[논문]AFM을 이용한 얼굴과 하박내측 각질세포 표면 특성 비교연구

장민열

doi:10.15230/scsk.2019.45.4.373

AFM을 이용한 얼굴과 하박내측 각질세포 표면 특성 비교연구
Study on the Surface Properties of Corneocyte between Face and Forearm Using Atomic Force microscopy (AFM) 원문보기

大韓化粧品學會誌 = Journal of the society of cosmetic scientists of Korea, v.45 no.4, 2019년, pp.373 - 380

장민열 (서원대학교 바이오코스메틱학과)

초록
AI-Helper

얼굴과 하박내측의 피부는 경피수분손실량(TEWL), 피부 수분량, 탄력 등에서 많은 차이를 보이고 있다. 특히, 이전 연구 결과에서 얼굴피부와 하박내측 피부는 수화(hydrating) 과정에 따른 탄력특성의 차이를 보여 주었다. 이에 본 연구에서는 신체부위에 따른 피부특성 차이는 각 신체부위를 구성하고 있는 각질세포 특성과 연관성이 있을 것이라는 가정하에 atomic force microscopy (AFM)을 이용하여 각질세포 표면 특성을 비교 연구하였다. 각질세포 표면의 거칠기(roughness)와 villus-like projections (VPs)을 이용하여 비교 평가 하였다. 더 나아가 얼굴피부, 하박내측, 입술 피부의 각질세포 표면을 정성적으로 비교해 보았다. 각질세포는 8명의 피험자의 얼굴과 하박내측 피부에서 tape-stripping을 이용하여 채취하여, AFM을 이용하여 40 ㎛ × 40 ㎛ 크기로 각질세포의 아랫면 표면 특성(bottom surface of corneocyte)을 측정하였다. 그 결과, 얼굴 각질세포 아랫면 표면 거칠기는 388.34 ± 86.189 nm이었고, 하박내측 각질세포 아랫면 표면 거칠기는 662.27 ± 224.257 nm로 하박내측 각질세포가 얼굴 각질세포보다 더 거친 표면 특성임을 확인하였다(p < 0.001). 관찰된 VPs의 양을 비교해보면, 입술 각질세포가 가장 많았고, 그 다음이 얼굴 각질세포이며, 하박내측 각질세포는 낮은 수준이었다. 이러한 결과를 통해 볼때, 각질세포 표면 특성이 얼굴과 하박내측 피부 사이에 보이는 특성 차이에 어느 정도 관여하고 있음을 확인할 수 있었으며, VPs는 부위별 피부 특성 연구에 유용한 parameter가 될 수 있는 가능성도 확인할 수 있었다. 그리고, AFM은 각질세포 표면의 미세한 구조적 차이를 비교 연구하는데 매우 유용한 기기임을 알 수 있었다. 향후 조금 더 많은 연구가 진행된다면 각질세포에 대한 새로운 화장품 효능 평가법이 개발될 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

There are many differences in tran-epidermal water loss (TEWL), skin water contents, and skin elasticity, etc between face and forearm skin. In particular, our previous studies showed that elasticity of face skin was significantly differed from forearm depending on full hydration. So, we have studied the surface properties of corneocyte using atomic force microscopy (AFM), assuming that the differences between face and forearm skin would be associated with the surface properties of corneocyte. The surface roughness of corneocyte and villus-like projections (VPs) were measured. Furthermore, qualitative comparison among the surface of face, forearm, and lip corneocyte was performed. Corneocytes were collected by tape-stripping on both face and forearm of 8 volunteers, and the bottom surface of corneocytes were measured at 40 ㎛ × 40 ㎛ using AFM. Results showed that the lower surface roughness of face corneocytes was 388.34 ± 86.189 nm, and that of forearm corneocytes was 662.27 ± 224.257 nm, which confirmed that the lower surface of forearm corneocytes was more rough than that of face corneocytes (p < 0.001). Compared with the amount of VPs, lip corneocytes were the highest followed by face corneocytes, and forearm corneocytes were the lowest. From these results, it is conclued that the surface properties of corneocytes are somewhat involved in the property differences between the face and the forearm skin and VPs can be a useful parameter for the study of corneocyte by site. In addition, AFM is a very useful device for the comparative study of nano-structural differences on the surface of corneocytes. More studies can lead to develop a new evaluation method of corneocytes.

