보고서 정보
주관연구기관 |
(주)세바바이오텍 |
연구책임자 |
임혜원
|
참여연구자 |
임창진
,
김태훈
,
김정미
,
박철순
,
백두연
,
태유경
,
김혜연
,
이승태
,
김민성
,
백송
,
이현
|
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2016-12 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 |
TRKO201700006771 |
과제고유번호 |
1415142527 |
사업명 |
산업집적지경쟁력강화(R&D) |
DB 구축일자 |
2017-10-12
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키워드 |
피부.진피 섬유아세포.3차원.비세포성니쉬.조직칩.Skin.Dermal fibroblasts.Three dimension.Non-cellular niche.Tissue-on-a-chip.
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초록
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□ 최종목표
○ 진피섬유아세포의 체외 조직화를 유도할 수 있는 3차원 비세포성니쉬 개발 및 이를 이용한 피부 진피 조직 모방형 tissue-on-a-chip 개발
○ 진피섬유아세포의 노화(senescence)를 조절하는 천연소재 개발
○ 노화(senescence)를 조절하는 천연소재를 함유한 제품 개발
□ 개발내용 및 결과
○ 진피섬유아세포의 체외 조직화를 유도할 수 있는 3차원 비세포성니쉬 개발 및 이를 이용한 피부 진피 조직 모방형 tissue-on- a-chip 개발
① 피부내 진피 조직
□ 최종목표
○ 진피섬유아세포의 체외 조직화를 유도할 수 있는 3차원 비세포성니쉬 개발 및 이를 이용한 피부 진피 조직 모방형 tissue-on-a-chip 개발
○ 진피섬유아세포의 노화(senescence)를 조절하는 천연소재 개발
○ 노화(senescence)를 조절하는 천연소재를 함유한 제품 개발
□ 개발내용 및 결과
○ 진피섬유아세포의 체외 조직화를 유도할 수 있는 3차원 비세포성니쉬 개발 및 이를 이용한 피부 진피 조직 모방형 tissue-on- a-chip 개발
① 피부내 진피 조직 체외 구현을 위한 3차원 비세포성니쉬 개발
② 피부 진피 조직 모방형 tissue-on-a-chip 개발
③ 개발된 피부 진피 조직 모방형 tissue-on-a-chip의 기능 여부확인
④ 피부진피조직 모빙형 tissue-on-a-chip의 규격 설정
► MMP1에 의해 특이적으로 절단되는 아미노산 서열을 가지고 있고 crosslinker(multi MMP-specific crosslinker)를 제작하였으며, 피부조직 내에 인간진피섬유아세포를 둘러싸고 있는 세포외기질 단백질의 신호를 세포 내로 전달할 수 있는 진피섬유아세포의 integrin 유형을 확인하고 인간진피섬유아세포 친화적 3차원 스캐폴드 제작을 위해 세포막에 존재하는 integrin a5β1, aVβ1를 활성화 시킬 수 있는 단백질 peptide RGD를 진피조직 모방 환경을 구현하기 위해 사용하였음
► 개발된 피부 진피 조직 모방형 tissue-on-a-chip의 기능 여부확인하기위해 PEG-based hydrogel 내에 배양된 인간진피섬유아세포에 대한 강황잎 추출물의 keratin10, involucrin,laminin a5, fillaggrin, collal, col3al의 mRNA 발현 정도를 quantitative real-time PCR를 이용하여 분석해본 결과 대략 2배 이상 발현양이 증가하였으나 2D-섬유아세포에서 보다 그 발현정도 낮게 나타나는 것으로 보였음. 이는 효능 물질이 세포에 직접 영향을 미치는 2D 배양시스템보다 좀더 3D환경하에서 피부 진피 조직에 근접한 결과로 보여짐
○ 진피섬유아세포의 노화(senescence)를 조절하는 천연소재 개발
① 강황잎 추출물, 1,2,3,4,6-penta-O-galloyl-β-D-glucose (PGG),galic acid의 섬유아세포에 대한 senescence 조절 효과 조사 (2D cell culture)
② 강황잎 주출물, PGG, galic acid의 senescent 섬유아세포에 대한 oxdative stress 억제 효과 조사
