헤모힘 및 아톰美 화장품 개발과 관련된 연구보고서 초록(2)

[아톰美]

헤모힘 및 아톰美화장품 개발과 관련된 연구 보고서 초록입니다. 

제품 개발을 위한 연구 노력도를 짐작하게 하는 연구자료입니다.

과제명 :  "방사선 식품·생명공학기술 개발"과제의 세부과제

 - 방사선 이용 생체방어 기능성 식품 개발

 - 방사선 피부 손상에 대한 시제품 및 신후보식품의 효능 검색

 - 방사선에 의한 피부면역계 손상에 대한 기능성식품의 방호효과 검색

연구기관 : 한국원자력연구원

주관연구책임자 : 조성기

I. 제목

방사선 피부 손상에 대한 시제품 및 신후보식품의 효능 검색

II. 연구개발의 목적 및 필요성

국가경제의 성장으로 생활수준의 전반적인 질적 향상과 함께 국민의 건강 장수에 대한 관심이 고조되고 있으며 최근 산업사회의 급속한 발전으로 야기되는 각종 질환 및 식생활의 변화에 따른 성인병 등이 새로운 사회문제로 인식되면서 이에 대한 국민 각자의 해결 의지가 과거 어느 때 보다 적극적인 상황이다.

이와 같은 추세에 부응하여 최근 식음료를 중심으로 기능성 식품의 개발이 급속도로 진행되고 있는 현실에서 고부가 기능성 식품의 검색은 소비자의 선택적 욕구를 충족시키는 능동적인 시도가 될 것이다.최근 대기오염에 따른 오존층의 감소 및 레저문화가 확산되면서 야외생활 시간이 증가하고 있고, 이로 인해 우주방사선 노출의 빈도도 높아지고 있다.

전 세계적으로 자외선의 피부 손상에 대한 연구는 오래 전부터 수행되어 왔으며, 이와 함께 피부보호 효과물질에 대해서도 국내외적으로 다수의 연구가 진행되고 있다. 자외선에 의한 피부손상의 보호물질은 화장품의 영역에서도 주요 관심사이며, 화장품시장의 규모 등의 관점에서 충분한 시장성을 확인할 수 있다. 현재 대부분의 연구는 화학물질을 사용한 자외선 차단제가 중심이 되고 있으며, 최근 천연물의 효능 검색이 일부 시행되고 있는 실정이다

자외선 차단효과와 함께 피부미백 효과에 관한 연구도 관심의 대상이 되고 있으며, 피부광노화 방지와 미백효과를 동시에 만족하는 물질이 검색된다면 의미 있는 연구결과가 될 것이다.수많은 식품 및 천연물 중에서 새로운 생의학적 기능을 지닌 물질을 찾아내거나 개발한다는 것은 많은 시간과 노력을 필요로 하는 매우 어려운 일이다.

더욱이 새로운 기능성 물질을 발견하더라도 안전성 및 임상적 효과가 입증되어야 비로소 경제성을 지닌 물질로 인정받을 수 있다. 따라서 한방서나 민속의학을 근거로 예로부터 여러 질병에 예방과 치료를 위해 이용되어 온 기존의 한약이나 약초에서 새로운 효능이나 약리작용 기전을 검색하기 위하여 보다 발달된 생명과학적 기술을 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있다.

본 연구팀에서는 전리방사선 생체장해에 효과를 나타내는 개발시제품 및 후보식품물질을 대상으로 감마선에 의한 피부부속물 장해와 자외선에 의한 피부 손상 경감효과 유무 및 미백효과를 평가하고자 하였으며, 별도연구로 헤모힘의 항염증효과를 파악하고자 하였다. 연구의 결과 천연물에서 효과물질이 발굴되었고 이는 기존 자외선 차단제의 부작용을 해결하면서 고기능성 식품 및 나아가 화장품 개발에도 적용할 수 있을 것이다.

III. 연구개발의 내용 및 범위

개발된 시제품(헤모힘)의 자연방사선(자외선)에 대한 피부조직 방호효과 검증 및 신후보소재의 지속적 탐색을 위한 생체시험을 실시하였다. 연차별 연구내용 및 범위는 아래와 같다.

