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문제 정의
- 이것은 식물이 자기보호를 위하여 수백가지의 화학물질을 생산하는 능력을 가지고 있는 것과 상통하는 결과이며, 따라서 이러한 성분들의 생리활성기능을 규명하고 의약품, 화장품 식품 등에 적용하여 웰빙시대의 소비자가 만족하는 제품을 개발하고자 하는 시도가 많이 이루어지고 있다. 본고에서는, 생활수준의 향상과 더불어 자연친화적인 제품을 사용하려는 소비성향이 두드러지며 천연소재를 이용한 각종 생활용품이나 화장품의 개발도 매우 활발하게 진행되고 있어 이에 관련되어 연구되고 있는 천연물들을 소개하고자 한다.
제안 방법
- 저자극성으로 민감성 또는 아토피에 좋은 항자극효능을 가진 천연 보습제로 화장품 원료에 사용되고 있다. SC-glucan의 항자극 실험은 뉴질랜드산 백색 토끼에 레티놀 2,000IU를 자극 물질로 하여 실시하여 SC- glucan 과 함께 적용 시 자극이 완화되는 정도를 관찰하였다. 자극정도는 5단계로 하여 측정하였으며, 그 결과는 Figure 16에 나타내었다[43].
- 감초 추출물은 4 h 후에도 티로시나제에 의한 멜라닌이 형성되지 않음을 보여 주었다(Figure 10). 또한 멜라노사이트가 함유된 3차원 인공피부를 구축하고 감초 추출물 처리 후 5일 동안 매일 UV B 0.05 J/cm2을 조사하였다. 조사 후, 세포와 조직의 morphology 보기 위해 H/E (hematoxyline & eosin) 염색을 하였고, 멜라닌을 보기 위해 F-M (Fontama-Masson)염색을, 멜라노사이트(melanocyte)와 멜라노솜과립(premelanosomal vesicle)을 보기 위해 HMB- 45 염색을 실시하였다.
- 유근피는 점액질 물질을 가지고 있는데 이 성분을 추출, 분리, 정제하여 HPLC를 이용하여 성분을 분석하고[41] 그 결과를 Figure 13에 나타내었으며, 보습과 항염활성은 크림제형에 첨가하여 그 효능을 평가하였다. 보습시험은 상대습도 15%, 55% 조건에서 행하였고, 증발율을 무게로 측정하였다[42]. 항염실험은 마우스의 다리에 부종을 일으켜 실시하였다.
- 요즈음에는 사용량이 많아 주로 합성된 알부틴이 사용되고 있다. 알부틴의 미백효능은 멜라노사이트 내에서 티로시나제 저해율로 알아보았다[45]. 시험결과 hydro-quinone에 비해서는 1/100의 효과지만 kojic acid나 ascorbic acid에 비해서는 더 높은 억제율을 보였다[Figure 17].
- 유근피 (Ullmus davidiana)는 느릅나무의 뿌리껍질 성분으로 β-sitosterol, stigmasterol, tannin, catechin 등을 함유하고 있으며 진통, 소염, 항균활성, 항산화활성 등에 대한 연구가 되어 있다[39, 40]. 유근피는 점액질 물질을 가지고 있는데 이 성분을 추출, 분리, 정제하여 HPLC를 이용하여 성분을 분석하고[41] 그 결과를 Figure 13에 나타내었으며, 보습과 항염활성은 크림제형에 첨가하여 그 효능을 평가하였다. 보습시험은 상대습도 15%, 55% 조건에서 행하였고, 증발율을 무게로 측정하였다[42].
- 이상으로 웰빙 산업에서 그동안 연구되어져 온 천연물을 기능별로 분류하여 간략히 설명하고 화장품의 천연원료로 개발된 마치현, 프럭탄(Fructan), 빈랑자, 감초, 민들레, 글루칸, 알부틴, 유근피, 고삼 등의 생리활성 등을 소개하였다.
- 05 J/cm2을 조사하였다. 조사 후, 세포와 조직의 morphology 보기 위해 H/E (hematoxyline & eosin) 염색을 하였고, 멜라닌을 보기 위해 F-M (Fontama-Masson)염색을, 멜라노사이트(melanocyte)와 멜라노솜과립(premelanosomal vesicle)을 보기 위해 HMB- 45 염색을 실시하였다. Figure 11의 결과를 보면 감초 추출물을 처리하지 않은 인공피부에서는 멜라닌 형성을 볼 수 있으나, 감초 추출물을 처리한 인공피부에서는 멜라닌이 형성되지 않음을 볼 수 있다.
- 감초의 성분 중 플라보노이드 성분인 글라브리딘(glabridin) 이 화장품 미백 원료로 사용되고 있으며 미백효능은 티로시나제 효소 활성 억제[31]와 멜라노사이트가 함유된 인공피부에서의 멜라닌양 감소로 측정되어졌다. 티로시나제 활성억제 시험에 머쉬룸(mushroom) 티로시나제를 사용하였으며 5 μg/mL의 농도에서 미백에 사용되는 원료와 비교실험을 수행하였다(Table 4). 감초 추출물은 4 h 후에도 티로시나제에 의한 멜라닌이 형성되지 않음을 보여 주었다(Figure 10).