③ 피부 진피 조직 모방형 tissue-on-a-chip을 활용한 강황잎 추출물, PGG, galic acid 및 복합물의 섬유아세포에 대한 노화(senescence) 조절 효과 조사
④ 강황잎 추출물을 기본으로 섬유아세포 노화(senescence) 조절에 최적화된 소재 제형 개발
⑤ 원료제품의 규격 설정
► 강황잎 추출물에는 유효성분으로 PGG와 Galic acid가 존재하는데 섬유아세포에 대한 독성을 조사한 결과 galic acid가 PGG보다 독성이 훨씬 낮게 나타났으며 강황잎 추출물의 경우 200uM의 높은 농도에서도 독성을 보이지 않음
► 강황잎 추출물, PGG, galic acid 모두 섬유아세포에서 H202에 의해 유발되는 oxidative-stress 에 대해 self-defense mechanism을 활성화시키는 항산화 물질인, thioredoxin,glutaredoxin, AP-1을 효과적으로 발현시키는 것으로 나타났고, 상대적으로 세포사멸 인자인 p53 유전자 발현을 저해하는 것으로 보여짐
► 특히 강황잎 추출물의 경우 keratin10,involucrin, laminin a5, fillaggrin, collal, col3al의 mRNA 발현 정도를 quantitative real-time PCR를 이용하여 2D 섬유아세포에서 분석해본 결과 대략3-4배 이상 발현양을 증가시키는 것으로 보여짐
► 화장품 소재로 사용하기 위해 강황잎 추출물 2%를 부형제로 1,3-Butylene Glycol 10%를 함유한 정제수에 희석시키고 보존제로 1,2 Hexanediol 2%를 사용하여 소재 제형을 확립시켜 온도, pH, 유기용매에 대한 안전성을 조사한결과 화장품소재로 사용하기에 적합하였으면 이 물질을 완제품에 2% 적용한 후 phenolic compound 함량을 측정해 본 결과 1mg/ml이상 (galic acid equivalent) 존재하는 것으로 나타났으며 미생물에 대한 보존력도 화장품 소재로 사용하기에 적합한 것으로 보여졌음.
○ 노화(senescence)를 조절하는 천연소재를 함유한 제품 개발
① 제형개발
② 제형 안정성 평가
③ 시제품 제작 (2종)
④ 시제품 제형 안정성 평가
⑤ anti-aging 임상 (피부탄력)
► 다양한 종류 (토너, 유화형 크림,세럼,젤크림)의 제형에 강황잎 추출물을 2-5% 첨가하여 개발한 후 패널 테스트를 통해 관능성 평가를 수행한 결과 크림과 세럼에 대한 선호도가 높은 것으로 나타났음
► 유화형 크림, 세럼, 젤크림, 세럼의 적용 제품인 마스크팩에 대한 피부안전성 임상을 수행한 결과 모두 자극이 없는 것으로 나타났음.
► 시제품으로 마스크팩과 세럼을 만든 후 세럼 제형이 적용된 마스크팩에 대한 피부탄력 및 24시간 보습력 유지 임상을 수행한 결과 통계적으로 유의하게 효과가 있는 것으로 나타났음.
□ 기술개발 배경
○ 최근 화장품 산업 환경에서 가장 큰 이슈는 화장품의 효능효과를 언급하기 위한 실증적 데이터 제시와 동물 실험 규제에 따른 동물시험 대체 in vitro 시험방법 개발 요구를 들 수 있음.
○ 식품의약품안전처 2014년“화장품 표시 광고 관리 가이드라인” 에 의하면 화장품 관련 표시 및 광고를 실증하기 위하여 인체적용시험(in vivo) 또는 생체 외 시험 (in vitro)을 수행해야하며 과거 화장품에 자유롭게 표기되던 피부노화 완화 또는 안티에이징란 표현이 화장품 표시 광고 주요 실중대상이 되어 인체적용시험 자료 또는 인체외 시험자료로 입증해야만 하는 상황이며 그 외에도 보습, 피부탄력,여드름 피부 적합, 가려움증 개선, 홍반감소등과 같은 화장품의 효능을 표현하기 위해 사용되던 표현을 실증하기 위한 수많은 임상으로 인한 고비용으로 발생되어 중소기업들에게 새로운 시장 진입 장벽이되고 있는 상황임
○ 최근 EU를 중심으로 강화되고 있는 3R (Replacement, Reduction,Refinement)이 OECD 선진국가를 중심으로 국제적인 합의사항이 됨에 따라 화장품 산업을 중심으로 동물실험을 중지하거나 줄이려는 노력이 가시화되고 2012년 이후 동물실험을 거친 화장품의 완제 및 원료의 판매가 완전히 금지되었으며 화장품 개발에 있어 동물실험을 대체하려는 대체실험범 개발 연구가 JacVAM,IcVAM, EcVAM 등을 중심으로 매우 중요한 산업적 공익적 이슈가 되고 있음.
