음파와 용해성 마이크로니들의 결합을 통한 유효성분의 경피전달 강화 시스템 연구 Enhanced Transdermal Delivery of Active Compounds Through the Dissolving Microneedle System Combined With Sound Waves.원문보기
“인체를 건강하고 아름답게 관리하기 위해 제공되는 서비스와 서비스 제공에 사용되는 다양한 미용 제품 및 기기 등과 관련된 산업”으로 정의되는 뷰티산업은 2000년대 초 이후 그 시장이 점점 더 커지고 있다. 뷰티산업은 그 특성상 인체의 피부가 목표 적용 부위이므로, 유효성분의 흡수를 저해하는 피부 장벽 때문에 아무리 뛰어난 효능을 가진 성분이라고 할지라도 피부에 적용 시 그 효과를 기대하기 어렵다. 따라서 피부에 자극을 주지 않으면서도 유효성분의 흡수를 촉진하고 효과를 증대하려는 꾸준한 연구와 개발이 뷰티산업 분야에서 진행되어 오고 있다. 최근에는 ...
“인체를 건강하고 아름답게 관리하기 위해 제공되는 서비스와 서비스 제공에 사용되는 다양한 미용 제품 및 기기 등과 관련된 산업”으로 정의되는 뷰티산업은 2000년대 초 이후 그 시장이 점점 더 커지고 있다. 뷰티산업은 그 특성상 인체의 피부가 목표 적용 부위이므로, 유효성분의 흡수를 저해하는 피부 장벽 때문에 아무리 뛰어난 효능을 가진 성분이라고 할지라도 피부에 적용 시 그 효과를 기대하기 어렵다. 따라서 피부에 자극을 주지 않으면서도 유효성분의 흡수를 촉진하고 효과를 증대하려는 꾸준한 연구와 개발이 뷰티산업 분야에서 진행되어 오고 있다. 최근에는 나노기술 및 신소재를 접목하여 피부 장벽을 극복하려는 시도가 이루어져 왔으나, 주로 도포(Topical,TP) 제형에만 적용되는 기술에 초점을 맞추고 있어 화장품 유효성분의 경피전달에 한계가 있었다. 따라서 기능성 화장품의 유효성분에 대한 효율적인 경피 흡수 촉진을 위해서는 TP 제형의 한계를 극복하는 새로운 경피전달 기술이 필요하다. 본 연구에서는 물리적으로 피부 장벽을 극복하여 피부를 통해 약물을 더 효과적으로 전달하고자 개발된 용해성 마이크로니들 채널링 시스템(Dissolving Microneedle Channeling System, DMCS)과 마이크로니들 유사 입자(Microneedle-Like Particles, MLP)를 음파(Sound Wave, SW)와 결합한 새로운 경피전달 기술을 제안한다. DMCS와 MLP는 모두 마이크로니들을 이용하여 피부에 채널을 형성하는 기술이므로 물리적인 떨림을 이용하여 피부 장벽의 구조를 무너뜨리고 유효성분의 전달을 촉진하는 다양한 주파수의 SW 기기 기술과 결합한다면 마이크로니들에 의해 생성된 채널을 통해 더 효율적인 유효성분 전달이 가능할 것이다. 𝑖𝑛 𝑣𝑖𝑡𝑟𝑜 실험에서는 TP, DMCS, MLP 3개 실험군을 대조군으로 하였으며,이들 3개 실험군에 SW 중 두 가지 주파수 대역의 가청 음파와 고주파 초음파(1MHz 이상)를 각각 결합하여 총 6개의 실험군을 대조군과 비교하였다. 