주제어

표/그림 (8)

그림 Figure 1. Example of AFM scanning. Superficial corneocytes are obtained by tape stripping. The bottom surface of corneocytes adhering to the tape is imaged by AFM.
그림 Figure 2. Atomic Force Microscopy (Park systems, Korea).
그림 Figure 3. The representative AFM images of corneocytes.
그림 Figure 4. The 3-dimentional analysis of surface roughness on corneocytes of forearm and face.
그림 Figure 5. The graph for bottom surface roughness comparison between forearm and face corneocytes.
그림 Figure 6. The representative images of VPs on forearm and face and lip corneocytes.
표 Table 1. The number of samples showing VPs are calculated. There are unidentified images of 2 samples in lip corneocytes If these 2 images are calculated as VPs, all lip corneocytes willbe showed VPs
그림 Figure 7. Unidentified images are detected on lip corneocytes.

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

본 연구는 각질층을 구성하는 각질세포의 표면 특성이 부위별 피부 특성에 영향을 미칠 수 있을 것이라는 가정하에, AFM을 이용하여 얼굴 피부 각질세포와 하박내측 각질세포의 표면 거칠기를 비교 연구하였다. 그리고 얼굴, 하박내측, 그리고 입술 각질세포에서 VPs를 비교 연구하였다.

제안 방법

본 연구에서는 AFM을 이용하여 하박내측, 얼굴 각질세포 표면의 거칠기를 비교하고, 하박내측, 얼굴, 입술 각질세포 표면에서 VPs 관찰율을 정성적으로 비교하였다. 그 결과, 하박내측 각질세포 표면은 얼굴 각질세포보다 더 거친 표면 특성을 갖고 있음을 확인하였고, VPs 관찰율은입술 > 얼굴 > 하박내측 각질세포 순으로 높음을 확인하였다.

대상 데이터

총 8 명의 건강한 성인을 대상으로, 얼굴(cheek)과 하박내측(volar forearm), 그리고 입술 부위를 선정하여 시험을 진행하였다. 이 연구에 대하여 참여의사 확인서를 받은 후, 서원대학교 내 임상윤리심의위원회(IRB, institutional review board)의 허가를 득하여 수행하였다(승인번호 SWHIRB-20190908).

데이터처리

통계 분석 결과는 95% 신뢰구간에서 유의성 여부를 확인하였으며, 결과값에 대한 정규성 검증은 KolmogorovSmirnov, Shapiro-Wilk 방법으로 실시하였다. 본 데이터는 정규성을 만족하여 independent t-test를 사용하여 군간 비교분석을 실시하였다. 통계분석 프로그램은 SPSS 23.0 (IBMSPSS Statistics, USA)을 사용하였다.
통계 분석 결과는 95% 신뢰구간에서 유의성 여부를 확인하였으며, 결과값에 대한 정규성 검증은 KolmogorovSmirnov, Shapiro-Wilk 방법으로 실시하였다. 본 데이터는 정규성을 만족하여 independent t-test를 사용하여 군간 비교분석을 실시하였다.

성능/효과

본 연구에서는 AFM을 이용하여 하박내측, 얼굴 각질세포 표면의 거칠기를 비교하고, 하박내측, 얼굴, 입술 각질세포 표면에서 VPs 관찰율을 정성적으로 비교하였다. 그 결과, 하박내측 각질세포 표면은 얼굴 각질세포보다 더 거친 표면 특성을 갖고 있음을 확인하였고, VPs 관찰율은입술 > 얼굴 > 하박내측 각질세포 순으로 높음을 확인하였다.
또한, 본 연구결과를 통해 AFM은 피부연구에, 특히 각질세포 연구에 매우 유용한 기기가 될 수 있음을 알 수 있었고, 각질세포 표면의 VPs는 피부기능의 새로운 parameter로서의 가능성도 확인할 수 있었다. 각질세포(corneocyte)의 표면 특성 및 각질층의 구조 연구가 같이 이루어진다면 각질세포에 대한 새로운 화장품 효능 평가법이 개발되고 더 나아가 피부 기능 연구에 매우 유용한 평가법이 개발될 것이라 사료된다.

