(glycolic acid)), PLGA(poly(lactide-co-glycolide)), PCL(poly(ε-caprolactone)) 등이 있으며, 이들을 사 용하여 활성 성분들을 함유한 수십~수백 나노미터 크기의 나노입자들을 제조하는 연구가 진행되고 있다.
이들 생분해성 고분자는 esterase라는 생체 내에 존재 하는 효소에 의해 분해가 촉진되므로, 일단 피부 속으
로 흡수되면 고분자 물질의 분해와 함께 그 속에 함유 되어 있던 활성 성분들이 서서히 방출되어 지속적인 생리 활성 효과도 기대할 수 있다. 최근에는 이런 고 분자 물질에 특정한 외부 환경(pH, 온도, 자외선, 리 간드 등)에 대해 민감하게 작용하는 특성을 부여함으 로써 원하는 부위에서 정확히 작용할 수 있는 지능형 전달체를 개발하는 연구도 활발히 진행되고 있다.
결론
여러 원인에 의해 발생되는 피부노화를 억제하거나 개선하기 위해서는 다양한 연구가 요구되므로 유해산 소 소거 물질, MMP-1 억제나 콜라겐 생성촉진 등과 같은 기존영역 외에 새로운 기전연구를 통해 epidermal, cellular aging 등의 연구 영역이 확대되고 있다. 또한, 물질의 효능을 극대화시키기 위하여 리포 좀이나 IT/BT의 나노기술을 이용한 효능물질의 피 부 투과 증진 및 DNA microarray를 이용한 새로운 항노화 target 발굴 등의 응용 연구들도 활발히 진행 되고 있어, 향후 새로운 형태의 피부노화 화장품 개발 까지도 기대할 수 있을 것으로 생각된다.
그림 5. Self-assembled Nanoparticle.
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김은기·이향복
인하대학교 생물공학과, ekkim@inha.ac.kr, hbjbb@hanmail.net
서론
화장품 산업은 인간의 미와 신체에 관련되는 욕구 를 충족시켜주는 이미지 산업으로서 고부가가치가 창 출되는 산업으로 경제성장에 따른 소득수준의 향상과 여성의 사회활동 증가에 힘입어 2001년 기준 4조원의 시장으로 확대되고 있다.
기능성화장품(cosmeceuticals)은 일반적으로 세정 과 미용 목적 이외의 특수한 기능이 부여된 화장품을 일컫는 말로 공식적으로 인정된 용어는 아니지만 화
장품(cosmetics)과 의약품(pharmaceuticals) 사이에 존재하면서 유효성과 안전성이 향상된 제품을 의미하 는 것으로 국제적으로 통용이 가능하다고 할 수 있다.
국내에서는 피부의 미백에 도움을 주는 제품, 피부 의 주름개선에 도움을 주는 제품, 피부를 곱게 태워주 거나 자외선으로부터 피부를 보호하는데 도움을 주는 제품으로 정의되어 있다.
2000년 7월부터「화장품법」 이 시행되면서 피부미
백, 피부주름개선, 피부를 곱게 태워주거나 자외선으
로부터 피부를 보호하는데 도움을 주는 제품의 3군으 로 정하고 있고, 따라서 기능성화장품이 법조항에 포 함됨에 따라 제품의 품질향상 및 고기능, 다기능을 추 구하는 세계 화장품들과 경쟁할 수 있는 발판의 계기 가 되어 기능성 화장품의 비중이 매년 8% 이상 급속 히 증가하고 있다.
2001년 9월 식품의약품안전청에서「기능성화장품 등의 심사에 관한 규정」을 고시한 이후, 신규 기능성 화장품의 승인을 받기 위한 심사신청이 쇄도하고 이 에 따른 기능성화장품의 기준, 심사제도 효율성, 평가 기관, 사후관리대책 등에 관한 문제들이 지적되고 있 다. 이는 기능성화장품의 객관적인 근거의 부족이 가 장 큰 이유라고 생각되어진다.