상처 치유와 멍 완화 및 홍조 완화 성분으로 알려져 있으며 지용성 화장품으로써 사용된 Sukalming Serum (Vitamin K 3%, Sucralfate 0.05%, Coiz.Ltd., Seoul, Korea, Oil Base Serum, OB 세럼)과 표피층 내에서 피부 세포의 재생을 촉진하며 수용성 화장품으로써 사용된 Ceutisome Serum(Perfluoro-decalin 7.5%, Coiz. Ltd., Seoul, Korea, Water Base Serum, WB세럼)을 유효성분을 포함한 세럼으로써 사용하였다. DMCS와 MLP가 SW의 결합으로 세럼 내의 유효성분 전달에 어떠한 차이를 보이는지 확인하기 위해서 𝑖𝑛 𝑣𝑖𝑡𝑟𝑜 돼지 피부 적용실험을 수행하였다. 침투 깊이 수치를 통해 유효성분이 작용하게 될 표피층 내 위상을 나타내었으며, 침투 단면적은 로피탈의 정리에 따라 침투 용량에 대한 지표로 비교했다. SW와 결합한 DMCS와 MLP 실험군에서는 다음과 같은 결과가 나타났다. DMCS 실험군에서 OB 세럼과 WB 세럼의 침투 깊이 차이에서, 가청 음파와 결합 시 약 86%, 고주파 초음파와 결합 시 약 84%의 증가된 유의미한 수치를 보였다. MLP 실험군 역시 OB 세럼 침투 깊이는 유지하면서 유의미하게 향상된 WB 세럼의 침투 깊이를 보여주었다. 특히 고주파 초음파 결합 MLP는 표피층의 평균적인 깊이인 1000㎛에 버금가는 991.98㎛ (n=5, mean±17%)의 WB 세럼 침투 깊이 수치를 보여주어 WB 세럼이 표피층 전역에 작용할 수 있는 것을 확인했다. 결론적으로 기존의 DMCS와 MLP 기술에 SW를 결합함으로써 OB 세럼과 WB 세럼을 피부에 동시 적용할 수 있을 뿐만 아니라 OB 세럼을 피부 얕은 깊이의 위상에 전달하고, 피부 장벽을 통과한 WB 세럼을 표피 전역에 전달할 수 있었다. 𝑖𝑛 𝑣𝑖𝑡𝑟𝑜 실험의 결과를 토대로 이를 30~59세의 성인 여성 23명(평균 연령 49.6±5.6세)을 대상으로 한 임상시험에 적용했다. 본 연구의 𝑖𝑛 𝑣𝑖𝑡𝑟𝑜 실험에서 강화된 결합 효과를 보인 DMCS와 고주파 초음파를 결합한 시험군과 DMN 패치 대조군을 비교한 인체 적용 실험을 진행하였으며, 그 결과 굴곡진 눈가 부위의 팔자 부위에서 대조군에 비해 약 7.87%(P <0.05)의 피부결의 거칠기가 감소해 피부결이 개선되었고 눈가의 피부 깊은 보습이 대조군에 비해 약 3.212%(P <0.05) 증가한 값을 보였다. 또한 눈가의 피부 치밀도가 약 8.357%(P <0.05) 증가하며 일반적인 DMN 패치 대조군에 비해 고주파 초음파를 결합한 DMCS 시험군이 주름과 탄력 관리 요소에서 더 많이 개선되었음을 알 수 있었다. 즉 임상시험에서 𝑖𝑛 𝑣𝑖𝑡𝑟𝑜의 결과를 통해 확인한 것과 같은 결과를 얻었다. 결론적으로 본 연구에서 제안하는 음파와 마이크로니들의 결합 시스템은 기존 TP 제형의 한계를 극복하는 새로운 경피전달 시스템으로서 향후 다양한 종류의 기능성 화장품의 유효성분을 효율적으로 전달할 수 있으므로 뷰티산업에서 새로운 시작을 개척할 수 있을 것으로 기대된다.