○ 국내서도 2014년 처음으로 동물실험을 실시한 화장품, 동물실험을 실시한 화장품 원료를 사용해 제조·수입된 화장품을 유통·판매할 수 없도록 하는 '화장품법 개정안'이 발의된 후 2015년 12월 31일 화장품법 개정법률안이 국회 본회의를 통과하여 유예기간을 거쳐 시행될 예정임
○ 그러나 피부조직의 특징을 살리지 못하는 기존의 단순 피부세포주 배양 실험이나 효소 활성 측정과 같은 n vitro 실험방법으로는 화장품의 효능을 소비자에게 설득력 있게 전달할 수 있는 실증데이터가 되기에는 한계가 있으므로 실증 데이터로도 가치고 높고 동물대체 시험방법으로 제시될 수 있는 창의적인 연구개발 방법의 도입이 매우 필요함.
□ 핵심개발 기술의 의의
○ 현재까지 화장품 산업에서 소재의 효능평가는 주로 2D 배양시스템에서 이루어졌으나 2D 배양 시 세포 본연의 기능 및 표현형을 잃게 되고, 세포와 세포 간 또는 세포 외 기질 간의 상호작용이 결여되어 기능적인 분화특성을 유지할 수 없기 때문에, 이를 이용한 결과를 바탕으로 항노화 유효성에 대해 논하기에는 다소 어려운 실정이며 이러한 문제점들을 극복할 수 있는 근본적인 하나의 대안으로써 각종 피부세포들의 증식 및 세포활성을 증진시켜 피부조직을 재생시킬 수 있는 생체적합물질을 이용하여 3차원적인 피부조직을 구현화 시키기 위해 세계 각국에서 다양한 연구가 진행 중에 있는 상황이며, 최근에는 국외의 여러회사들에 의해 Apligraf (Organogenesis Inc.),Dermagraft (Advanced Tissue Sciences), Epicel(Genzyme Tissue repair), Integra (Integra Life Sciences) 등의 이름으로 인공피부가 상품화 되어있음.
○ 하지만 이러한 3D 인공피부 모델은 생산이 까다로워 효능 검증에 이용하는데 있어서 발생되는 고비용이 아직까지 문제가 되고 있으며 현재 3D 인공피부 제작을 위해서는 동물유래인자 및 임상 적용에 어려운 불명확한 인자들의 사용이 불가피하기 때문에, 이를 이용하여 처리물질에 의해 발생되는 정확한 메카니즘을 규명하기에는 다소 어려움이 있음.
○ 본과제를 통해 동물 대체 시험을 대신할 수 있는 in-vitro 실험방법으로 개발된 피부진피조직 모방형 섬유아세포 배양 3D 시스템은 기존 고가의 3D 배양 시스템에 비해 비용이 1/10 수준으로 매우 저렴하며 피부 진피층에 존재하는 섬유아세포의 morphology changing, migration,adhesion interection의 성질을 유지시킬 수 있어 2D 시스템보다는 훨씬 피부 진피조직과 유사한 환경에서 효능 평가를 구현할 수 있음.
□ 적용 분야
- 동물대체 in vitro 화장품 효능 평가 시스템
- 화상환자 치료를 위한 피부재생기술 개발에 활용
( 출처 : 초록 5p )
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 산단R&BD역량강화사업 지원사업 최종보고서 ... 2
- 제출문 ... 3
- 최종보고서 초록 ... 4
- 기술개발사업 주요 연구성과 ... 12
- 목차 ... 15
- 제 1 장 서 론 ... 16
- 제 1 절 과제의 개요 ... 16
- 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 20
- 제 1 절 개발기술 목표 및 평가 방법 ... 20
- 제 2 절 기관별 기술개발 목표 및 내용 ... 21
- 제 3 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 25
- 제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 26
- 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 26
- 가. 연구개발 추진 일정 ... 26
- 나. 연구개발 추진 실적(정량목표별 달성도 표 첨부) ... 27
- 다. 기술개발 결과 ... 27
- 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 59
- 제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 59
- 제 3 절 고용 창출 효과 ... 60
- 제 4 절 자체보안관리진단표 ... 61
- 끝페이지 ... 61
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