서론
최근의 화장품기술은 1970년 이후 사용성 안전 성과 유효성 유효성과 기능성 중시에서 2000년 이 후에는 IT/BT의 기술발전 등으로 인하여 피부에서 생리적인 활성을 조절할 수 있는 cosmeceutical 등을 중요시하게 되었다. 이에 대한 기술동향으로 피부노 화에 대한 다양한 기전연구와 DNA chip등과 같은 biolological technology를 이용한 활성물질 발굴과 같 은 소재개발 기술의 발전, 3-D 배양기술이나 in vivo 인체효능 평가법을 이용한 효능물질들에 대한 검증 기술 그리고, 효능물질의 안정화 기술이나 nanotechnololgy 기술 등이 발전됨에 따라 효능물질 들의 피부투과를 촉진함으로써 효능을 극대화 하려는 연구들이 다양한 분야에서 활발히 진행되고 있다.
기능성 화장품 중에서 주름개선을 포함한 항노화 화장품의 개발은 고령화 인구의 증가로 인한 다양한 소비자 층의 확대와 미용 및 의료기술의 발전, 건강하 고 아름다운 피부를 원하는 소비자들의 관심 증가 등 으로 인해 장업계의 주요 관심분야가 되었다. 2005년 기준 국내 기능성 화장품 매출액(약 5,500억) 중 주름 기능성 화장품은 약 35~40%를 차지하고 있는 주요 관심분야로 자리 잡고 있다.
주름개선 기능성 화장품은 노화를 지연시키거나 자 외선 같은 외부적인 요인의 피해를 경감시키는 원료 를 통해 주름개선과 예방의 효과를 나타낸다. 이러한 기능성 원료들은 피부노화에 따라 기능이 저하된 세 포의 대사 촉진과 세포간 지질의 생성 등을 통해 주름 개선 효과를 보인다.
본론
일반적인 노화의 원인으로는 ① 유전자(DNA) 손 상에 의한 세포기능 저하 ② 텔로미어(telomere:염색 체 말단에 존재하면서 염색체의 손상이나 다른 염색 체와의 결합을 방지하는 기능을 가지고 있음) 단절로 인한 세포분열 억제 ③ 자유 유리기 이론(free radical theory:활성산소들에 의한 산화적 손상) ④ 독성물질 의 축적 ⑤ 면역체 이상(autoimmune response) 등 다양한 이론들이 알려져 있다. 이러한 이론들은 피부 노화에 주안점을 둔 것들은 아니지만 피부속 변화들 에 대한 설명시 위의 이론들은 피부노화에 적용될 수 있다.
피부노화는 나이가 들어감에 따라 자연히 발생하는 자연노화(intrinsic aging, 내인성노화)와 주위 환경, 특히 자외선에 의한 광노화(photoaging)로 나눌 수 있다. 광노화(photoaging)는 오랫동안 햇빛에 노출된 얼굴, 손등, 목뒤 등의 피부에서 관찰되는 노화현상을 말하는 것으로 내인성노화 현상과 자외선에 의한 영 향이 합쳐진 결과로 발생한다. 자연노화와 광노화 사 이에는 주름이 생성되는 기전이 세부적으로 차이는 있지만 ① 표피 세포의 증식이나 신진대사가 저하되 며 ② 표피-진피 사이의 결합이 약해 조그만 자극에 도 손상을 입기 쉽고 ③ 콜라겐 합성 감소 ④ 콜라겐 분해 효소인 MMPs(Matrix Metalloproteinases)의 과다한 발현 증가 등의 생리적 변화들이 나타나 피부 가 건조해지며 표피, 진피층의 구조적인 차이로 인해 탄력성을 잃어버리고 점차적으로 주름이 깊어진다 [그림 1].
손의동·황재성·장이섭
아모레퍼시픽 기술연구원 피부과학연구소 {edsohn, jshwang, ischang}@amorepacific.com
1) 주름생성의 주요한 원인
노화：나이가 들면서 체세포의 분열능력이 떨어지 고 세포수가 감소한다.
활성산소：반응성이 높은 활성산소가 세포의 주요 구성물질들을 파괴하면서 세포의 기능을 저하시킨다.