“인체를 건강하고 아름답게 관리하기 위해 제공되는 서비스와 서비스 제공에 사용되는 다양한 미용 제품 및 기기 등과 관련된 산업”으로 정의되는 뷰티산업은 2000년대 초 이후 그 시장이 점점 더 커지고 있다. 뷰티산업은 그 특성상 인체의 피부가 목표 적용 부위이므로, 유효성분의 흡수를 저해하는 피부 장벽 때문에 아무리 뛰어난 효능을 가진 성분이라고 할지라도 피부에 적용 시 그 효과를 기대하기 어렵다. 따라서 피부에 자극을 주지 않으면서도 유효성분의 흡수를 촉진하고 효과를 증대하려는 꾸준한 연구와 개발이 뷰티산업 분야에서 진행되어 오고 있다. 최근에는 나노기술 및 신소재를 접목하여 피부 장벽을 극복하려는 시도가 이루어져 왔으나, 주로 도포(Topical,TP) 제형에만 적용되는 기술에 초점을 맞추고 있어 화장품 유효성분의 경피전달에 한계가 있었다. 따라서 기능성 화장품의 유효성분에 대한 효율적인 경피 흡수 촉진을 위해서는 TP 제형의 한계를 극복하는 새로운 경피전달 기술이 필요하다. 본 연구에서는 물리적으로 피부 장벽을 극복하여 피부를 통해 약물을 더 효과적으로 전달하고자 개발된 용해성 마이크로니들 채널링 시스템(Dissolving Microneedle Channeling System, DMCS)과 마이크로니들 유사 입자(Microneedle-Like Particles, MLP)를 음파(Sound Wave, SW)와 결합한 새로운 경피전달 기술을 제안한다. DMCS와 MLP는 모두 마이크로니들을 이용하여 피부에 채널을 형성하는 기술이므로 물리적인 떨림을 이용하여 피부 장벽의 구조를 무너뜨리고 유효성분의 전달을 촉진하는 다양한 주파수의 SW 기기 기술과 결합한다면 마이크로니들에 의해 생성된 채널을 통해 더 효율적인 유효성분 전달이 가능할 것이다. 𝑖𝑛 𝑣𝑖𝑡𝑟𝑜 실험에서는 TP, DMCS, MLP 3개 실험군을 대조군으로 하였으며,이들 3개 실험군에 SW 중 두 가지 주파수 대역의 가청 음파와 고주파 초음파(1MHz 이상)를 각각 결합하여 총 6개의 실험군을 대조군과 비교하였다. 상처 치유와 멍 완화 및 홍조 완화 성분으로 알려져 있으며 지용성 화장품으로써 사용된 Sukalming Serum (Vitamin K 3%, Sucralfate 0.05%, Coiz.Ltd., Seoul, Korea, Oil Base Serum, OB 세럼)과 표피층 내에서 피부 세포의 재생을 촉진하며 수용성 화장품으로써 사용된 Ceutisome Serum(Perfluoro-decalin 7.5%, Coiz. Ltd., Seoul, Korea, Water Base Serum, WB세럼)을 유효성분을 포함한 세럼으로써 사용하였다. DMCS와 MLP가 SW의 결합으로 세럼 내의 유효성분 전달에 어떠한 차이를 보이는지 확인하기 위해서 𝑖𝑛 𝑣𝑖𝑡𝑟𝑜 돼지 피부 적용실험을 수행하였다. 침투 깊이 수치를 통해 유효성분이 작용하게 될 표피층 내 위상을 나타내었으며, 침투 단면적은 로피탈의 정리에 따라 침투 용량에 대한 지표로 비교했다. SW와 결합한 DMCS와 MLP 실험군에서는 다음과 같은 결과가 나타났다. DMCS 실험군에서 OB 세럼과 WB 세럼의 침투 깊이 차이에서, 가청 음파와 결합 시 약 86%, 고주파 초음파와 결합 시 약 84%의 증가된 유의미한 수치를 보였다. MLP 실험군 역시 OB 세럼 침투 깊이는 유지하면서 유의미하게 향상된 WB 세럼의 침투 깊이를 보여주었다. 특히 고주파 초음파 결합 MLP는 표피층의 평균적인 깊이인 1000㎛에 버금가는 991.98㎛ (n=5, mean±17%)의 WB 세럼 침투 깊이 수치를 보여주어 WB 세럼이 표피층 전역에 작용할 수 있는 것을 확인했다. 결론적으로 기존의 DMCS와 MLP 기술에 SW를 결합함으로써 OB 세럼과 WB 세럼을 피부에 동시 적용할 수 있을 뿐만 아니라 OB 세럼을 피부 얕은 깊이의 위상에 전달하고, 피부 장벽을 통과한 WB 세럼을 표피 전역에 전달할 수 있었다. 𝑖𝑛 𝑣𝑖𝑡𝑟𝑜 실험의 결과를 토대로 이를 30~59세의 성인 여성 23명(평균 연령 49.6±5.6세)을 대상으로 한 임상시험에 적용했다. 본 연구의 𝑖𝑛 𝑣𝑖𝑡𝑟𝑜 실험에서 강화된 결합 효과를 보인 DMCS와 고주파 초음파를 결합한 시험군과 DMN 패치 대조군을 비교한 인체 적용 실험을 진행하였으며, 그 결과 굴곡진 눈가 부위의 팔자 부위에서 대조군에 비해 약 7.87%(P <0.05)의 피부결의 거칠기가 감소해 피부결이 개선되었고 눈가의 피부 깊은 보습이 대조군에 비해 약 3.212%(P <0.05) 증가한 값을 보였다. 또한 눈가의 피부 치밀도가 약 8.357%(P <0.05) 증가하며 일반적인 DMN 패치 대조군에 비해 고주파 초음파를 결합한 DMCS 시험군이 주름과 탄력 관리 요소에서 더 많이 개선되었음을 알 수 있었다. 즉 임상시험에서 𝑖𝑛 𝑣𝑖𝑡𝑟𝑜의 결과를 통해 확인한 것과 같은 결과를 얻었다. 결론적으로 본 연구에서 제안하는 음파와 마이크로니들의 결합 시스템은 기존 TP 제형의 한계를 극복하는 새로운 경피전달 시스템으로서 향후 다양한 종류의 기능성 화장품의 유효성분을 효율적으로 전달할 수 있으므로 뷰티산업에서 새로운 시작을 개척할 수 있을 것으로 기대된다.
The beauty industry, defined as “the industry related to services provided to maintain the human body healthy and beautiful, as well as various beauty products and devices used in service provision”, has been growing steadily since the early 2000s. The beauty industry focuses on the skin as the targ...
