최근 들어 곤충을 식품 및 바이오 소재로 이용한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 곤충을 이용한 모발 성장 효과에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 탈모 예방 및 모발 성장 효과를 가진 새로운 천연물 소재 개발을 위해 갈색거저리 유충 추출물의 항산화 활성 및 모발 성장 촉진 효과를 연구하였다. 갈색거저리 유충 추출물의 항산화 활성 평가를 위해서 DPPH 라디칼 및 아질산염 소거능을 측정하였다. 모발 성장촉진 효과를 측정하기 위해서는 인간 모유두세포(human dermal papilla cell)와 섬유아세포(fibroblast, NIH3T3 cell)를 이용하였으며 MTS assay를 통해 세포생존율 및 세포증식률을 측정하였다. 모유두세포에서 dihydrotesteone (DHT)에 의한 세포사 억제 효과를 확인하였으며, 섬유아세포에서는 tolbutamide (TBM)의 potassiumchannelblocker 역할에 의한 세포사 억제 효과를 확인하였다. DPPH radical 및 아질산염 소거능 측정 결과 갈색거저리 유충 추출물은 항산화 역할이 뛰어난 것으로 보고된 블루베리와 유사하거나 높은 정도의 항산화능을 가지는 것으로 확인되었다. In vitro 상에서 갈색거저리 유충 추출물을 48시간 동안 처리한 경우, 모유두세포와 섬유아세포의 세포증식을 218% 및 116%까지 증가시켰다. 또한, 모유두세포에서 DHT 처리에 의한 세포사가 갈색거저리 유충 추출물에 의해 억제되는 것을 확인하였으며, 섬유아세포에서는 potassium channel blocker인 TBM에 의해 세포생존율이 감소하였으나 갈색거저리 유충 추출물 처리 시 세포생존율이 정상군과 비슷한 정도로 회복되는 것을 확인하였다. 이상의 결과로부터 갈색거저리 유충 추출물을 이용한 모발성장 및 탈모방지 기능성 소재 개발 가능성을 확인하였다.
최근 들어 곤충을 식품 및 바이오 소재로 이용한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 곤충을 이용한 모발 성장 효과에 대한 연구는 아직 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 탈모 예방 및 모발 성장 효과를 가진 새로운 천연물 소재 개발을 위해 갈색거저리 유충 추출물의 항산화 활성 및 모발 성장 촉진 효과를 연구하였다. 갈색거저리 유충 추출물의 항산화 활성 평가를 위해서 DPPH 라디칼 및 아질산염 소거능을 측정하였다. 모발 성장촉진 효과를 측정하기 위해서는 인간 모유두세포(human dermal papilla cell)와 섬유아세포(fibroblast, NIH3T3 cell)를 이용하였으며 MTS assay를 통해 세포생존율 및 세포증식률을 측정하였다. 모유두세포에서 dihydrotesteone (DHT)에 의한 세포사 억제 효과를 확인하였으며, 섬유아세포에서는 tolbutamide (TBM)의 potassium channel blocker 역할에 의한 세포사 억제 효과를 확인하였다. DPPH radical 및 아질산염 소거능 측정 결과 갈색거저리 유충 추출물은 항산화 역할이 뛰어난 것으로 보고된 블루베리와 유사하거나 높은 정도의 항산화능을 가지는 것으로 확인되었다. In vitro 상에서 갈색거저리 유충 추출물을 48시간 동안 처리한 경우, 모유두세포와 섬유아세포의 세포증식을 218% 및 116%까지 증가시켰다. 또한, 모유두세포에서 DHT 처리에 의한 세포사가 갈색거저리 유충 추출물에 의해 억제되는 것을 확인하였으며, 섬유아세포에서는 potassium channel blocker인 TBM에 의해 세포생존율이 감소하였으나 갈색거저리 유충 추출물 처리 시 세포생존율이 정상군과 비슷한 정도로 회복되는 것을 확인하였다. 이상의 결과로부터 갈색거저리 유충 추출물을 이용한 모발성장 및 탈모방지 기능성 소재 개발 가능성을 확인하였다.
Tenebrio molitor samples were investigated as novel biomaterials and sources of food in several recent studies. However, the insects' effects on hair growth were not sufficiently researched. To develop novel and natural materials for preventing alopecia and promoting hair growth, this study investig...