후속연구

또한, 본 연구결과를 통해 AFM은 피부연구에, 특히 각질세포 연구에 매우 유용한 기기가 될 수 있음을 알 수 있었고, 각질세포 표면의 VPs는 피부기능의 새로운 parameter로서의 가능성도 확인할 수 있었다. 각질세포(corneocyte)의 표면 특성 및 각질층의 구조 연구가 같이 이루어진다면 각질세포에 대한 새로운 화장품 효능 평가법이 개발되고 더 나아가 피부 기능 연구에 매우 유용한 평가법이 개발될 것이라 사료된다.
그 결과 nano-scale의 각질세포 표면 거칠기와 VPs 등 각질층을 구성하는 각질세포의 표면 특성은 부위별 피부 특성에 영향을 미칠 수 있다는 가능성을 확인하는 계기가 되었다. 좀 더 각질세포 표면 특성과 피부 기능과의 상관관계 연구가 진행된다면 각질세포 형태분석의 중요성이 요구될 것이라 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	AFM이란 무엇인가?	하지만 atomic force microscopy (AFM)을 이용한 피부 연구는 아직까지 광범위 하게 이루어지고 있지는 않다. AFM은 probe (cantilever)와 샘플 표면사이에 작용하는 힘(force)을 기본으로 샘플 표면 을 scanning하는 기기로서[6,7], 높은 해상력과 3차원 분석 [8,9], 그리고 샘플의 변형 없이 분석이 가능하다는 것이 장점이다[10]. 그래서 샘플 표면의 거칠기 등을 고해상도 로 분석이 가능하다[11].
	얼굴피부를 구성하는 각질세포의 크기가 다른 이유에는 어떤것들이 있는가?	그리고 얼굴피부를 구성하는 각질세포의 크기도 하박내측 피부 각질세포보다 작으며, 각질박리 속도도 하박내측 피부보다 빠르다[3]. 이렇게 부위에 따라 피부 특성이 다른 이유로는 피부의 두께, 각질세포의 분화 정도, 그리고 각질층에서 각질세포들의 구조적인 치밀함 정도(structural integrity) 등 여러 환경에 따른 결과라고 할 수 있다[4]. 또한, 동일한 각질층 수화(hydration) 환경에 대하여 얼굴 피부의 탄성 특성은 하박내측 피부의 탄성 특성보다 더 큰 폭으로 변화되었다는 연구결과를 통해[5], 동일한 자극에 대해 얼굴 피부와 하박내측 피부의 반응이 다르게 나타남은 얼굴 피부의 각질층 구조와 하박내측 피부의 각질층 구조에 차이가 있을 것이라 생각할 수 있다.
	동일한 각질층 수화(hydration) 환경에 대하여 얼굴 피부의 탄성 특성이 하박내측보다 크게 변화한 연구결과를 통해 알 수 있는것은 무엇인가?	이렇게 부위에 따라 피부 특성이 다른 이유로는 피부의 두께, 각질세포의 분화 정도, 그리고 각질층에서 각질세포들의 구조적인 치밀함 정도(structural integrity) 등 여러 환경에 따른 결과라고 할 수 있다[4]. 또한, 동일한 각질층 수화(hydration) 환경에 대하여 얼굴 피부의 탄성 특성은 하박내측 피부의 탄성 특성보다 더 큰 폭으로 변화되었다는 연구결과를 통해[5], 동일한 자극에 대해 얼굴 피부와 하박내측 피부의 반응이 다르게 나타남은 얼굴 피부의 각질층 구조와 하박내측 피부의 각질층 구조에 차이가 있을 것이라 생각할 수 있다.

참고문헌 (20)

A. Boehling, S. Bielfeldt, A. Himmelmann, M. Keskin, and K. P. Wilhelm, Comparison of the stratum corneum thickness measured in vivo with confocal Raman spectroscopy and confocal reflectance microscopy, Skin Res Technol, 20(1), 50 (2014).

상세보기
H. S. Ryu, Y. H. Joo, S. O. Kim, K. C. Park, and S. W. Youn, Influence of age and regional differences on skin elasticity as measured by the $Cutometer^{(R)}$ , Skin Res Technol, 14(3), 354 (2008).