1차년도 : 자외선에 의한 피부손상의 형태학적 지표, 효능 검색 기술 확립, 자외선 피부손상에 대한 시제품 (HemoHIM)의 손상 경감효과 및 미백효과 파악

- 자외선 피부 손상의 형태학적 지표(3지표) 시험 기술 확립

- 표피 일광화상세포 발생 유도 및 검색기술 확립

- 표피 멜라닌세포 변화파악 및 효능 검색기술 확립

- 표피 수지상세포(랑게르한스세포) 변화 파악 및 검색기술 확립

- 표피 멜라닌세포를 지표로 한 미백효과 검색기술 확립

- 효과 검색 지표에 대한 HemoHIM의 투여시험(복강내 주사 및 경구투여) 수행

- 표피 일광화상세포 발생에 대한 효과 검색

- 표피 멜라닌세포 변화에 대한 효과 검색

- 표피 수지상세포(랑게르한스세포) 변화에 대한 효과 검색

- 표피 멜라닌세포를 지표로 한 미백효과 검색

2차년도 : 자외선 피부손상에 대한 시제품(HemoTonic)의 손상 경감효과 및 미백효과 파악

- 효과 검색 지표에 대한 HemoTonic의 투여시험(복강내 주사 및 경구투여) 수행

- 표피 일광화상세포 발생에 대한 효과 검색

- 표피 멜라닌세포 변화에 대한 효과 검색

- 표피 수지상세포(랑게르한스세포) 변화에 대한 효과 검색

- 효과 검색 지표에 대한 HemoTonic의 피부도포 시험 수행

- 표피 일광화상세포 발생에 대한 효과 검색

- 표피 멜라닌세포 변화에 대한 효과 검색

- 표피 수지상세포(랑게르한스세포) 변화에 대한 효과 검색

- HemoTonic의 피부 미백효과 시험 수행

- 표피 멜라닌세포를 지표로 한 미백효과(복강내 및 경구투여 시험) 검색

- 표피 멜라닌세포를 지표로 한 미백효과(피부도포 시험) 검색

3차년도 : 시제품(HemoHIM(R), HemoHIM)의 항염증효과 파악

- 시제품(HemoHIM)의 급성염증반응에 대한 항염증효과 연구수행

- 시제품(HemoHIM)의 염증반응 1기에 대한 항염증효과 연구수행

- 시제품(HemoHIM)의 염증반응 2기에 대한 항염증효과 연구수행

- 시제품(HemoHIM)의 염증반응 3기에 대한 항염증효과 연구수행

- 시제품(HemoHIM)의 시험적 대장염에 대한 항염증효과 연구수행

4차년도 : 자외선에 의한 피부 광노화(피부주름) 및 암발생(피부암)을 지표로 한 시제품의 효과 검색

- 자외선 피부 광노화 지표 시험 기술 확립

- 피부암 검색 기술 확립

- 광노화 지표에 대한 HemoHIM의 투여시험(복강내 주사 및 경구투여) 수행

- 암발생 지표에 대한 HemoHIM의 투여시험(복강내 주사 및 경구투여) 수행

- 광노화 지표에 대한 HemoHIM의 피부도포 시험 수행

- 암발생 지표에 대한 HemoHIM의 피부도포 시험 수행

IV. 연구개발결과

1. 1차년도 : 자외선에 의한 피부손상의 형태학적 지표, 효능 검색 기술 확립, 자외선 피부손상에 대한 시제품 (HemoHIM)의 손상 경감효과 및 미백효과 파악

가. 표피 일광화상세포 발생에 대한 효과

검색자외선 조사에 따라 핵농축 및 산성호성세포질을 나타내는 일광화상세포가 급격히 증가되었다. 자외선 조사 전 복강내 주사군 (P<0.05) 및 자외선 조사 전 및 조사 후 연속 주사군(P<0.01)에서 유의성있는 감소효과가 있었다. 도포시험은 자외선 조사 대조군에 비하여 전 실험군에서 유의성있는 효과(P<0.05)가 있었으나 적용 용량에 따른 차이는 경미하였다.

나. 표피 멜라닌세포 변화에 대한 효과

검색자외선 조사에 따라 많은 가지돌기를 가진 멜라닌세포가 증가하였다. 자외선 자외선 조사 전 및 조사 후 연속 복강내 주사군(P<0.05)에서 유의성 있는 감소효과가 있었으며 경구투여군에서는 전 시험군에서 효과(P<0.05)를 나타냈다. 도포시험은 자외선 조사 대조군에 비하여 전 실험군에서 유의성있는 효과(P<0.05)가 있었으나 적용 용량에 따른 차이는 없었다. 효과물질 투여군에서는 세포의 가지돌기 형성도 미약하였다.