- 보습시험은 상대습도 15%, 55% 조건에서 행하였고, 증발율을 무게로 측정하였다[42]. 항염실험은 마우스의 다리에 부종을 일으켜 실시하였다. 보습시험 결과 상대습도 15%, 55% 조건 모두 유근피를 함유한 크림제형이 낮은 수분 증발율을 보여 좋은 보습력을 나타 내었다(Figure 14).
- 이러한 평가법에 따라 행해진 실험결과로서 Figure 8에서 보듯이 마치현 추출물은 알러젠이 아닌 물질로 평가되어졌다. 항자극에 대한 효능은 피부 1차 자극성시험인 폐쇄첩포법(patch test)을 사용하였고 마치현 추출물 1.0%, 3.0% 수용액 및 소디움라우릴설페이트 0.08% 수용액을 건강한 성인 남, 여 50명을 대상으로 등부위에 각 시료의 일정량(0.2 g)을 24 h 첩포한 후 핀챔버를 제거하고 4 h 경과한 다음 육안으로 피부상태 변화를 판독하여 그 결과를. Figure 9에 나타내었다.
이론/모형
- 화장품에서는 항균 및 항염효과가 있어 여드름이나 모발에 사용되고 있다. 고삼의 효능 중 agar diffusion 법을 사용하여 Pro~ pionibacterium acne, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis에 대한 항균효과를 알아보았다. 시험결과 고삼 주줄물 1 wt%에서 여드름균인 Propionibacterium acne 에 대한 억제대(clear zone)가 11 mm로 좋은 결과를 보였고, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis에서도 약간의 저해효과를 나타내었다.
- 민들레 추출물의 항산화효과를 알아보기 위해 분획에 따른 라디칼로부터 세포막 보호실험을 수행한 결과를 Figure 12에 나타내었다. 우선 건조된 민들레 전초를 교반 추출하고 ethanol 추출물을 hexane, chloro- form과 n-butanol을 이용하여 순차적으로 분획하고 분획물들의 세포막 보호효과는 적혈구를 이용한 광용혈 실험을 이용하였으며 Park 등[38]의 방법에 따라 수행하였다. 민들레 분획물들이 광용혈에 미치는 효과는 광조사 후암반응 시간에 따른 용혈정도를 나타낸 그래프로부터 적혈구의 50%가 용혈되는 시간인 T50을 구하고 비교하여 Table 5에 나타내었다.
성능/효과
- Figure 9에 나타내었다. SLS 단독 처시시보다 마치현을 같이 처리해준 경우 마치현 1% 함유한 것은 약 80% 이상의 자극완화 효과를 나타내었고, 3% 처리 시 음성 대조군인 정제수 처리한 것과 같은 수치로 자극이 전혀 없음을 나타내었다. 이 두 결과로 볼 때, 마치현은 자극완화가 뛰어난 천연물 원료임을 알 수 있었다.
- 0xl06 dalton의 분자량을 가지며 수용액에서 부분적으로 나노입자를 형성하는 특성을 가지고 있다(Figure 3). 또한 보습력에 있어서 히아루론산과 유사한 효과를 나타내며 (Figure 4) 3차원 생인 공피부를 이용한 항염효과 시험에 있어서 0.05%의 sodium lauryl sulfate (SLS)를 사용하여 피부자극에 의한 초기 염증 반응을 유도한 후 프럭탄을 처리하여 전염증성 조절인자인 interleukin-la(ILTa)[24]의 분비량을 측정한 실험에 있어서[25] 프럭탄을 처리한 인공피부의 IL-1a 양이 프럭탄을 처리하지 않은 것보다 상대적으로 감소하는 특성을 보였다(Figure. 5).
- HLE와 빈랑자를 함께 처리한 경우에는 엘라스틴이 존재하는 것으로 미루어 빈랑자에 의해 보호되었음을 알 수 있었다(Figure 6). 또한 빈랑 추출물의 자유라디칼소거 활성이 천연 항산화제로서 알려진 vitamin C나 합성 항산화제인 BHT보다 좋은 소거 활성을 나타내었는데 지질 과산화로부터 유도된 lipid peroxide radical을 소거 효과의 IC50 값이 60 μg/mL, vitamin C의 lipid radical 소거에 대한 IC50 값은 120 μg/mL이고, BHT는 80 μg/mL로 빈랑추출물이 vitamin C, BHT보다도 강력한 소거 활성을 보여주었다(Table 2). 피부 탄력은 빈랑자를 함유한 크림을 적용한 후에 적용 전과 비교하여 탄력도가 약 33% 증가함을 보였고(Table 3), 주름의 깊이도 23% 경감하여 피부 상태 개선 효과를 확인하였다(Figure 7).
