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인지질/세라마이드 혼합물의 상호적 자가회합 특성을 활용한 수화 액정형 베시클 제조
Preparation of Hydrated Liquid Crystalline Vesicle Using Mutual Self-Association between Ceramide and Phospholipid 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.31 no.5, 2020년, pp.545 - 551  

박민선 (동덕여자대학교 화학.화장품학부) ,  최정원 (동덕여자대학교 화학.화장품학부) ,  이설훈 (동덕여자대학교 화학.화장품학부) ,  진병석 (동덕여자대학교 화학.화장품학부)

초록
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인지질과 세라마이드 간 상호적 자가회합 특성을 활용하여 수화 액정형 베시클 제조를 시도하였다. 인지질과 세라마이드의 혼합지질에 에지 액티베이터를 첨가하면 난용성의 세라마이드를 고 함량으로 함유하는 베시클 제조가 가능하였다. 본 연구에서는 인지질, 세라마이드, 에지 액티베이터의 혼합 조성에 따른 수화 액정상의 구조적, 열적 특성 등의 변화를 관측하고, 혼합 조성을 달리하여 만든 베시클의 입자크기 및 베시클 분산액의 안정성을 비교하였다. 실험 결과, 인지질과 세라마이드 간 혼합에서 세라마이드 비율을 최대 70%까지 늘려서, 베시클 분산액 전체 대비 세라마이드를 3.5 wt% 함유되는 제형을 제조할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

An attempt was made to prepare hydrated liquid crystalline vesicles by utilizing a mutual self-assembly between phospholipid and ceramide. When an edge activator was added to the mixture of phospholipid and ceramide, it was possible to prepare a vesicle containing a high content of poorly soluble ce...

주제어

표/그림 (9)