다. 표피 수지상세포(랑게르한스세포) 변화에 대한 효과

검색자외선 조사에 따라 수지상세포의 수는 감소되었고, 가지돌기 및 과립의 소실도 관찰되었으며 효과물질 투여군에서는 가지돌기 및 과립이 상당부분 유지되었다. 자외선 조사 전 복강내 주사군, 자외선 조사 전 및 조사 후 연속 복강내 주사군(P<0.05)에서 유의성 있는 세포 감소 억제효과가 있었으며 경구투여군에서는 자외선 조사 전 및 조사 후 연속 투여군에서 효과(P<0.05)를 나타냈다. 도포시험은 자외선 조사 대조군에 비하여 전 실험군에서 세포의 감소가 다소 억제되었으나 유의성은 없었다.

라. 표피 멜라닌세포를 지표로 한 미백효과

검색자외선 조사 후 3주에는 복강내 주사군과 피부도포군에서 유의성(P<0.01)있는 미백효과를나타냈으며 6주 후에는 모든 투여 처치군에서 유의성(P<0.05) 있는 미백효과를 나타냈다.

2. 2차년도 : 자외선 피부손상에 대한 시제품(HemoTonic)의 손상 경감효과 및 미백효과 파악

가. 표피 일광화상세포 발생에 대한 효과

 검색자외선 조사에 따라 핵농축 및 산성호성세포질을 나타내는 일광화상세포가 급격히 증가되었다. 자외선 조사 전 복강내 주사군 (P<0.05) 및 자외선 조사 전 및 조사 후 연속 주사군(P<0.01)에서 유의성 있는 감소효과가 있었다. 경구투여군에서는 자외선 조사 전 및 조사 후 연속 투여군(P<0.05)에서 유의성 있는 감소효과가 있었다. 도포시험은 자외선 조사 대조군에 비하여 전 실험군에서 유의성 있는 효과(P<0.05)가 있었으나 적용 용량에 따른 차이는 경미하였다.

나. 표피 멜라닌세포 변화에 대한 효과

 검색자외선 조사에 따라 많은 가지돌기를 가진 멜라닌세포가 증가하였다. 자외선 조사 전 복강내 주사군, 조사 후 주사군, 자외선 조사 전 및 조사 후 연속 복강내 주사군 모두에서 유의성 있는 감소효과가 있었으며(P<0.01), 경구투여군에서는 자외선 조사 전 및 조사 후 연속 투여군에서 효과(P<0.05)를 나타냈다. 도포시험은 자외선 조사 대조군에 비하여 0.6% 도포군에서 만 유의성 있는 효과(P<0.05)가 관찰되었다. 효과물질 투여군에서는 세포의 가지돌기 형성도 미약하였다.

다. 표피 수지상세포(랑게르한스세포) 변화에 대한 효과

 검색자외선 조사에 따라 수지상세포의 수는 감소되었고, 가지돌기 및 과립의 소실도 관찰되었으며 효과물질 투여군에서는 가지돌기 및 과립이 상당부분 유지되었다. 자외선 조사 전 및 조사 후 연속 복강내 주사군(P<0.01)에서 유의성 있는 세포 감소 억제효과가 있었으며 경구투여군에서는 자외선 조사 전 투여군, 자외선 조사 전 및 조사 후 연속 투여군에서 효과(P<0.05)를 나타냈다. 도포시험은 자외선 조사 대조군에 비하여 전 실험군에서 세포의 감소가 다소 억제되었으며 평균치에서는 최소 16% 이상의 증가효과가 있었으나 심한 개체차로 인하여 통계적 유의성은 없었다.

라. 표피 멜라닌세포를 지표로 한 미백효과 검색자외선 조사 후 3주에는 복강내 주사군(P<0.05)과 피부도포군에서 유의성(P<0.01)있는 미백효과를 나타냈으며 6주 후에는 경구투여군에서 유의성(P<0.05) 있는 미백효과를 나타냈다.

3. 3차년도 : 시제품(HemoHIM(R), HemoHIM)의 항염증효과 파악

가. 급성염증(Carrageenan 유도 족부종)에 대한 항염증효과

Carrageenan 투여에 의해 발의 부피는 투여 1시간에 약 20% 증가하고 4시간에 60%까지 증가하였다. HemoHIM(R)의 투여에 의해 각 시간대별로 평균치에서 부종의 억제효과를 나타냈으며 4시간에 음수 ml당 4 mg 경구투여군, 체중 kg당 50 mg 및 200 mg 복강내 주사군에서 각각 42.6% (p<0.05), 35.2% (p<0.05) 및 48.1% (p<0.01)의 유의성 있는 억제효과를 나타냈다.