따라서 본 내용에서는 국내 기능성 화장품 산업에 대한 전반적인 현황과 미백관련 기능성화장품의 개발 연구동향에 대하여 언급하고자 하며, 이들의 기능성 확대를 위하여 미백관련 기작에 대하여 간단히 다루 고자 한다.
기능성화장품의 시장 및 기술동향
세계시장 규모는 2000년도 81조원으로 추정되며 앞 으로 연평균 6.4%의 성장률을 지속하고 있다.
화장품 총매출 규모는 3조 1억원으로서 그 중 미백 화장품의 경우 국내 시장규모는 총 940억 수준으로 전체 화장품시장의 3%정도를 차지하고 있으며 또한 기초화장품의 비중이 50%를 상회하고 있다(2000년 도 화장품공업협회 생산 수입실적자료 참조). 국내 기 능성 화장품 시장규모를 볼 때, 2005년 국내 생산 5,967억원, 수입 6,400만 달러 등으로 매년 15% 이상 꾸준하게 성장하고 있다(식약청). 따라서 2005년 국 내 화장품 생산과 기능성 화장품 및 미백 기능성 화장 품 시장규모를 근거로 하여 2007년 예상되는 시장규 모는 [표 1]과 같다.
전반적인 국내 경기침체에도 불구하고 전체 화장품 시장은 2007년 57,400억으로 4.1% 성장을 기대하며, 기능성 화장품은 2001년 2,709억 대비 2005년 현재
5,968억원으로 220.3%의 큰 폭의 증가추세를 보였다.
그 중 미백화장품은 2001년 515억 대비 2005년 현재 1,355억원으로 263.1%로 두드러진 성장을 하고 있다.
식약청으로부터 2006년 12월말 현재 3,169개의 품 목이 기능성화장품으로 승인을 받았는데 이중 자외선 차단 화장품의 승인건수는 640개(20%), 미백화장품 은 803개(25%), 주름개선 화장품은 556개(17.5%)이 며, 미백과 주름개선이 116개, 미백과 자외선차단이 59개, 주름과 자외선 차단이 987개(31%)에 이르고 있다. 이중 미백이 포함된 제품이 전체의 31.1%에 이 르는 986개 품목에 이른다.
특히 미백화장품 관련된 특허출원을 살펴보면 2001 년 11월 공개분 기준 약 170여건으로 1985년 특허출 원이 시작된 이후 1995년 이후부터 연평균 16%의 출 원 증가율을 보이고 있다.
국내 특허 동향을 기술별로 보면 전체 특허출원동 향에서와 같이 국내의 경우 자외선 차단이나 주름개 선을 위한 기능성화장품보다 미백에 대한 특허 출원 이 많은 것으로 나타나 기능성화장품에 관한 국내의 기술개발이나 상품개발에는 미백관련 제품에 대한 수 요가 많은 것으로 보인다. 또한 한가지 두드러지는 것 은 기능성화장품의 주요 기술분야 뿐만 아니라 한가 지 이상의 복합적인 기능을 위한 기술동향도 알 수 있 다. 90년대 초반부터 기능성화장품의 개별적인 기술
세계 2,540,000
시장규모 (고급 화장품：751,840 2,794,000 스킨케어：551,180)
한국 52,785
시장규모 (기능성 화장품：5,968 57,400 미백기능성화장품：1,355)
* 산출근거：2005년 국내화장품 생산추이(대한화장품공업협 회 ), 2007년 화 장 품 산 업 전 망 ((주 )아 모 레 퍼 시 픽 ), Datamonitor 2006(PLS COS & Bio AC), 세계화장품시장동향 (한국보건산업진흥원)
표 1. 2007년도 기능성화장품 예상규모 (단위：억원)
구분 현재의 시장규모 예상 시장규모
(2005년) (2007년)
이 나타나기 시작하면서 90년대 후반으로 가면서 하 나의 기술에 의존하지 않은 다기능적인 복합기술의 연구개발이 서서히 증가하고 있다.