광노화：장기간 자외선에 노출된 피부는 피부속의
교원질(콜라겐)과 탄력섬유(엘라스틴) 등의 기질 단백질이 손상되어 피부내 교원질의 양이 부족해지 고 탄력섬유의 변형을 유발하여 피부노화를 촉진시 킨다[그림 2].
호르몬 감소：폐경기 이후 여성에서 피부 교원질 감소가 남성에 비해 크다고 알려져 있고 폐경 이후
Intrinsic aging Photoaging
Environmental pollution
Number of Keratinocyte Activity of Keratinocyte Epidermal change
MMPs↑
ECM Degradation↑
DEJ Weakening
Disorder of Antioxidant system↑
Fibroblast (number , activity ) Collagen (amount , denaturation↑) Accumulation of denatured elastin↑
Protein glycation↑
Stratrum Corneum Epidermis
Fibroblast Dermis
Elasticity
Elasticity Fine line
Deep Wrinkle
Collagen Elastin
그림 1. Mechanism of Skin Aging.
UV, Aging
Skin Procollagen Tropoelastin Fibrillin-1 Elastic Fiber
Normal skin
Damaged skin
(서울대 실험결과) 그림 2. The Comparison of Normal Skin and Damaged Skin(Aged Skin).
에는 주름살이 더욱 많이 발생하며 폐경 이후 estrogen을 복용한 여성에서는 복용하지 않는 경우 에 비하여 주름살의 발생이 감소한다.
흡연：흡연에 의한 피부 수분량의 감소와 담배 연 기의 직접적인 자극으로 인해 피부가 거칠어진다.
또한 흡연은 산소의 전달 양을 줄여 피부세포의 괴 사를 유발시킬 수 있고 콜라겐 생성을 억제시켜 주 름을 발생시킨다.
얼굴에 존재하는 근육의 분포와 근육의 움직임에 따라 주름이 발생하게 된다. 항상 얼굴에 짜증이 섞 여 있는 표정을 짓는 경우에는 이마에 내천(川)자 의 굵은 주름이 생기며, 항상 웃고 있는 얼굴에는 눈 주위에 잔주름이 많은 경향이 있다.
2) 피부노화의 대표적 임상학적 특징
피부노화가 진행되면 피부는 건조해지며 잔주름이 늘어나고 점차적으로 주름이 깊어진다. 그리고 표피, 진피 층의 구조와 기능적 변화로 피부가 탄력성을 잃 고 늘어져 보인다. 피부노화의 피부변화에 대한 임상 학적 특징은 피부가 얇고, 탄력성이 떨어지게 된다.
즉, 표피두께 변화, 진피표피 경계부(dermoepidermal junction)가 평평하게 되어 물리적 자극에 의해 상처 를 받기 쉽다. 또한 진피의 두께도 얇아지며, 혈관 감 소, 진피내의 섬유아세포의 수도 감소되어 상처치유 가 늦어지게 된다.
피부의 두께는 남녀 모두에서 공통적으로 나이가 들어감에 따라 감소하는데 개인 간의 편차가 심하
긴 하지만, 남자의 경우 표피의 두께는 10년에 7.2%씩 여자에서는 5.7%씩 감소하며 진피의 두께 는 남녀 모두 평균적으로 6%씩 감소한다. 사람이 100살까진 산다고 가정하면 사망할 때쯤 되면 피부 두께는 태어날 당시보다 약 60% 감소하여 있다고 예상할 수 있다.
콜라겐의 경우는 양이 감소하는 문제와 더불어 당 과 반응에 의해 콜라겐 사이의 부적절한 가교결합 증가로 인해 구조적 변형을 초래한다. 또한 자외선 에 의한 과다한 콜라겐 분해효소의 증가로 인해 피 부의 구성에 큰 변화가 생긴다.
탄력성 감소：사람의 피부는 나이가 들어감에 따라 점차적으로 탄력을 상실하게 되는데 어릴 때의 탄 력섬유(oxytalane fiber)는 수직으로 구성되어 있 다가 나이가 들어감에 따라 차츰 분해되고 없어지 면서 수평으로 배열된 탄력섬유(elaunine fiber)가 증가한다[그림 3]. 이러한 탄력섬유의 구성성분 변 화가 노화된 피부에서 탄력성 상실의 큰 요인으로 작용한다.