The beauty industry, defined as “the industry related to services provided to maintain the human body healthy and beautiful, as well as various beauty products and devices used in service provision”, has been growing steadily since the early 2000s. The beauty industry focuses on the skin as the targeted application area, but even highly effective ingredients may face difficulties in exhibiting their effects when applied to the skin, mainly due to the skin barrier that hinders the absorption of active components. Consequently, continuous research and development aiming to enhance the absorption of active ingredients without causing skin irritation have been ongoing in the beauty industry. Recent efforts have combined nanotechnology and new materials to overcome the skin barrier, but these technologies have mainly focused on topical formulations (TP), limiting the transdermal delivery of cosmetic active ingredients. Therefore, there is a need for new transdermal delivery technologies that surpass the limitations of TP to efficiently enhance the percutaneous absorption of functional cosmetic ingredients. In this study, a new transdermal delivery technology is proposed by combining a Dissolving Microneedle Channeling System (DMCS) and Microneedle-Like Particles (MLP), developed to overcome the skin barrier physically and enable more effective drug delivery through the skin, with the incorporation of Sound Wave (SW). Since both DMCS and MLP utilize microneedles to create channels in the skin, by combining it with various frequencies of SW devices that disrupt the skin barrier's structure using physical vibrations, it could potentially facilitate more efficient delivery of active ingredients. In vitro experiments were conducted using three experimental groups: topical formulation (TP), DMCS, and MLP, comparing them with two different frequency ranges of audible sound waves and high-frequency ultrasound (1 MHz or higher) combined, resulting in six experimental groups compared to the control group. Sukalming Serum (Vitamin K 3%, Sucralfate 0.05%, Coiz. Ltd., Seoul, Korea, Oil Base Serum, OB Serum), known for wound healing, bruise relief, and redness relief, and Ceutisome Serum (Perfluoro-decalin 7.5%, Coiz. Ltd., Seoul, Korea, Water Base Serum, WB Serum), known for stimulating skin cell regeneration in the epidermis, were used as serums containing active ingredients. In vitro experiments on pig skin were performed to verify if there were differences in the delivery of active ingredients within the serums when combined with DMCS