AI 본문요약
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제안 방법

  • 제조 과정은 다음과 같다. HPC, 세라마이드, 에지 액티베이터를 각각 조성별로 정량하여 250 mL 둥근 바닥 플라스크에 넣고 에탄올을 첨가하였다. 플라스크 입구를 마개로 밀봉한 후 65 ℃의 항온조에서 두 지질과 에지 액티베이터를 에탄올에 완전히 용해시켜 투명한 졸(sol) 상태의 용액을 만들었다.
  • HPC, 세라마이드, 에지 액티베이터의 조성을 달리하여 다양한 수화 액정형 베시클 제조를 시도하였고 각각의 조성은 Table 1과 같다. 수화 액정형 베시클은 수화과정을 통해 lyotropic 라멜라 액정 배열을 유도한 후, 액정을 rotational isomerization 상태에서 물속에 분산시키는 비교적 간단한 2단계 공정으로 만들어진다[16].
  • HPC에 세라마이드와 SDOC이 혼합되었을 때 수화액정의 상(phase) 변화를 살펴보았다. 수화액정은 지질혼합물을 65 ℃에서 에탄올 0.
  • 수화 액정형 베시클은 수화과정을 통해 lyotropic 라멜라 액정 배열을 유도한 후, 액정을 rotational isomerization 상태에서 물속에 분산시키는 비교적 간단한 2단계 공정으로 만들어진다[16]. HPC와 세라마이드 두 지질을 비율별로 혼합하여 전체 지질 중량을 1 g으로 고정하고, 에지 액티베이터 0.1~0.2 g, 에탄올 0.8 g, 이외에 나머지는 증류수로 전체 용액 중량을 20 g으로 만들었다. 제조 과정은 다음과 같다.
  • HPC와 세라마이드(8 : 2) 혼합지질에 에지 액티베이터의 종류를 달리하여 첨가하였을 때, 베시클이 형성되는지 여부를 살펴보았고, Figure 2에 이들 제형의 외관을 비교하였다. Cholesterol을 첨가한 HC2C1 제형은 수화 액정형 베시클이 형성되지만, 시간이 경과하면서 분산액에서 상분리가 일어나며 베시클이 분산액 아래로 침전되는 현상이 나타났다.
  • Porcine skin 장벽 지질 구조를 교란시키기 위해서 Franz cell (직경1 cm)의 receiver chamber에 식염수(NaCl 0.9%)를 채우고 dornor chamber 사이에 porcine skin을 위치시켰다. 이후 donor chamber에 SDS를 식염수(NaCl 0.
  • 인지질, 세라마이드, 에지 액티베이터 간 혼합 조성을 달리하여 만든 베시클의 입자크기와 이들 베시클 분산액의 안정성을 비교하여 베시클 구성 조합을 최적화하고, 또한 혼합 조성에 따른 수화 액정상의 구조적, 열적 특성의 변화 등을 관측하여 에지 액티베이터가 인지질과 세라마이드의 상 구조에 미치는 영향을 분석하였다. 마지막으로 sodium dodecyl sulfate 처리로 손상된 porcine 피부 모델에 세라마이드 고 함량의 수화 액정형 베시클을 적용했을 때 피부 장벽구조의 회복 기능을 분석하였다.
  • 이러한 액정상에 정량송액 펌프를 이용하여 나머지 증류수를 서서히 첨가하면서 전단력을 가하면, 수화 액정상이 구형의 베시클 입자 형태로 물속에 분산되면서 콜로이드 용액이 만들어진다. 베시클 입자를 더 작고 균일한 사이즈로 만들기 위하여 베시클 분산용액을 비이커에 옮겨 담은 후, 2 min 동안 초음파를 가하고 이를 상온에서 서서히 식혀 HPC/세라마이드의 수화 액정형 베시클을 최종적으로 제조하였다.
  • 베시클 입자의 표면 전하는 분산액의 안정성에 영향을 주는 중요한 변수가 되는데, 지질 혼합물 비율 변화와 SDOC 첨가 등이 베시클의 표면전하에 미치는 영향을 살펴보기 위해 제타전위를 측정하였다. Figure 7을 살펴보면 SDOC를 첨가하였을 때 제타전위 값이 대략 -20 mV 이상의 큰 음전하 값으로 나타나고, SDOC를 첨가하지 않았을 때 (H, HC1)와 cholesterol을 첨가했을 때(HC2C1)는 제타전위 값이 0 근처의 값으로 나타났다.
  • 이러한 문제 해결을 위해 본 연구에서는 인지질과 세라마이드 혼합 지질의 상호적 자가회합 특성을 활용하여 세라마이드를 고함량으로 함유하는 수화액정형 베시클을 제조하였다. 베시클 제조 시 인지질과 세라마이드 혼합물에 에지 액티베이터(edge activator) 기능성분을 첨가하여 베시클에 세라마이드 함량을 높이는 방안을 시도하였다. 인지질, 세라마이드, 에지 액티베이터 간 혼합 조성을 달리하여 만든 베시클의 입자크기와 이들 베시클 분산액의 안정성을 비교하여 베시클 구성 조합을 최적화하고, 또한 혼합 조성에 따른 수화 액정상의 구조적, 열적 특성의 변화 등을 관측하여 에지 액티베이터가 인지질과 세라마이드의 상 구조에 미치는 영향을 분석하였다.
  • 손상된 피부에 세라마이드 고 함량의 베시클을 적용했을 때 각질층내 지질 장벽의 packing 상태를 회복하는 것을 FT-IR을 이용한 CH2-CH2 scissoring band의 변화를 측정하여 확인하였다[27]. 건강한 피부 상태를 대변하는 orthorhombic packing 상태에서는 2개(1475 and 1463 cm-1) 의 피크를 관찰할 수 있고, 세라마이드 부족이나 외부 계면활성제 처리 등에 의해서 약화된 피부에서는 이들이 hexagonal로 변함에 따라한 개의 피크(1468 cm-1)로 변하게 된다[28].
  • 액정상 구조관찰을 위해 편광 현미경은 Nikon사의 ECLIPSE E400 POL 모델을 사용하였고 WAXD (wide angle X-ray diffraction) 측정은 Bruker사의 D8 Advance 모델을 사용하였다. 수화 액정의 열적 특성은 TA의 시차주사 열량계(DSC) Q-10 모델을 사용하여 질소가스 주입속도 50 mL/min 승온 속도 10 ℃/min로 설정하고 측정하였다. FT-IR을 이용한 피부 내 지질 패킹의 변화는 JASCO 사의 4200 모델을 사용하였다.
  • 01% 용액과 증류수로 순차적으로 세척하였다. 이 표면을 FT-IR을 통해서 1460~1480 cm-1의 영역을 5회 반복 측정하였다. 이후 이 데이터의 2차 미분값 그래프를 생성하고 이를 바탕으로 2개의 peak (1475/1463)의 local height를 계산하여 상대적인 비율을 수치화 하였다[29].
  • 이러한 문제 해결을 위해 본 연구에서는 인지질과 세라마이드 혼합 지질의 상호적 자가회합 특성을 활용하여 세라마이드를 고함량으로 함유하는 수화액정형 베시클을 제조하였다. 베시클 제조 시 인지질과 세라마이드 혼합물에 에지 액티베이터(edge activator) 기능성분을 첨가하여 베시클에 세라마이드 함량을 높이는 방안을 시도하였다.
  • a). 이를 수치화하기 위해서 피크(1475/1463)의 local height 비율을 계산하였다[29]. SDS에 의하여 손상된 이후 증류수를 처리한 control 군은 39.
  • 이 표면을 FT-IR을 통해서 1460~1480 cm-1의 영역을 5회 반복 측정하였다. 이후 이 데이터의 2차 미분값 그래프를 생성하고 이를 바탕으로 2개의 peak (1475/1463)의 local height를 계산하여 상대적인 비율을 수치화 하였다[29].
  • 베시클 제조 시 인지질과 세라마이드 혼합물에 에지 액티베이터(edge activator) 기능성분을 첨가하여 베시클에 세라마이드 함량을 높이는 방안을 시도하였다. 인지질, 세라마이드, 에지 액티베이터 간 혼합 조성을 달리하여 만든 베시클의 입자크기와 이들 베시클 분산액의 안정성을 비교하여 베시클 구성 조합을 최적화하고, 또한 혼합 조성에 따른 수화 액정상의 구조적, 열적 특성의 변화 등을 관측하여 에지 액티베이터가 인지질과 세라마이드의 상 구조에 미치는 영향을 분석하였다. 마지막으로 sodium dodecyl sulfate 처리로 손상된 porcine 피부 모델에 세라마이드 고 함량의 수화 액정형 베시클을 적용했을 때 피부 장벽구조의 회복 기능을 분석하였다.