나. 염증반응 1기(모세혈관 투과도 증가)에 대한 항염증효과

대조군에 비하여 HemoHIM(R)은 모세혈판 투과도를 억제하여 복강내로 삼출된 pontamine sky blue의 양은 음수 ml당 4 mg 경구투여군, 체중 kg당 50 mg 및 200 mg 복강내 주사군에서 각각 41.1% (p<0.05), 59.8% (p<0.01) 및 67.4% (p<0.01)의 유의성 있는 억제효과를 나타냈으며, 음수 ml당 1mg 경구투여군에서는 6.0%의 경미한 효과를 나타냈다.

다. 염증반응 2기(백혈구 유주)에 대한 항염증효과

Zymosan의 복강내 투여에 의해 백혈구 수는 PBS만을 복강내 투여한 경우에 비해 약 4배 증가하여 7.843 ± 2.832(x 106개/ml)의 백혈구를 복강내로 유도하였다. 음수 ml당 4mg의 HemoHIM(R)을 경구투여한 군과 체중 kg당 50 mg의 HemoHIM(R)을 복강내 주사한 군에서 유의성있는 백혈구 유주 억제효과를 나타냈으나 음수 ml당 1 mg 경구투여군과 체중 kg당 200 mg 을 복강내 주사한 군에서는 유의성 있는 효과는 없었다.

라. 염증반응 3기(섬유화 현상)에 대한 항염증효과

Cotton pellet의 삽입에 의해 7일 후 61.83 ± 3.25 mg의 육아종이 겨드랑이에 형성되었고, 음수 ml당 HemoHIM(R) 4 mg 경구투여군, 체중 kg당 50 mg 및 200 mg 복강내 주사군에서 각각 17.79% (p<0.05), 23,18% (p<0.05) 및 30.73% (p<0.05)의 유의성 있는 육아종 형성 억제효과를 나타냈으며, 음수 ml당 1 mg 경구투여군에서는 11.05%의 경미한 효과를 나타냈다.

마. 시험적 대장염에 대한 항염증효과

TNBS으로 대장염을 유발한 대장의 육안적 소견으로서 궤양과 점막 비후 및 내강의 확장이 관찰되었다. 대장의 주위 조직과 유착은 모든 실험군에서 경미하거나 발생되지 않았으며 시료 복강내 주사군에서 내강의 확장은 완화되었고 점막 비후 변화 또한 시료처치군에서 개선되었다. 충혈 및 궤양등의 대장 손상 정도를 보면, TNBS로 병변을 유발한 군에서 점수가 높아 심한 궤양이 생긴 것을 알 수 있었고, 시료 경구투여의 경우 평균치에서는 50% 이상의 효과를 나타내나 개체차로 인하여 유의성은 없었으며, 복강내 주사군의 경우 투여용량에 비례하여 유의성 있는 손상 경감 효과를 나타냈다. TNBS 유발 대장염 대조군의 대장의 현미경적 소견으로 점막의 괴사 및 부종이 관찰되었고, 점막과 점막밑조직, 근육층에 걸쳐 광범위한 염증세포의 침윤이 관찰되었다. 시료 경구투여군의 대장에서는 대조군에 비하여 점막세포의 재생과 점막과 점막밑조직의 부종과 염증세포침윤이 경미하였다. 시료 복강내 주사군에서는 점막의 경미한 미란과 점막고유층에 한정된 경미한 염증세포의 침윤만이 관찰되어 대장손상이 현저히 완화된 소견을 나타냈다.

4. 4차년도 : 자외선에 의한 피부 광노화(피부주름) 및 암발생(피부암)을 지표로 한 시제품의 효과 검색

가. 피부주름 형성에 대한 효과 검색

자외선 단독 조사군의 경우 조사 기간의 경과에 따라 주름 등급은 계속 증가 되었으며 무처치 자외선 단독 조사 대조군의 경우 6주에 평균 1.15를 나타냈으며, 14주에 2.0을 초과하여 시험종료 시점인 22주에 평균 2.81의 주름 등급을 나타냈다. 헤모힘 복강내 주사 및 경구투여군 모두에서 전기간에 걸쳐 유의성있는 주름 형성 감소가 관찰되었다(p<0.05). 부형제 도포 자외선 조사 대조군에서는 무처치 자외선 단독 조사 대조군에 비하여 연고기재의 물리적 방어효과에 기인하여 등급이 다소 낮은 수치를 보였으며 헤모힘 도포의 경우에도 부형제 도포 자외선 조사 대조군에 비하여 전 실험 기간중 유의성있는 주름 형성 감소가 관찰되었다(p<0.01).