and MLP through SW. The penetration depth value indicated the phase within the epidermal layer where the active ingredient would act, and the penetration cross-sectional area was compared as an indicator of penetration capacity according to L'Hopital's theorem. The results of the experiments combining SW with DMCS and MLP showed the following outcomes: In the DMCS group, measuring the difference of depth of penetration for OB Serum and WB Serum, when combined with audible sound waves and high-frequency ultrasound, there was a significant increase of approximately 86% and 84%, respectively. Similarly, the MLP group demonstrated maintenance of depth for OB Serum and a significant enhancement in the depth of penetration for WB Serum. Especially noteworthy was the high-frequency and ultrasound combination, MLP, which showed a penetration depth of 991.98 ㎛ (n=5, mean±17%) close to the average depth of the epidermis (1000 ㎛), indicating that WB Serum could affect the entire epidermis. In conclusion, by combining SW with existing DMCS and MLP technologies, it was possible not only to simultaneously apply OB Serum and WB Serum to the skin but also to deliver OB Serum to the surface depth and WB Serum across the entire epidermis, surpassing the skin barrier. Based on the results of the in vitro experiments, a clinical trial was conducted on 23 adult women aged 30 to 59 years (mean age 49.6±5.6 years). In the human application experiment comparing the test group, which combined DMCS, which shows enhanced coupling effects in the in vitro experiments, high-frequency and ultrasound, and the control group using DMN patches, it was observed that the roughness of the skin texture decreased by approximately 7.87% (P <0.05) in the crow's feet area compared to the control group, indicating improved skin texture. Moreover, deep moisturization in the crow's feet area increased by approximately 3.212% (P <0.05) compared to the control group. Additionally, the skin density increased by approximately 8.357% (P <0.05) in the crow's feet area, suggesting that the test group with high-frequency and ultrasound combined with DMCS showed greater improvement in managing wrinkles and elasticity compared to the conventional DMN patch control group. Essentially, the results obtained in the clinical trial aligned with those observed in the in vitro experiments. In conclusion, the combined system of sound waves and microneedles proposed in this study is a new transdermal delivery system that overcomes the limitations of existing TP formulations. In the future, it is expected that we will be able to pioneer this for various types of functional cosmetics making a new start in the beauty industry.