대상 데이터

  • 수화 액정의 열적 특성은 TA의 시차주사 열량계(DSC) Q-10 모델을 사용하여 질소가스 주입속도 50 mL/min 승온 속도 10 ℃/min로 설정하고 측정하였다. FT-IR을 이용한 피부 내 지질 패킹의 변화는 JASCO 사의 4200 모델을 사용하였다. 그래프에서 나타낸 특성 값은 측정된 결과들의 평균값 ± S.
  • 5% 제품을 사용하였다. Porcine skin은 메디키네틱스(한국)사의 1 mm 두께의 제품을 사용하였다.
  • 본 실험에서 사용된 인지질은 soybean에서 추출한 지질을 수소첨가 반응시켜 불포화 성분을 제거한 레시틴으로 phosphatidyl choline (PC) 성분이 95% 이상인 Emulmetik 930 (Lucas Meyer, USA)을 사용하였고, 이후로는 편의상 인지질의 명칭을 HPC (hydrogenated phosphatidyl choline)로 표기하였다. 세라마이드는 ceramide NP 성분인 DS-Ceramide Y30 (두산 솔루스, 한국)제품을 사용하였다.
  • 본 실험에서 사용된 인지질은 soybean에서 추출한 지질을 수소첨가 반응시켜 불포화 성분을 제거한 레시틴으로 phosphatidyl choline (PC) 성분이 95% 이상인 Emulmetik 930 (Lucas Meyer, USA)을 사용하였고, 이후로는 편의상 인지질의 명칭을 HPC (hydrogenated phosphatidyl choline)로 표기하였다. 세라마이드는 ceramide NP 성분인 DS-Ceramide Y30 (두산 솔루스, 한국)제품을 사용하였다. 이 밖에 sodium deoxycholate (이후 SDOC로 표기), cholesterol, polysorbate 80, sodium chloride, sodium dodecyl sulfate (이후 SDS로 표기)은 모두 Sigma-Aldrich (St.
  • Louis, USA) 제품을 사용하였고, lysolecithin은 LPC-50H (뉴로피드, 한국)를 사용하였다. 에탄올은 (주)대정화금(한국)의 순도 99.5% 제품을 사용하였다. Porcine skin은 메디키네틱스(한국)사의 1 mm 두께의 제품을 사용하였다.
  • 세라마이드는 ceramide NP 성분인 DS-Ceramide Y30 (두산 솔루스, 한국)제품을 사용하였다. 이 밖에 sodium deoxycholate (이후 SDOC로 표기), cholesterol, polysorbate 80, sodium chloride, sodium dodecyl sulfate (이후 SDS로 표기)은 모두 Sigma-Aldrich (St. Louis, USA) 제품을 사용하였고, lysolecithin은 LPC-50H (뉴로피드, 한국)를 사용하였다. 에탄올은 (주)대정화금(한국)의 순도 99.