Tenebrio molitor samples were investigated as novel biomaterials and sources of food in several recent studies. However, the insects' effects on hair growth were not sufficiently researched. To develop novel and natural materials for preventing alopecia and promoting hair growth, this study investigated the antioxidant activities and hair-growth promotion effects of TMEs. To determine the antioxidant activities, the TMEs' DPPH radical- and nitrite-scavenging activities were examined. To determine hair-growth promotion effects, proliferations of human dermal papilla cells (DPCs) and the murine fibroblast cell line NIH3T3 were evaluated by using an MTS assay. In addition, estimations were made for cell viabilities against cell death induced by dihydrotesterone (DHT) in DPCs and inhibitory effects against potassium channel blocking induced by tolbutamide (TBM) in NIH3T3 cells. The DPPH radical scavenging activity was 81.17%, and the nitrite scavenging activity was 43.69%; the activities were similar to the activities of blueberry extracts. Moreover, the TMEs promoted the proliferation of human DPCs and NIH3T3 cells, which were concentrated dependently. The TMEs prevented not only DHT-induced DPC cytotoxicity but also TBM's action as a potassium channel blocker in NIH3T3 cells. The results suggested that TME could be used as a functional therapeutic alopecia reagent, to prevent hair loss and to promote hair growth.
Tenebrio molitor samples were investigated as novel biomaterials and sources of food in several recent studies. However, the insects' effects on hair growth were not sufficiently researched. To develop novel and natural materials for preventing alopecia and promoting hair growth, this study investigated the antioxidant activities and hair-growth promotion effects of TMEs. To determine the antioxidant activities, the TMEs' DPPH radical- and nitrite-scavenging activities were examined. To determine hair-growth promotion effects, proliferations of human dermal papilla cells (DPCs) and the murine fibroblast cell line NIH3T3 were evaluated by using an MTS assay. In addition, estimations were made for cell viabilities against cell death induced by dihydrotesterone (DHT) in DPCs and inhibitory effects against potassium channel blocking induced by tolbutamide (TBM) in NIH3T3 cells. The DPPH radical scavenging activity was 81.17%, and the nitrite scavenging activity was 43.69%; the activities were similar to the activities of blueberry extracts. Moreover, the TMEs promoted the proliferation of human DPCs and NIH3T3 cells, which were concentrated dependently. The TMEs prevented not only DHT-induced DPC cytotoxicity but also TBM's action as a potassium channel blocker in NIH3T3 cells. The results suggested that TME could be used as a functional therapeutic alopecia reagent, to prevent hair loss and to promote hair growth.
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문제 정의
그러나 갈색거저리 유충 추출물의 항산화 활성 및 모발의 성장 촉진 효과를 연구한 결과는 보고된 바 없다. 따라서 본 연구는 천연물소재인 갈색거저리 유충 추출물의 항산화 활성 및 인간 모유두세포, 섬유아세포의 세포 증식 효과를 확인함으로써 현재의 약물 치료법을 대체할 수 있는 모발 성장 및 탈모 방지 기능성 소재 개발을 위한 기초자료로 사용하고자 하였다.
제안 방법
0×103 cells/well로 분주된 NIH3T3 cell를 24시간 동안 배양한 뒤 2% FBS가 첨가된 DMEM에 TBM의 최종 농도를 1 mM로 희석하여 분주한 뒤 1시간 동안 배양하였다. TBM 전처리 후 갈색거저리 유충 추출물을 0.1, 0.5, 1, 2 mg/ml 농도로 처리하여 48시간 동안 추가 배양한 뒤 MTS assay를 실시하였다.
갈색거저리 유충 추출물에 의한 NIH3T3 cell의 세포증식촉진 효과가 minoxidil과 같이 potassium channel opener로써의 역할에 의한 결과인지 확인하기 위하여 ATP-sensitive potassium channel의 blocker로 알려져 있는 tolbutamide (TBM) 를 이용하여 실험을 진행하였다[9]. NIH3T3 cell에 1 mM의TBM을 48시간 동안 처리한 결과 세포 생존율이 24% 감소하였다.
0×103 cells/well로 분주된 DPCs를 serum-free DMEM을 이용하여 24시간 동안 배양한 뒤 DHT의 최종 농도를 100 μM로 DMEM에 희석하여 분주하였다. 갈색거저리 유충 추출물을 0.1, 0.5, 1, 2 mg/ml 농도로 처리하여 48시간 동안 추가 배양한 뒤 MTS assay를 실시하였다.