- 민들레 분획물들이 광용혈에 미치는 효과는 광조사 후암반응 시간에 따른 용혈정도를 나타낸 그래프로부터 적혈구의 50%가 용혈되는 시간인 T50을 구하고 비교하여 Table 5에 나타내었다. 민들레 추출 분획물 중 광용혈 억제효과가 total ethanol 추출물보다 n-butanol 층의 분획물이 가장 높게 나타남을 알 수 있다. 민들레는 이러한 세포막 보호효과로 인해 화장품의 항산화 및 항노화 원료로 사용되어지고 있는 원료이다.
- 항염실험은 마우스의 다리에 부종을 일으켜 실시하였다. 보습시험 결과 상대습도 15%, 55% 조건 모두 유근피를 함유한 크림제형이 낮은 수분 증발율을 보여 좋은 보습력을 나타 내었다(Figure 14). 항염시험에서는 항염제로 의약에 사용되는 ketoprofen보다도 더 좋은 효과를 보였다(Figure 15).
- 화장품 원료로 효능을 나타내는 활성성분으로 천연물을 사용하는 이유는 첫 번째로는 민간처방에 의해 오랫동안 약제로 사용되어 인체에 대한 효능 및 부작용이 검증되어져 있고 둘째로는 다양한 효능을 갖는 성분들이 풍부하게 존재하고 있고 동시에 함유성분들의 구조 및 활성들이 비교적 상세히 보고되어 있다. 세 번째로 하나의 천연원료로부터 추출이나 정제방법에 따라 효능을 달리하는 다양한 활성성분을 얻어 사용할 수 있고, 마지막으로는 자연친화적인 green product의 개념이나 well-being concept과 같이 사회적으로 요구되어지는 trend에 적용할 수 있다는 장점이 있기 때문이다.
- 고삼의 효능 중 agar diffusion 법을 사용하여 Pro~ pionibacterium acne, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis에 대한 항균효과를 알아보았다. 시험결과 고삼 주줄물 1 wt%에서 여드름균인 Propionibacterium acne 에 대한 억제대(clear zone)가 11 mm로 좋은 결과를 보였고, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis에서도 약간의 저해효과를 나타내었다. 그 결과는 Table 6과 Figure 18에 나타내었다.
- Lee 등은 빈랑자 추출물을 이용하여 엘라스타제 저해 활성, 라디칼 소거능과 주름개선 임상효과를 관찰하였다 [26, 27]. 엘라스타제 저해 실험 결과 HLE를 처리하지 않은 대조군에서는 정상적으로 엘라스틴이 분포되어 있었으나 HLE를 처리한 경우 엘라스틴이 분해되어 보이지 않았다. HLE와 빈랑자를 함께 처리한 경우에는 엘라스틴이 존재하는 것으로 미루어 빈랑자에 의해 보호되었음을 알 수 있었다(Figure 6).
- SLS 단독 처시시보다 마치현을 같이 처리해준 경우 마치현 1% 함유한 것은 약 80% 이상의 자극완화 효과를 나타내었고, 3% 처리 시 음성 대조군인 정제수 처리한 것과 같은 수치로 자극이 전혀 없음을 나타내었다. 이 두 결과로 볼 때, 마치현은 자극완화가 뛰어난 천연물 원료임을 알 수 있었다.
- 또한 빈랑 추출물의 자유라디칼소거 활성이 천연 항산화제로서 알려진 vitamin C나 합성 항산화제인 BHT보다 좋은 소거 활성을 나타내었는데 지질 과산화로부터 유도된 lipid peroxide radical을 소거 효과의 IC50 값이 60 μg/mL, vitamin C의 lipid radical 소거에 대한 IC50 값은 120 μg/mL이고, BHT는 80 μg/mL로 빈랑추출물이 vitamin C, BHT보다도 강력한 소거 활성을 보여주었다(Table 2). 피부 탄력은 빈랑자를 함유한 크림을 적용한 후에 적용 전과 비교하여 탄력도가 약 33% 증가함을 보였고(Table 3), 주름의 깊이도 23% 경감하여 피부 상태 개선 효과를 확인하였다(Figure 7). 현재 빈랑자 추출물은 주름개선 기능성 화장품 원료로 사용되고 있는 원료로 천연물을 이용해 비타민류 및 그 유도체의 단점인 안정성 및 안전성의 문제를 해결한 장점을 가진 원료를 개발한 한 예라 할 수 있다.
후속연구
- 하지만, 전 세계 30여만 종의 식물 가운데 연구가 진행되어 온 것은 5% 정도에 불과하다. 이것을 고려하면 앞으로도 이를 이용한 생리활성 물질의 연구 및 개발이 더 필요함은 물론, 매우 높은 부가가치를 생산하는 산업으로 자리매김할 것으로 예상된다.
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