국내에서 출원되는 기능성화장품관련 특허를 분석 하여보면 미백, 주름개선 및 자외선 차단의 기능을 효 과적으로 나타내는 활성성분에 관한 내용이 중요함을 알 수 있다. 미백활성성분별로는 천연식물 추출물이 44%, 신규 화합물이 25%, 기존 미백성분으로 알려진 비타민 C 유도체 등 그 밖의 물질이 31%로 나타났고, 천연식물을 통한 새로운 미백물질의 탐색은 국내 업 체가 특히 주력하는 분야이나, 외국 업체도 관심을 보 이고 있어 이는 세계적인 흐름으로 보인다.
피부미백
1) 피부미백제의 개발
멜라닌은 자색에서 검은색을 띠는 유멜라닌 (eumelanin)과 황색에서 적색을 띠는 페오멜라닌 (pheomelanin) 두 종류가 있으며, 표피의 기저층에 존재하는 멜라닌 세포에 의해 생산되고 주변 각질형 성세포로 전이되어 피부색을 나타낸다.
피부색의 변화는 이러한 멜라닌세포 수의 변화, 멜 라닌소체의 생산이나 구조의 이상, 멜라닌소체의 멜 라닌화 이상, 각질세포의 이동 정도 및 멜라닌의 소실 되는 정도 등 여러 가지 요인에 의하여 결정되는데 이 들은 유전, 대사, 내분비, 영양, 염증, 감염, 종양, 물리 적 및 화학적 요인들에 의하
여 크게 좌우된다.
이러한 멜라닌 생성을 억제 하는 것은 미백화장품 연구의 주류를 이루면서 멜라노사이 트 내에서의 멜라닌 생성을 억제하는 것과 멜라노사이트 자극물질을 조절하는 것, 그 리고 멜라닌 배설을 촉진시키 는 것으로 크게 3가지 방향으 로 이루어지고 있다.
멜라닌 생성을 억제하는 것은 멜라닌 생성에 관여 하는 효소인 타이로시나제(tyrosinase)의 활성부위의 필수요소인 구리(Cu)를 제어하거나 타이로시나제 관 련단백질 I(TRP-1：tyrosinase related protein I) 및 타이로시나제 관련단백질 II(TRP-2：tyrosinase related protein II)의 필수요소인 철이온(Fe)을 제어 하여 효소활성을 불활성화 시키거나 멜라닌 생성 중 간체의 생성[그림 1]을 억제하는 물질의 개발이 주를 이루었으며 코지산(kojic acid), 알부틴(arbutin), 비 타민 C 유도체, 루시놀(rucinol) 등이 대표적인 미백 제로 알려져 있다.
미백화장품에는 이들 미백성분 외에도 보조성분으 로 자외선 차단제가 함유되어있는 경우가 많으며, 화 장품에 함유되는 기능성 성분들의 효과를 극대화하기 위한 안정성, 경피흡수에 관한 기술개발 관련연구가 진행되고 있다. 특히 핵심성분인 레티놀 비타민 C, 알 부틴, 스핑고리피드 등은 빛 온도 공기 등에 매우 불 안정하므로 이를 극복하기위한 원료 안정화 기술에 대한 연구가 활발한 편이다.
2) 피부미백 원료
미백화장품은 자외선에 의한 기미, 주근깨 등을 완 화시키고 멜라닌 색소의 생성을 억제하는 목적으로 개발된 제품이다. 미백화장품 원료개발에 대한 연구 는 우리의 전래 민간요법 또는 한방관련 전통의학에
O2 DOPA O2
DOPA quinone
DOPA chrome Cystelne
DHI
DHICA
Cysteinyl DOPA
DCT Tyrosine
Indole-5,6-quinone Tyrosinase
Tyrp1 or Tyrosinase Tyrosinase
Indole-5,6-quinone carboxylic acid HO
HO HO
HO
HO
HO HO
HO
HO
HO
COOH COOH
COOH COOH
COOH
COOH COOH
COOH
NH NH
NH NH
O
O
O
O
O
O
O N
NH2 NH2 NH2
NH2
NH2 S CH2 CH
eumelanin
pheomelanin
①,
③,
②,
④,
그림 1. 멜라닌 생성경로.