갈색거저리 유충 추출물의 DPPH radical 소거능은 Tilak 등[38]의 방법을 응용하여 측정하였으며, 시료는 1, 5, 10mg/ml 농도로 준비하였다. DPPH reagent는 빛을 차단하고 메탄올을 용매로 하여 0.
갈색거저리 유충 추출물이 모유두세포의 증식에 미치는 영향을 확인하기 위해서 추출물을 농도별로 24시간 및 48시간 동안 처리한 후 세포증식률을 측정하였다(Fig. 3).
0×103cells/well로 분주하여 약 80%의 confluency에 도달할 때까지 10% FBS가 들어있는 배지에서 약 24시간 동안 배양하였다. 그 후 0.1, 0.5, 1, 2 mg/ml의 농도로 희석한 갈색거저리 유충 추출물을 처리하여 24시간 및 48시간 동안 추가 배양한 후 MTS assay를 통해 세포생존율을 측정하였다. Tolbutamide(TBM)에 의한 세포사멸 억제 효과를 확인하기 위해서 96 wellplate에 5.
AR과 결합한 DHT는 모낭 세포의 세포사를 유도하고 최종적으로 모낭이 축소됨에 따라 탈모가 발생하는 것이 남성형 탈모(androgenic alopecia)의 주요한 기전으로 알려져 있다[29]. 본 실험에서는 갈색거저리 유충 추출물이 DHT에 의해 유도되는 모유두세포 사멸에 미치는 영향을 검토하기 위하여 모유두세포에 DHT와 갈색거저리 유충 추출물을 24시간 동안 처리한 후 세포 생존율을 측정하였다(Fig. 4).
이전의 연구에서 섬유아세포(fibroblast)인 NIH3T3 cell에 minoxidil을 potassium channel opener로 사용하였고 그에 따른 mitogenic effect의 결과로서 minoxidil의 모발 성장 촉진 효과가 확인되었다[4]. 본 연구에서는 갈색거저리 유충 추출물의 모발 성장 촉진 효과를 확인하기 위하여 추출물을 농도별로 24시간 및 48시간 동안 처리한 후 NIH3T3 cell의 증식을 확인하였다. 갈색거저리 유충 추출물을 24시간 동안 처리한 경우 110%(0.
대상 데이터
갈색거저리는 예천곤충나라(경북 예천군)로부터 종령 유충을 구입하여 사용하였다. 갈색거저리 유충은 세척 후 멸균(115℃, 0.
Promo Cell로부터 제공된 매뉴얼에 따라 DPCs의 계대 번호 3~6에서 실험을 진행하였다. 섬유아세포(murine fibroblast cell line)인 NIH3T3 cell는 ATCC (Manassas, VA, USA)에서 구입하였으며 10% FBS (fetal bovine serum) (Hyclone, Logan, UT, USA)와 1× penicillin-streptomycin (Hyclone)이 첨가된 Dulbecco’s Modified Eagle Medium (DMEM) (Hyclone)을 사용하여 배양하였다. 본 실험에 사용한 모든 세포는 37℃, 5% CO2가 유지되는 조건에서 배양하였다.
인간 모유두세포(human dermal papilla cells, DPCs)와 배양배지는 PromoCell (Heidelberg, Germany)에서 구입하였으며, DPCs의 배양배지는 Human Follicle Dermal Papilla Cell Medium에 Supplement Mix을 혼합하여 제조하였다. Promo Cell로부터 제공된 매뉴얼에 따라 DPCs의 계대 번호 3~6에서 실험을 진행하였다.
데이터처리
모든 실험 결과는 3회 반복하여 평균과 표준편차(mean ±SD)로 나타냈다. 실험결과의 통계처리는 SPSS 10.
모든 실험 결과는 3회 반복하여 평균과 표준편차(mean ±SD)로 나타냈다. 실험결과의 통계처리는 SPSS 10.0 (IL, USA)를 사용하였으며, 실험군 간의 유의성은 One-Way ANOVA를 통해 검정하였고, p<0.05일 때 군 간의 차이가 유의적인 것으로 판단하였다.
이론/모형
갈색거저리 유충 추출물의 아질산염 소거능은 Gray ugan [10]의 방법에 따라 측정하였다. 1 mM sodium nitrite(NaNO2) 용액 50 μl에 1, 5, 10 mg/ml 농도의 시료 50 μl를첨가하고, 여기에 0.