3) 기능성 항주름 원료
주름 개선과 예방을 위해 화장품 영역에서 다양한 기전의 많은 기능성 원료들이 개발되고 있다. 대표적 으로 비타민을 주성분으로 사용하는 화장품이 가장 일반적이고 여기에 천연물과 합성물이 새로운 원료로 개발되어 사용되고 있다. 지금까지 가장 많은 연구가 되었고 효능이 입증된 원료로는 비타민 A를 들 수 있
Oxytalane fiber
Elaunine fiber
그림 3. The Elastic Fiber in Young Skin(A) and Aged Skin(B).
(A) (B)
다. 하지만, 비타민 A는 고함량에서 피부자극을 유발 하는 문제도 있어 이를 개선하려는 연구들도 진행되 어 있다.
지금까지 개발된 항노화 원료들 중에서 소비자의 인지도가 높고 유효성도 검증되고 있는 대표적인 성 분은 비타민 A류이며, 그외 다양한 형태의 주름기능 성 원료가 개발되어 사용되고 있다[표 1, 2].
비타민 A류
일반적으로 비타민 A(retinol)는 레티노이드 (retinoid)에 속하며 레티노익산(retinoic acid), 레티 날(retinal) 등이 포함된다. 레티노익산은 피부자극성 으로 인해 화장품으로 사용되지 않으나 피부주름방지 에 매우 효과가 있어 그 유도체인 레티놀이나 팔미틸 산 등과 같은 다양한 유도체가 사용되고 있다. 레티놀 의 효능은 콜라겐의 합성 촉진을 통해 주름개선 효과 가 있다. 그러나 빛이나 열에 의해 쉽게 불안정화 되 어 안정화 기술이 필요한 성분이다.
폴리에톡시화 레틴아미드 (Polyethoxylated Retinamide) 비타민 A의 유도체로서 메디민 A라는 품명으로 불린다. PEG-Amide 합성기술을 통해 레티놀의 불 안정성을 개선한 물질로 콜라겐의 합성 촉진과 세포 재생효과가 있는 원료이다.
비타민 C
과도한 자외선 노출시 발생하는 유해산소 억제효과 와 콜라겐 생성 촉진이 있는 원료이다.
아데노신(Adenosine)
피부 섬유아세포의 DNA 합성을 촉진하고 단백질 합성을 증가시키며 세포의 크기를 증가시키는 역할이 있다고 알려져 있다. 또한 핵산의 합성을 증가시키고 단백질의 대사를 활발히 하여 세포의 항상성 유지를 해준다.
빈랑자 추출물
빈랑(Area catechu L)의 열매에서 추출한 원료로 아미노산, 플라노이드, 이소플라빈 등의 성분이 함유 되어 있으며 활성산소를 제거하여 피부의 산화적 스 트레스를 제거하여 피부노화를 방지한다.
4) 최근의 기능성 항주름 원료 개발 동향
최근의 항노화 연구 및 원료개발 동향은 안전성이 강조된 노화예방이라는 소극적인 개념에서 효능이 부 각된 치료라는 적극적인 개념으로 전환되고 있고 또 한, 전통의약을 근거로 효능이 입증된 신원료를 토대 로 global화 시키려는 노력들이 진행되고 있다.
기존 레티놀 제품의 개선과 관련되어 안정화 기술 이나 제형의 formulation 등 지속적인 up-grade가 이루어지고 있다.
다양한 피부노화기전 연구에 대한 결과와 이에 근 거한 생리활성 물질의 개발이 증가할 것이다. 그 예 로, 염증반응에 의한 피부노화억제 개선, 세포-세포 /세포-기질 단백질 부착능 강화, PPAR(peroxisome proliferation activated receptor)와 같은 핵 수용체 물질, DHEA와 같은 호르몬 전구체의 기능 발굴, 광노화에 의한 혈관 생성억제 물질 등 다양한 분야 에서 항노화 연구가 활발히 진행되고 있다[그림 4].