기반을 두고 있고 소비자들의 선호도가 높은 식물성 에 집중되고 있다.
대표적인 새로운 물질로는 타이로신의 산화를 촉매 하는 효소인 타이로시나제의 활성을 저해하여 멜라닌 생성을 억제하는 상지(mulberrin)추출물, 닥나무 (kazinol F)추출물, 반하 추출물 등이 개발되어 미백 제품의 차별화 원료로 제품에 이용되고 있다. 현재 식 약청에 고시된 미백화장품의 원료는 닥나무 추출물, 알부틴, 에틸아스코르빌 에테르, 유용성 감초 추출물 등이 있다.
3) 피부미백 연구전망
멜라노사이트 세포를 활성화하는 인자들은 엔도세 린(endothelin-1), 멜라노사이트자극호르몬(
α- MSH), 일산화질소, 히스타민(histamine), 피리딘 다 이머(pTpT) 등을 포함한 십 여종에 달하며 현재 멜 라노사이트 활성화를 유도하는 정보전달물질들의 활 성을 저해하는 성분들이 식물 추출물에서 다수 발견 되고 있고, 이밖에 태반 추출물은 조직대사의 항진작 용이나 각질층의 박리를 촉진시켜 미백화장품 소재로 널리 이용되고 있고, 표피세포의 분열을 촉진시키는 레티노인산이 노인성색소반에 유효한 것으로 보고 되 고 있다.
향후에는 케라티노사이트의 증식, 분화를 회복시키 거나 낡은 각질층의 박리작용을 촉진시켜 결과적으로 는 대사를 항진시키는 소재들이 멜라닌 배설을 촉진 시키는 기능을 가질 것으로 기대되며 최근 인간 유전 체 연구가 완성단계에 도달함에 따라 피부미백 메카 니즘에서 가장 중요한 역할을 담당하고 있는 타이로 시나제 유전자의 프로모터 영역을 제어하여 타이로시 나제 단백질의 합성을 제어할 수 있는 저해제나 타이 로시나제의 mRNA을 불활성화하는 저해제 등 유전 자레벨에서의 연구결과를 활용한 미백제의 개발이 진 행될 전망이다.
피부미백 관련 기작 1) 멜라노사이트 활성인자
국내 기능성화장품의 주를 이루며 급성장하고 있는 미백관련제품들의 주요 성분들에 대한 효능을 이해하 기위하여 멜라닌 생성 및 합성에 대하여 피부 세포내 의 유전자 및 분자적 수준에서의 기작을 살펴볼 필요 가 있다. 이는 멜라닌이 형성되어 축적되는 멜라노사 이트내에서 주요한 인자로 여겨지는 멜라노사이트 활 성인자들이 미백화장품 개발에 있어 주요한 목표물로 지목되어지고 있기 때문이다.
신경능으로부터 유래된 멜라노블라스트 (Melanoblast)는 표피로 이동하여 수지상돌기 (Dendrite)가 있는 세포인 멜라노사이트로 분화되고 이곳에서 멜라닌이 형성된다. 이러한 과정에서 필수 적으로 작용하는 인자들에 대하여 언급하고자 한다.
멜라노사이트의 생존과 번식, 분화를 조절하는 요 소들로는 Wnt, 섬유아세포 성장인자(fibroblast growth factor :FGF/FGF2), 골형성 단백질(bone morphogenetic protein: BMP) 그룹, hepatocyte growth factor/scatter factor(HGF/SF), mast/stem cell factor(M/SCF), 엔도세린, 멜라노트로핀 (melanotropin) 등으로, Wnt/베타 카테닌 신호 경로 가 먼저 활성화되어지면 KIT, ET3/endothelin B와 hepatocyte growth factor(HGF)/MET 등이 활성 화되어진다.
Wnt는 신호전달 단백질로 배발생 단계에서 줄기세 포 조절과 같은 다양한 발생과정에 관여하며, Frizzled receptor 그룹을 활성화 시켜 글리코겐 신타제 키나제 3베타(glycogen synthase kinase 3β:GSK3β) 효소 를 통하여 베타-카테닌( β-catenin)을 조절하게 된다.
