물의 생육을 저해할 수 있습니다. 그러나 LED 조명은 일반 조명과 달라 LED 반도체 특성상 고유 파장을 생성할 수 있으며, 식물생장에 도움을 주는 빛은 생성하되 광합성에 도움을 주지 않는 빛은 제외할 수 있습니다. 이에따라 청색과 적색 빛이 합쳐진 M-LED 광원을 선택했습니다.

Q. LED-Callus EV가 피부 노화에 효과적인데요. 

에델바이스는 피부 노화를 유발하는 활성산소를 억제하는 뛰어난 항산화능을 가지고 있으며, 글리코플라보노이드, 레온토포딕산이 함유되어 피부 진정 및 보호효과가 뛰어난 안티에이징 제품에 사용되어 왔습니다. 이를 바탕으로 LED광원에 의해 처리된 에델바이스 EVs는 농도가 높을수록 ROS(활성산소종) 생성 억제 활성이 높은 것을 확인하였습니다.

Q. 다른 연구결과에서 panax vietnamensis에 LED 조사 시, ginsenoside의 양이 

증가한다는 사실을 확인한 바 있는데요. 

다양한 식물종에도 LED조사를 통해 효과를 극대화할 수 있나요?

에델바이스의 경우 LED 조사에 의해 활성 성분이 늘어났음을 확인하였고, 미백, 항산화 실험을 통해 EV의 양 뿐만 아니라 질도 좋아졌습니다. 이뿐 아니라 인삼, 병풀에서 LED 조사에 의해 엑소좀이 늘어난 것을 확인했습니다. ‘정제된 빛(LED)’에 의해 식물체가 다시 태어난다는 콘셉트 부분을 과학적으로 보완해주는 개념 기술이라 사업적으로도 많은 이점을 갖고 있습니다. 많은 고객사의 관심을 바탕으로 관련된 식물체에 LED를 조사함으로써 관련 연구를 확장할 예정입니다.

Q. 인체 피부에 도포했을 때도 효과적인가요?

특정 고객사를 대상으로 에델바이스 캘러스가 함유된 제품의 임상시험을 진행했고, 뛰어난 효과를 확인했습니다. 이번 연구 결과 가운데 아직 공개할 단계가 아닌 내용도 있으니 양해 부탁합니다.

Q. 이번 논문이 화장품산업에 어떤 도움이 될까요?

에델바이스 뿐만 아니라 병풀, 인삼에서도 일관된 결과를 확인했습니다. 다양한 종의 식물 유래 세포외소포체를 활용한 화장품 개발로 피부 상태 개선에 도움을 줄것으로 기대합니다. 앞으로 비건 화장품 개발을 위한 식물 유래 소재 관련 연구 경쟁력을 강화할 수 있을 것으로 봅니다.