펩타이드
최근 관심이 집중되고 있는 분야로 peptide를 들 수 있다. 그 예로 보톡스 like peptide와 matrikine을
Retinol 2,500IU/g
Retinyl palmitate 10,000IU/g
Adenosine 0.04%
Polyethoxylated retinamide 0.2%
*KFDA: Korea Food & Drug Administration 표 1. Cosmeceutical Materials
Active ingredient publicly
announced by KFDA* Contents
Amorepacific IOPE Retinol 2500 Retinol LG ISA KNOX wrinkle Polyethoxylated
decline retinamide Hankook cosmetics A3F[ON] Adenosine 표 2. Cosmeceutical Products
Company Brands Active Materials
들 수 있다.
i)보툴리늄 신경독소(보톡스)는 뛰어난 항주름 작 용으로 인하여 화장품 산업 분야의 혁신으로 일컬 어져 왔으나, 독성에 의한 부작용이 문제시 되고 있는 상황이었다. 최근 보톡스의 항주름 작용은 유지하면서, 독소의 유해 작용을 제거한 합성 hexapeptide인 Ac-EEMQRR-NH2(Argireline) 이 발견되었다.
Argireline은 Ca
2+dependent exocytosis(세포외 유출) 또는 vesicular fusion(SNARE complex) 에 필요한 단백질복합체의 형성과 안정성에의 방 해 작용으로 신경전달물질의 분비를 억제한다. 구 강복용 또는 국부 도포시 유해 반응이나 자극이 없음이 in-vivo 실험을 통해 밝혀져 독성에 의한 부작용 없이 항주름 효과를 기대할 수 있게 되었 다.
ii)피부의 구성단백질들은 생성과 분해를 지속적으 로 반복하는데 최근 피부내의 단백질 분해산물들 이 새로운 신호전달을 할 수 있는 작용물질 (matrikine)로 언급되고 있는 상황이다. Matrikine 은 새로운 노화인자 또는 억제인자로서의 작용기 전을 통해 새로운 물질이 개발될 것으로 기대할 수 있다. 이에 대한 원료로는 콜라겐 C-terminal
sequence를 가진 pal-KTTKS 가 있다.
5) 피부투과 증진을 위한 연구 피부의 생리 활성에 유용한 성분들이 실제로 그 기능을 충 실히 수행하기 위해서는 그 성 분이 효과적으로 피부에 흡수 되어 필요한 위치에 전달되어 야 한다. 그러나 피부는 각질층 이라는 매우 강력한 장벽을 가 지고 있기 때문에 피부에 유용 한 성분을 피부 내로 전달하기 란 쉽지 않다. 이를 극복하기 위해 다양한 약물 전달 기술들이 개발되고 있으며 대표적인 몇 가지를 소개 하면 다음과 같다.
리포좀(Liposome)
인지질의 이중막으로 구성된 공 모양의 작은 입자 인 리포좀은 생체에 대한 우수한 적합성과 안전성 때 문에 약물 전달체로서 오랫동안 주목을 받아왔다. 인 지질은 세포막을 구성하는 주요 성분이기 때문에, 이 들로 구성된 리포좀 역시 피부 세포에 대한 높은 친화 성으로 인해 보다 효과적으로 세포 내로 원하는 물질 을 전달할 수 있다. 특히 최근에는 수십~수백 나노미 터 크 기 의 SUV(single unilamellar vesicle)나 MLV(multi-lamellar vesicle)를 균일하게 제조할 수 있는 나노기술들이 개발되어 피부를 통한 유효 성분 의 전달 효율을 증진시키려는 시도가 활발히 진행되 고 있다.
생분해성 고분자 나노입자
리포좀의 우수한 생체 친화성에도 불구하고 낮은
구조적 안정성이라는 문제가 여전히 존재한다. 이를
해결하기 위하여 생체 친화성이 높으면서도 생분해가
가능한 고분자를 이용하여 활성 물질을 전달하려는
연구가 활발히 진행되고 있다[그림 5]. 대표적인 생분
해성 고분자로는 PLA(poly(lactic acid)), PGA(poly
그림 4. The Targets for Antiaging Research.(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
