본 연구에서는 수입에 의존되는 아로마 에센셜 오일의 의존도를 낮추고 국내 수요 및 재배가 늘고 있는 허브 식물의 가치를 높일 수 있는 차별 방안을 찾고자 SPME 법으로 국내 재배 라벤더 꽃의 원물 손상 없이 향기 성분만을 분석 재현해내는 연구를 통해 수입 라벤더 에센셜 오일과의 향기 구성성분 차이를 확인하고 국내 재배 허브 식물의 향기 독창성을 찾고자 한다. 라벤더 에센셜 오일은 총 38 종, 라벤더 꽃은 총 27 종의 향기 성분이 분석되었으며 이들 중 공통성분은 myrcene, d-limonene, 1,8-cineol, ocimene, p-cymene, α-terpinolene, camphor, linalool, linalyl acetate, bornyl acetate, 4-terpineol 및 a-terpineol 으로 총 12 종이 유일하였다. 또한 두 시료의 향기 구성성분 중 국내 재배 라벤더 꽃의 알러젠 종류와 함량이 적음을 확인할 수 있었으며 15 명의 패널을 대상으로 관능평가를 시행한 결과 국내 재배 라벤더 꽃 재현향이 종래까지 산업에 활용되어져 온 라벤더 에센셜 오일보다 높은 호감도를 나타내어 알러지 유발성분의 함량을 낮춘 라벤더향으로 산업화에 확대 가능할 것으로 사료된다.

본 연구는 울릉도 돌외(Gynostemma pentaphyllum) 잎으로부터 캘러스 유도 및 추출한 후, 피부장벽 기능과 관련된 항염증, 항알러지, 각질세포외막 형성, S. aureus에 의한 각질형성세포 손상 완화 효능을 확인하고자 수행되었다. 돌외 캘러스 추출물의 피부에 대한 항염증 효능을 확인하기 위해, PAR-2 agonist로 활성화된 primary epidermal keratinocyte (HEKa)에서 염증성 사이토카인들의 발현을 확인한 결과, 돌외 캘러스 추출물은 IL-8, IL-25, TSLP 발현을 저해하는 효능이 있는 것을 확인하였다. RBL-2H3 세포를 이용한 β-hexosaminidase assay 시험을 통해 항알러지 효능을 확인한 결과, β-hexosaminidase 방출을 억제하는 효과를 보였다. 또한, 돌외 캘러스 추출물은 HaCaT 세포에서 각질세포외막(cornified envelope) 형성 효과가 있음을 확인하였고, HaCaT 세포와 S. aureus 공배양 실험을 통해 S. aureus에 의한 각질형성세포 생존율 감소를 완화하는 효능이 있음을 확인하였다. 본 연구 결과를 종합해보면, 울릉도 돌외 캘러스 추출물은 항염, 항알러지, S. aureus에 의한 각질세포 손상 완화 효능에 유효한 소재의 가능성을 확인하였고, 피부장벽 개선을 위한 화장품 소재로서 활용 가치가 있을 것으로 판단된다.

백색증이나 백반증에서 관찰되는 피부 저색소침착은 유전적 요인, 후성유전적 요인 및 기타 요인에 의해 멜라닌 합성이 감소할 때 발생한다. 세포에서 멜라닌 합성을 촉진 할 수 있는 약물 후보를 확인하기 위해 141개의 세포 투과성 저분자 약물로 구성된 후성유전적 조절제 라이브러리를 스크리닝했다. B16/F10 쥐 흑색종 세포를 0.1 𝜇M에서 각 약물로 처리하고 멜라닌 합성 및 세포 생존력을 모니터링했다. 그 결과, (-)-네플라노신 A, 3-디아자네플라노신 A (DZNep) 및 DZNep 염산염이 세포 독성을 일으키지 않고 멜라닌 합성을 증가시키는 것으로 나타났다. 이 세 가지 구조적으로 관련된 약물은 세포 멜라닌 합성 및 세포 생존력에 유사한 용량 의존적 효과를 나타내었기 때문에 DZNep을 추가 실험을 위한 대표 약물로 선택하였다. DZNep는 세포내 멜라닌 함량과 티로시나제(TYR) 활성을 증가 시켰다. DZNep은 또한 mRNA와 단백질 수준에서 TYR, 티로시나제 관련 단백질 1 (TYRP1) 및 도파크롬 토토머라제 (DCT)의 발현을 유도했다. DZNep는 또한 멜라닌 합성의 주요 조절자인 소안구증 관련 전사 인자(MITF)의 mRNA와 단백질 발현을 유도했다. DZNep은 S-아데노실 호모시스테인 가수분해효소의 선택적 억제제이며 히스톤 메틸화효소를 저해하는 S-아데노실 호모시스테인의 세포내 축적을 유발하였다. 이 연구는 특정 세포 상황에서 S-아데노실 호모시스테인 가수분해효소를 표적함으로써 멜라닌 생성이 조절될 수 있음을 시사한다.