인산화된 글리코겐 신타제 키나제 3베타 효소는 MITF의 ubiquitionation 및 degradation을 유도하게 된다. 베타-카테닌이 축적되어 핵내로 이동하게되면 LEF/TCF transcription factor와 결합하여 결론적으 로 MITF 유전자 발현을 활성화시키게 된다.
멜라닌자극호르몬( α-MSH)이 멜라닌자극호르몬
수용체(MC1-R: melanocortin-1 receptor)와 결합하 여 adenylyl cyclase를 활성화시키게 되고, cAMP 수 준이 증가하게되면 cAMP-dependent protien kinase(PKA)가 CREB(cAMP response element binding protein)을 인산화시켜 결국은 멜라노사이트 특이적인 MITF promoter를 활성화시킨다. 멜라닌합 성의 주요한 3가지의 효소인 타이로시나제, 타이로시 나제 관련 단백질 I, 타이로시나제 관련 단백질 II는 모두 MITF DNA 결합 부위를 지니고 있어 이들 promoter region과 MITF DNA의 결합으로 이들 멜 라닌합성관련 효소들이 유전자가 활성화되어진다.
Steel factor/C-kit receptor는 초기 멜라노사이트 전구체의 발달에 필수적인 역할을 한다. C-kit은 platelet-derived growth factor(PDGF)에 속하는 tyrosine kinase로써 embryonic melanoblast의 성장 과 분화에 영향을 미친다. 다시 말하면, 세포벽의 표면 에서 steel factor는 KIT receptor와 결합하여 tyrosine 잔기에 phosphate group을 대체하고 tyrosine은 inactive에서 active 형태로 전환하여 줌으로써 embryonic melanoblast의 성장과 분화를 조절한다 [그림 2].
멜라노사이트는 발달하는 동안 생존과 번식은 활성화된 MET가 hepatocyte growth factor(HGF) ligand와의 결합에 의해 나타나 는데[그림 2], 멜라노블라스트에 서 MET 유전자가 손실되면 초 기 신경능의 이동에 문제가 나타 나게 되고 HGF가 과발현되거나 피부표피의 멜라노사이트 분포가 증가하게 된다.
엔도세린(endothelins)은 성장 인자(growth factor)로 엔도세린 단백질은 ET1, ET2, ET3 3개로 구분되어져 있고, EDNRA, EDNRB의 endothelin receptor
가 존재하고 있다. ET3는 EDNRB와의 결합은 멜라 노블라스트의 생존과 이동에 매우 필수적인 요소로 작용하여 돌연변이가 생길 경우 멜라노사이트의 손실 을 초래하게 된다.
위에서 언급한 멜라노사이트 활성인자들에 의해 멜 라노사이트 특이적인 최종 목표 유전자가 활성화되고 결국은 멜라닌합성관련 효소들이 형성이 되는 것이다.
핵에서 만들어진 멜라닌관련 효소 유전자들이 소포체 (endoplasmic reticulum)와 골지(golgi)를 통하여 이 동하면서 당화(glycosylation)가 이루어지는데 이때 완성된 단백질의 형태를 지니게 되어 멜라닌 합성에 중 요한 인자로 작용한다. 이는 세포벽과 결합된 소기관인 멜라노좀으로 이동하여 멜라닌을 형성하게 된다.
결국 멜라노사이트에서 형성된 멜라닌은 멜라노좀 을 통하여 케라티노사이트로 이동하여 피부표피의 색 을 결정하게 되는 것이다. 멜라노좀이 이동하는데 관 여하는 인자로는 Rab 27a, Myosin Va 등이 있고, 멜 라노좀의 케라티노사이트로의 이동에는 3가지 가설이 제기되고 있다. 멜라노사이트로부터 세포간으로 방출 된 후 케라티노사이트에의 흡수, 멜라노사이트와 케 라니토사이트의 plasma membrane fusion, 멜라노사
그림 2. 멜라노사이트에서의 Growth Factor와 Receptor와의 결합.