갈색거저리 유충 추출물이 DPCs와 NIH3T3의 세포 생존율에 미치는 영향은 Chao 등[5]의 방법을 응용하여 확인하였다. 모유두세포에 대한 갈색거저리 유충 추출물의 세포독성 및 세포증식을 확인하기 위하여 DPCs을 96 well-plate에 5.
갈색거저리는 예천곤충나라(경북 예천군)로부터 종령 유충을 구입하여 사용하였다. 갈색거저리 유충은 세척 후 멸균(115℃, 0.9 kgf/cm3, 5 min)[7] 및 동결건조 하였고, 동결건조 된 갈색거저리 유충을 분말화 하여 Seo 등[36]의 방법에 따라 추출하였다. 갈색거저리 유충 동결건조 분말을 70% 에탄올과 혼합하여 초음파 처리(250 J, 10 s, twice)한 후 30분간 실온에서 방치하였다.
성능/효과
반면에 1 mM의 TBM과 갈색거저리 유충 추출물을 48시간 동안 함께 처리한 군에서는 TBM에 의한 세포사멸이 억제됨을 확인할 수 있었다. 0.1 mg/ml 농도의 추출물 처리군에서는 TBM 처리군에 비해 세포 생존율이 13% 증가하였으며 2mg/ml 농도 처리군에서는 정상군과 유사한 수준으로 세포 생존율이 회복되었다(Fig. 6).
1). 갈색거저리 유충 추출물은 기존에 높은 항산화능을 가진 것으로 알려진 블루베리 추출물과 유사한 정도의 DPPH radical 소거능을 보이므로 free radical 제거에 의한 높은 항산화 활성 및 노화 억제 효과 등을 기대할 수 있다.
본 연구에서는 갈색거저리 유충 추출물의 모발 성장 촉진 효과를 확인하기 위하여 추출물을 농도별로 24시간 및 48시간 동안 처리한 후 NIH3T3 cell의 증식을 확인하였다. 갈색거저리 유충 추출물을 24시간 동안 처리한 경우 110%(0.1 mg/ml)부터 116%(2 mg/ml)까지, 48시간 동안추출물을 처리한 경우에는 114%(0.1 mg/ml)부터 131%(2mg/ml)까지에서는 세포 증식 효능을 확인할 수 있었다(Fig. 5).
59%로 나타났다. 갈색거저리 유충 추출물의 DPPH radical 소거능을 분석한 결과 1 mg/ml에서 17.22%, 5 mg/ml에서 66.79%, 10 mg/ml에서 81.17%의 DPPH radical 소거능을 나타내 농도에 따라 DPPH radical 소거능이 증가하는 것을 확인하였다(Fig. 1).
36%로 나타났다. 갈색거저리 유충 추출물의 아질산염 소거능을 농도별로 분석한 결과, 1 mg/ml에서 6.26%, 5 mg/ml에서 26.16%, 10 mg/ml에서 43.69%의 아질산염 소거능을 나타내 농도에 따라 아질산염 소거능이 증가하는 것을 확인하였다(Fig. 2).
3). 갈색거저리 추출물을 24시간 동안 처리한 경우 131%(0.1 mg/ml)부터151%까지, 48시간 동안 추출물을 처리한 경우에는 203%(0.1mg/ml)부터 218%(2 mg/ml)까지 세포 증식효과를 확인할 수 있었다. 이는 모발 성장 효과가 있다고 밝혀진 찔레 뿌리, 홍삼 및 황칠나무 잎을 이용하여 확인한 모유두세포 증식률과 비교했을 때, 보다 유사하거나 높은 결과였다[12, 27, 30].
5). 감태[17] 및 검은콩 추출물[14]을 이용하여 NIH3T3 cell의 세포 증식 효과를 확인하고 모발 성장 촉진에 효과가 있음을 밝힌 것과 같이 갈색거저리 유충 추출물 또한 모발의 성장을 촉진하는 효과가 있을 것으로 사료된다.
4). 그 결과, DHT를 단독으로 처리한 모유두세포는 약 28%의 세포사멸이 유도되었으나, 갈색거저리 유충추출물을 함께 처리한 경우 0.1 mg/ml 농도에서부터 DHT 단독 처리 군에 비해 세포 생존율이 유의적으로 증가하였으며, 0.5 mg/ml 농도부터는 DHT를 처리하지 않은 정상세포와 같은 정도의 세포 생존율을 나타냈다. 그러므로 갈색거저리 유충 추출물은 DHT에 의한 모유두세포의 세포사를 억제함으로써 탈모를 예방할 수 있을 것으로 사료된다.