나. 피부조직 현미경 지표(표피두께, 세포침윤도, 진피 낭종형성) 변화에 대한 효과 검색

무처치 자외선 단독 조사 대조군의 경우 22주에 평균치를 기준으로 표피두께는 2.83, 세포 침윤도는 2.67, 진피 낭종형성도는 3.50을 나타냈으며, 헤모힘 복강내 주사 및 경구투여군 모두에서 유의성있는 경감 소견이 관찰되었다(p<0.01). 부형제 도포 자외선 조사 대조군에서는 무처치 자외선 단독 조사 대조군에 비하여 연고기재의 물리적 방어 효과에 기인하여 등급이 다소 낮은 수치를 보였으며 헤모힘 도포의 경우에도 부형제 도포 자외선 조사 대조군에 비하여 유의성있는 경감효과가 관찰되었다(p<0.05).

다. 피부에서 육안적 종괴 및 암발생에 대한 효과 검색

육안적 종괴는 무처치 자외선 단독 조사 대조군의 경우 13주부터 발생하여 22주에 94,4%의 발생율을 보였고 헤모힘 복강내 주사군 및 경구투여군에서는 15주부터 발생하여 2주의 발생 지연효과가 관찰되었고, 발생율도 각각 66.7% 및 56.3%로 감소하였다. 현미경 검사에서 피부에 유두종(papilloma) 및 암종(carcinoma)의 발생은 자외선 단독 조사 대조군의 경우 각각 4.78개 및 0.56개로서 총 5.33개의 암이 발생하였으며, 헤모힘 복강내 주사군에서는 각각 0.83개 및 0.33개로서 총 1.17개의 암이 발생하였고, 경구투여군에서는 유두종이 0,50개 발생하였으나 암종은 관찰되지 않았다. 부형제 도포 자외선 조사 대조군에서는 15주부터 발생하여 22주에 80.0%의 발생율을 보였고 헤모힘 도포군에서는 17주부터 발생하여 2주의 발생 지연효과가 관찰되었고, 발생율도 60.0%로 감소하였다. 유두종 및 암종의 발생은 부형제 도포 자외선 조사대조군의 경우 각각 1.70개 및 0.10개로서 총 1.80개의 암이 발생하였으며, 헤모힘 도포군에서는 각각 0.20개 및 0.20개로서 총 0.40개의 암이 발생하였다. 헤모힘 복강내 주사, 경구투여 및 피부도포군에서 각각의 자외선 단독 조사 대조군에 비하여 육안적 종괴의 발생이 지연되고 발생율도 감소하였으며 현미경으로 확인된 유두종 및 전체 암발생을 유의성 있게 감소시켰다(p<0.05).

V. 연구개발결과의 활용계획

- 방사선 피부손상 검색지표 및 대응 기능성 식품 탐색 기술로 적용

- 전리방사선 장해 경감 물질을 대상으로 한 신효능 검색이라는 관점에서 관심의 대상이 될 수 있을 것임.

- 방사선 피부 손상 대응 소재의 지속적 발굴을 위한 기술 확보-고기능성 식품 및 화장품의 개발을 위한 자료 제공

- 식품차원에서의 방사선 피부장해 대응 효과의 검색

- 천연물에서의 신기능 검색 및 식품화 유도-자외선에 의한 피부 손상의 보호물질은 화장품의 영역에서도 주요 관심사이며 화장품시장의 규모 등의 관점에서 충분한 시장성을 확인할 수 있음.

- 후보 물질의 방사선 피부 손상 경감 효능이 밝혀져 부작용이 적은 천연물이라는 관점에서 국민 건강에 기여할 수 있을 것이며, 고부가가치의 신기능 피부 보호제 또는 화장품의 개발이 가능할 것임.

- 다기능 식품효능의 검색증명 및 기능성 식품 산업화 모색

- 전리방사선 장해 경감시험에서 인지된 무독성 기호 식품에서 방사선 피부 장해 대응 효과 유무를 검정하므로써 부수적 독성으로 인하여 실제 적용에 한계를 나타내는 기존의 방사선 피부장해 경감제와의 차별화 확립

- 방사선 피부 손상 대응 기능성 소재의 제품화 및 고부가가치 피부 보호 제품으로의 상업화

- 기호 천연물 또는 식품의 고기능 건강식품, 화장품화 유도

- 신기능 피부 보호제품 개발을 통한 기능성 제품의 선택적 구매 충족

- 천연물 또는 식품에 대한 과학적 효과 증명 및 효능 극대화를 유도하므로서 국민 건강증진에 기여

- 자연방사선, 방사선 작업종사, 의료방사선 노출 등에 의한 장해 경감으로 국민 건강증진에 기여