상세보기
S. Marrakchi, H. I. Baibach, Biophysical parameters of skin: map of human face, regional, and age-related differences, Contact Derm, 57(1), 28 (2007).

상세보기
H. Tagami, Stratum corneum cell layers. In textbook of aging skin, eds M. A. Farange, K. W. Miller, and H. I. Maibach, Springer, 377 (2010).
M. Y. Chang, Study on skin elasticity property between face and forearm according to the environmental change of stratum corneum, J. Soc. Cosmet. Sci. Korea, 44(4), 455 (2018).

원문보기 상세보기
A.I kai, STM and AFM of bio/organic molecules and structures, Surf. Sci. Rep, 26(8), 263 (1996).
I. Sokolov, M. Firtel, G. S. Henderson, In situ highresolution AFM imaging of biological surfaces, J Vac Sci Technol B, 14(3), 674 (1996).
D. J. Stokes, Recent advantages in electron imaging, image interpretation and applications: environmental scanning electron microscopy, Philos. Trans R Soc. Lond A, 361(1813), 2771 (2003).

상세보기
R. M. Henderson, H. Oberleithner, Pushing, pulling gragging, and vibrating renal epithelia by using atomic force microscopy, Am. J. Physiol. Renal Physiol., 278(5), 689 (2000).
C. Gorzelanny, T. Goerge, E. M. Schnaeker, K. Thomas, T. A. Luger, and S. W. Schneider, Atomic force microscopy as an innovative tool for nanoanalysis of native stratum corneum, Exp. Dermatol., 15(5), 387 (2006).

상세보기
R. M. Gaikwad, S. I. Vasilyev, S. Datta, and I. Sokolov, Atomic force microscopy characterization of corneocytes: effect of moisturizer on their topology, rigidity, and friction, Skin Res Technol, 16(3),275 (2010).

상세보기
O. Naoko, H. Satoshi, M. Fukuyoshi, and H. Mitsuyoshi, Changes in villus-like projections of corneocytes from the facial skin in normal infants with or without infantile eczema; useful parameter to assess barrier function, Skin Res Technol, 19(4), 361 (2013).

상세보기
J. Fredonnet, G. Gasc, G. Serre, C. Severac, and M. Simon, Topographical and nano-mechanical characterization of native corneocytes using atomic force microscopy, J. Dermatol. Sci., 75(1), 63 (2014).

상세보기
C. S. King, S. P. Barton, S. Nicholls, and R. Marks, The change in properties of the stratum corneum as a function of depth, Br. J. Dermatol., 100(2), 165 (1979).

상세보기
Y. Naoe, T. Hata, K. Tanigawa, H. Kimura, and T. Masunaga, Bidimensional analysis of desmoglein 1 distribution on the outermost corneocytes provides the structural and functional information of the stratum corneum, J. Dermatol. Sci., 57(3), 192 (2010).

상세보기
J. Franz, M. Beutel, K. Gevers, A. Kramer, J. P. Thyssen, S. Kezic, and C. Riethmuller, Nanoscale alterations of corneocytes indicate skin disease, Skin Res Technol, 22(2), 174 (2016).

상세보기
C. Riethmuller, Assessing the skin barrier via corneocyte morphometry, Exp. Dermatol., 27(8), 923 (2018).

상세보기
M. Gorcea, M. E. Lane, D. J. Moore, A proof of principle study comparing barrier function and cell morphology in face and body skin, Int. J. Cosmet. Sci., 41(6), 613 (2019).

상세보기
S. Michel, R. Schmidt, B. Shroot, and U. Reichert, Morphological and biochemical characterization of the cornified envelopes from human epidermal keratinocytes of different origin, J Invest Dermatol, 91(1), 11 (1988).

상세보기
C. Riethmuller, M. A. McAleer, S. A. Koppes, R. Abdayem, J. Franz, M. Haftek, L. E. Campbell, S. F. MacCallum, W. H. I. McLean, A. D. Irvine, S. Kezic, Filaggrin breakdown products determine corneocyte conformation in patients with atopic dermatitis, J. Allergy Clin. Immunol., 136(6), 1573 (2015).

상세보기

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증