5 mg/ml 농도부터는 DHT를 처리하지 않은 정상세포와 같은 정도의 세포 생존율을 나타냈다. 그러므로 갈색거저리 유충 추출물은 DHT에 의한 모유두세포의 세포사를 억제함으로써 탈모를 예방할 수 있을 것으로 사료된다.
이는 모발 성장 효과가 있다고 밝혀진 찔레 뿌리, 홍삼 및 황칠나무 잎을 이용하여 확인한 모유두세포 증식률과 비교했을 때, 보다 유사하거나 높은 결과였다[12, 27, 30]. 따라서 갈색거저리 유충 추출물은 모유두세포의 증식을 촉진함으로써 모발의 성장에 도움을 줄 수 있을 것으로 예상된다.
2). 뿐만 아니라 갈색거저리 유충 추출물 10 mg/ml에서는 기존에 높은 항산화능을 가진 것으로 알려진 블루베리 추출물(10 mg/ml)보다 높은 아질산염 소거능을 보이므로 천연 보존제 및 산패방지제 등으로 사용 가능할 것으로 사료된다.
후속연구
현재 미국 FDA (Food and Drug Administration)로부터 승인 받은 탈모치료제는 minoxidil과 finasteride가 있으나 finasteride의 성기능 저하 및 기형아 출산 부작용, minoxidil의 알레르기성 피부염, 가려움증 및 사용 중단 시 탈모가 재발하는 등의 부작용이 발생하는 것으로 알려져 있어 탈모 치료제로서의 단점이 있다[11, 24]. 따라서 이러한 단점을 보완하여 보다 안전하고 모발 손실 예방 및 모발 성장 강화 효과를 가진 새로운 치료제의 개발이 필요하다[31].
6). 이를 통해 갈색거저리 유충 추출물이 potassium channel blocker인 TBM의 활성을 억제하고 potassium channel opener로써 역할을 함으로써 모발 성장 및 탈모 예방에 도움을 줄 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
탈모의 원인은?
전체 모발의 80-90% 정도의 모낭이 성장하는 성장기(anagen), 세포사멸(apoptosis)에 의해 모낭의 성장이 정지되고 모근이 위축되는 퇴행기(catagen), 모근이 완전히 각화되어 곤봉모가되는 휴지기(telogen) 등의 단계에 따라 성장과 탈모를 거듭한다[34]. 탈모는 모발성장주기 중 휴지기가 길어지거나 휴지기에 있는 모낭의 수가 증가하여 모발 탈락이 과도하게 일어나는 것을 뜻하며, 스트레스 과다, 영양결핍, 국소혈류 장애, 남성호르몬의 관여, 유전적 요인 등 다양한 이유로 나타난다. 최근에는 스트레스 증가와 식생활 변화 등으로 탈모 인구가 크게 증가함에 따라 탈모 예방과 발모 촉진 등에 대한 관심이 증가하고 있다[14, 23].
모발의 역할은?
모발은 직사광선, 물리적 마찰과 같은 외부의 자극으로부터 머리를 보호하고 신체의 온도유지에 관여하며 개성이 중요시되는 현대에는 개개인의 특징을 보여줄 수 있는 역할을 하고 있다[16, 20]. 모발의 성장은 모낭으로부터 시작되어 복합적, 주기적으로 조절되는 과정으로 3개의 구간을 반복하게 된다.
모발 손실 예방 및 모발 성장 강화 효과를 가진 새로운 치료제의 개발이 필요한 이유는 기존 탈모 치료제의 어떤 부작용 때문인가?
안드로겐성 탈모(androgenic alopecia, AGA)는 가장 흔한 유형의 탈모로 남성형 탈모로 알려져 있으며, 모낭주기의 성장단계가 반복적으로 조기 종료되어 발생한다[26]. 현재 미국 FDA (Food and Drug Administration)로부터 승인 받은 탈모치료제는 minoxidil과 finasteride가 있으나 finasteride의 성기능 저하 및 기형아 출산 부작용, minoxidil의 알레르기성 피부염, 가려움증 및 사용 중단 시 탈모가 재발하는 등의 부작용이 발생하는 것으로 알려져 있어 탈모 치료제로서의 단점이 있다[11, 24]. 따라서 이러한 단점을 보완하여 보다 안전하고 모발 손실 예방 및 모발 성장 강화 효과를 가진 새로운 치료제의 개발이 필요하다[31].
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