이트 수지상 돌기부분의 케라티노사이트로의 함몰 (exocytosis)이 그것이다.
맺음말
화장품 산업은 산업규모나 국가경쟁력 등을 감안할 때 정밀화학 산업중 의약품 산업 다음으로 큰 산업 분 야로서 의약품과는 달리 적은 집중 투자로서 경쟁력 을 가져올 수 있는 산업분야이지만, 의약품과는 달리, 약학대학 등을 통한 전문인력 양성기관도 없고 또한 정부기관 내에서도 화장품산업의 발전을 다룰 수 있 는 부서도 없는 실정이다. 이러한 시점에서 화장품 산 업분야의 기초 및 응용연구에 연구비를 투자함으로서 국제경쟁력을 키워 나갈 수 있도록 하여야 할 것이다.
미백 기능성화장품의 개발 소재들은 주로 티로시나 제의 억제, 항산화제에 의한 환원작용, 멜라닌의 전이 억제기작 등으로 다원화되었으나, 기대하였던 것에
비하여 효과가 크지 못한 것이 현실이다.
최근 멜라닌세포의 생물학적 조절에 대한 연구가 진행됨에 따라 멜라닌세포와 멜라닌세포의 주위환경 의 조절에 의하여 멜라닌생산을 조절하려는 노력이 시작되고 있고, 기능성화장품 특허 현황이나 승인현 황을 보더라도, 화장품 소재분야에 있어서 2004년부 터는 천연물을 이용한 surfactant, preservative, 색소, 향 등의 개발이 활발해지고, 새로운 미백제들이 생약 성분으로부터 또는 합성법으로 계속 개발되어지고 있 는 것으로 보인다.
따라서 피부 세포간 상호 정보전달과정에 포함되는 미백 신소재 개발이 추진 중이며 이는 앞서 언급한 피 부미백 기작에 근거한 목표물에 관련된 소재의 멜라 닌 생성억제제로서 미지의 가능성을 갖는 새로운 미 백화장품의 미래를 기대 할 수 있을 것이다.
김 태 성
Cognis Korea, ts.kim@cognis.com
서언
퍼스널 케어용품(personal care product)이란 사람 의 머리끝부터 발끝까지 인체의 모든 부분에 대하여 청결하고, 건강하며, 아름답도록 관리하는 것을 목적 으로 피부 또는 모발의 표면에 직접 사용되는 제품을 말하며, 적용하는 부분에 따라 얼굴과 바디를 포함한 피부용과 모발용으로 나뉘어 질 수 있다. 우리나라의 약사법에서 정의하는 퍼스널 케어용품은, 사람의 신 체를 청결히 하고, 미화하고, 매력을 증가시키고, 용모 를 변화시키고, 또는 피부 혹은 모발을 건강하게 유지 하기 위하여 신체에 도포, 산포, 기타 이들에 유사한 방법으로 사용되는 것을 목적으로 인체에 대한 작용 이 완화된 것을 말한다라고 정의되어 있다. 현재 약사
법에서 분명히 하고 있는 것은, 퍼스널 케어제품은 의 약품과 다르고, 건강한 사람을 대상으로 하여 인체를 청결히 유지한다는 위생적인 면과 아름답게 하는 것 이 목적이며, 일상 생활에서 매일 또는 장기간에 걸쳐 사용되기 때문에 모든 조건을 고려하여 사용상 안전 해야 하며, 부작용은 허용되지 않는다.
피부용 제품은 주로 고형 및 액상의 오일성분, 분체 (색조화장품의 경우), 계면활성제(유화제, 가용화제, 분산제 등), 보습제, 점증제, 향료, 정제수, 기타 유효 성분으로 구성되어 있으며, 사용되는 화합물의 종류, 함량, 그리고 제조하는 기술에 따라 다양한 제형과 사 용감을 갖는 제품이 탄생하게 된다. 즉, 피부와 모발에 대한 새로운 생리 활성 현상들이 밝혀지고, 제품이 사