데이터처리

  • 그래프에서 나타낸 특성 값은 측정된 결과들의 평균값 ± S.D.이고 통계분석은 5% 유의수준에서 student’s t-test를 실시하였다.

이론/모형

  • 의 VC505 모델을 사용하였고, 베시클 입자 크기와 표면전하는 레이저 광산란 측정장치인 Otsuka사의 Zeta-Potential & Particle Size Analyzer ELSZ-2000모델을 사용하여 측정하였다. 액정상 구조관찰을 위해 편광 현미경은 Nikon사의 ECLIPSE E400 POL 모델을 사용하였고 WAXD (wide angle X-ray diffraction) 측정은 Bruker사의 D8 Advance 모델을 사용하였다. 수화 액정의 열적 특성은 TA의 시차주사 열량계(DSC) Q-10 모델을 사용하여 질소가스 주입속도 50 mL/min 승온 속도 10 ℃/min로 설정하고 측정하였다.
  • 의 VC505 모델을 사용하였고, 베시클 입자 크기와 표면전하는 레이저 광산란 측정장치인 Otsuka사의 Zeta-Potential & Particle Size Analyzer ELSZ-2000모델을 사용하여 측정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
세라마이드를 포함한 고형의 라멜라 과립이나 코아-쉘(core-shell) 구조의 캡슐을 만들고 나서, 이를 제형에 분산시키는 방법은 어떤 문제가 있는가? 세라마이드 함량을 높이면서 제형의 안정화를 해결하기 위한 시도로, 먼저 세라마이드를 포함한 고형의 라멜라 과립이나 코아-쉘(core-shell) 구조의 캡슐을 만들고 나서, 이를 제형에 분산시키는 방법이 적용되고 있다[9-11]. 그러나 이러한 방법들은 세라마이드가 고형의 과립이나 마이크로 크기의 캡슐에 내포되어 있기 때문에 세라마이드가 피부 각질층 내부로 침투가 어렵다. 따라서 세라마이드를 피부 내부에 효과적으로 전달하기 위해서 세라마이드를 나노 에멀젼, 마이크로 에멀젼, 나노파티클 등과 같은 작은 분산입자 형태로 제조하거나, 세라마이드를 리포좀에 포집시켜 침투시키는 등의 방법 등[12-15]이 적용되고 있지만, 이들 방법은 세라마이드 함량이 낮거나 제조 과정이 단순하지 않은 등의 한계를 지니고 있다.
세라마이드는 무엇인가? 세라마이드는 스핑고신(sphingosine)에 지방산이 연결된 구조의 스핑고지질(sphingolipid)로, 비극성 지방분자 간 작용하는 반데르발스 인력과 아미노-카르보닐기(amido-carbonyl group), 하이드록시기(hydroxyl group)의 극성분자 간 수소결합이 작용한다[4,5]. 이러한 구조적 특이성으로 인해 제형에 세라마아드가 함유되면 세라마이드 결정화가 진행되면서 석출, 겔화(gelling) 등이 발생하여 제형의 안정성이 떨어진다.
피부 표피의 최외각에 위치한 각질층은 어떻게 구성되어 있는가? 피부 표피의 최외각에 위치한 각질층은 각질세포와 각질세포 간 지질로 이루어져 있으며 세포 간 지질은 주로 세라마이드, 지방산, 콜레스테롤 및 중성지질 등으로 구성되어있다. 세포 간 지질 중에서 세라마이드는 40~60%의 비중을 차지하며 라멜라 구조를 형성하여 각질 세포 간의 공간을 지지함으로써 피부 장벽기능 및 피부 보습에 매우 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다.
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참고문헌 (29)

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