The beauty industry, defined as “the industry related to services provided to maintain the human body healthy and beautiful, as well as various beauty products and devices used in service provision”, has been growing steadily since the early 2000s. The beauty industry focuses on the skin as the targeted application area, but even highly effective ingredients may face difficulties in exhibiting their effects when applied to the skin, mainly due to the skin barrier that hinders the absorption of active components. Consequently, continuous research and development aiming to enhance the absorption of active ingredients without causing skin irritation have been ongoing in the beauty industry. Recent efforts have combined nanotechnology and new materials to overcome the skin barrier, but these technologies have mainly focused on topical formulations (TP), limiting the transdermal delivery of cosmetic active ingredients. Therefore, there is a need for new transdermal delivery technologies that surpass the limitations of TP to efficiently enhance the percutaneous absorption of functional cosmetic ingredients. In this study, a new transdermal delivery technology is proposed by combining a Dissolving Microneedle Channeling System (DMCS) and Microneedle-Like Particles (MLP), developed to overcome the skin barrier physically and enable more effective drug delivery through the skin, with the incorporation of Sound Wave (SW). Since both DMCS and MLP utilize microneedles to create channels in the skin, by combining it with various frequencies of SW devices that disrupt the skin barrier's structure using physical vibrations, it could potentially facilitate more efficient delivery of active ingredients. In vitro experiments were conducted using three experimental groups: topical formulation (TP), DMCS, and MLP, comparing them with two different frequency ranges of audible sound waves and high-frequency ultrasound (1 MHz or higher) combined, resulting in six experimental groups compared to the control group. Sukalming Serum (Vitamin K 3%, Sucralfate 0.05%, Coiz. Ltd., Seoul, Korea, Oil Base Serum, OB Serum), known for wound healing, bruise relief, and redness relief, and Ceutisome Serum (Perfluoro-decalin 7.5%, Coiz. Ltd., Seoul, Korea, Water Base Serum, WB Serum), known for stimulating skin cell regeneration in the epidermis, were used as serums containing active ingredients. In vitro experiments on pig skin were performed to verify if there were differences in the delivery of active ingredients within the serums when combined with DMCS and MLP through SW. The penetration depth value indicated the phase within the epidermal layer where the active ingredient would act, and the penetration cross-sectional area was compared as an indicator of penetration capacity according to L'Hopital's theorem. The results of the experiments combining SW with DMCS and MLP showed the following outcomes: In the DMCS group, measuring the difference of depth of penetration for OB Serum and WB Serum, when combined with audible sound waves and high-frequency ultrasound, there was a significant increase of approximately 86% and 84%, respectively. Similarly, the MLP group demonstrated maintenance of depth for OB Serum and a significant enhancement in the depth of penetration for WB Serum. Especially noteworthy was the high-frequency and ultrasound combination, MLP, which showed a penetration depth of 991.98 ㎛ (n=5, mean±17%) close to the average depth of the epidermis (1000 ㎛), indicating that WB Serum could affect the entire epidermis. In conclusion, by combining SW with existing DMCS and MLP technologies, it was possible not only to simultaneously apply OB Serum and WB Serum to the skin but also to deliver OB Serum to the surface depth and WB Serum across the entire epidermis, surpassing the skin barrier. Based on the results of the in vitro experiments, a clinical trial was conducted on 23 adult women aged 30 to 59 years (mean age 49.6±5.6 years). In the human application experiment comparing the test group, which combined DMCS, which shows enhanced coupling effects in the in vitro experiments, high-frequency and ultrasound, and the control group using DMN patches, it was observed that the roughness of the skin texture decreased by approximately 7.87% (P <0.05) in the crow's feet area compared to the control group, indicating improved skin texture. Moreover, deep moisturization in the crow's feet area increased by approximately 3.212% (P <0.05) compared to the control group. Additionally, the skin density increased by approximately 8.357% (P <0.05) in the crow's feet area, suggesting that the test group with high-frequency and ultrasound combined with DMCS showed greater improvement in managing wrinkles and elasticity compared to the conventional DMN patch control group. Essentially, the results obtained in the clinical trial aligned with those observed in the in vitro experiments. In conclusion, the combined system of sound waves and microneedles proposed in this study is a new transdermal delivery system that overcomes the limitations of existing TP formulations. In the future, it is expected that we will be able to pioneer this for various types of functional cosmetics making a new start in the beauty industry.
주제어
#Dissolving microneedle channeling system Microneedle particle Audible sound wave High-frequency ultrasound Water base serum Oil base serum
학위논문 정보
저자
우재현
학위수여기관
성신여자대학교 일반대학원
학위구분
국내박사
학과
뷰티산업학과
지도교수
김주덕
발행연도
2024
총페이지
vii, 85
키워드
Dissolving microneedle channeling system Microneedle particle Audible sound wave High-frequency ultrasound Water base serum Oil base serum
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