해양 홍조류 참도박(Grateloupia elliptica, G. elliptica)을 흑효모(Aureobasidium pullulans, A. pullulans)로 발효시킨 추출물들의 인간 피부각질세포주(HaCaT)에 대한 항염증 효과를 조사하였다. 흑효모로 발효한 참도박 추출물은 참도박 추출물에 비하여 총 폴리페놀(total polyphenol content)은 최대 2.7 배로 증가되었으며 총 플라보노이드(total flavonoid conten)는 최대 2.4 배 증가되었다. 인간 피부각질세포를 lipopolysaccharide (LPS) 또는 H₂O₂로 염증을 유도 한 후 참도박 추출물과 참도박 발효 추출물을 100 ㎍/mL 농도로 처리 한 결과 LPS 또는 H₂O₂ 만 처리한 세포군에 비하여 약 3 ~ 10% 정도 세포생존율이 증가되었다. 또한 염증 유발과 관련된 단백질 발현 변화를 조사한 결과 참도박 발효추출물이cyclooxygenase-2 및 70 kDa heat shock protein 의 발현을 현저히 감소시켰다. 따라서 흑효모로 발효한 참도박은 항염효과를 가진 피부수렴용 화장품 소재로 유용하다.

본 연구에서는 기능성 미백물질인 나이아신아마이드(NI)의 피부 투과율을 개선시키기 위해 NI를 고형지질 나노입자(solid lipid nanoparticles, SLNs))에 봉입하고 피부 투과율을 평가하였다. NI는 이중 에멀션 가온용융 유화법으로 SLNs 내에 효과적으로 봉입할 수 있었으며, 평균 입자 크기는 263.30 ~ 436.93 nm이었고 제타전위는 -34.77 ~ -57.60 mV인 안정한 입자를 제조하였다. NI의 피부 투과 연구를 위해 인체 표피 조직에서 유래된 피부각질세포로 만든 3차원적 인공피부(SkinEthic^TM RHE)을 사용하였다. NI의 피부 투과 및 침적 실험 결과 모든 SLNs 제형이 NI의 피부 투과 및 침적율을 개선시켰으며, SLNs을 적용하였을 때가 그렇지 않을 때 보다 투과율은 약 5.4 ~ 7.6 배, 침적율은 9.5 ~ 20.8 배 개선되었을을 확인하였다. 따라서, 본 연구에서 제조된 고형지질나노입자는 기능성 미백물질인 나이아신아마이드의 피부 투과율을 개선하기에 충분한 결과를 보여 주었다.

식물 유래 exosome-like nanovesicles (plant-derived exosome-like nanovesicles, PELNs)은 다양한 생물학적 활성을 포함하고 높은 생체 적합성을 가지고 있다. 인체 내에서 PELNs은 세포 분화 및 증식 조절에 영향을 미칠 수 있어 여러 산업 분야에서 응용이 가능하다. 하지만, PELNs의 피부 생리적 기능에 대한 연구는 포유류 nanovesicles에 비해 미미한 실정이다. 본 연구에서는 사과 열매로부터 캘러스를 유도하고 exosome-like nanovesicles (Exosome-like nanovesicles isolated from Malus domestica (apple) fruit callus, ACELNs)를 분리하여 피부 장벽 및 피부 노화 개선에 대한 연구를 수행하였다. ACELNs의 수율은 6.42 × 10⁹ particles/mL이였으며, 입자 사이즈는 100 ~ 200 nm 범위로 감지되었다. 인간 유래 피부세포인 HDF cells과 HaCaT cells에서 세포 증식을 유도하였으며, 세포 독성 억제 효과를 보였다. 각질형성능이 유의하게 증가했으며, mRNA levels에서 COL1A1과 FBN1 발현을 증가시켰다. 또한, UVA 조사된 HDF cells에 대한 collagen 합성을 촉진시켰다. 이러한 결과들은 ACELNs가 피부장벽 개선 및 피부노화를 방지할 수 있는 소재로서 활용하기 우수한 소재로 사료된다.

콜라겐 가수 분해물(collagen hydrolysate, CH)은 피부 진피 섬유아세포를 자극하여 콜라겐과 엘라스틴 같은 세포 외 기질 합성을 촉진함으로써 피부 노화 방지에 도움을 주는 것으로 알려져 있다. 최근 피부 노화를 일으키는 다양한 요인 중 최종당화산물(advanced glycation end products, AGEs)이 주목을 받고 있음에도 불구하고, 아직까지 CH가 AGE축적에 미치는 영향은 연구된 바 없다. CH는 피부 구조단백질의 생성을 촉진하여 AGE 축적에 영향을 줄 수 있으므로, 이를 확인하기 위해 트리펩타이드25%, Gly-Pro-Hyp 4%를 함유한 CH인 저분자콜라겐펩타이드(low molecule weight collagen peptide, LMCP)를 이용하여 임상시험을 수행하였다. 피부 조직 내 AGE 축적량을 평가하기 위해 AGE reader를 사용하여 피부자가형광(skin autofluorescence, SAF) 값을 측정하였다. 0.5%와 1.0% LMCP 용액을 8 주 동안 피험자의 전박에 도포한 결과, 시험부위의 SAF값이 대조부위에 비해 유의하게 감소하였다. 추가적으로, LMCP에 의한 피부섬유아세포의 콜라겐 합성 촉진을 평가하기 위해 CCD-986sk를 이용하여 in vitro test를 수행하였다. 그 결과, 800 ㎍/mL의 LMCP는 CCD-986sk의 human pro-collagen Iα1(COL1A1) 합성을 증가시켰다. 본 연구를 통해 LMCP도포가 콜라겐 합성을 촉진하여 항당화 효과에 도움을 줄 수 있다는 것을 확인하였으며, 이는 LMCP가 노화 방지 화장품 원료로써 잠재력이 있음을 시사한다.

본 연구는 항균 활성을 갖는 천연 소재를 검색하고 화장품의 보존제로써 적용을 위해 진행되었다. 디스크 확산법(disc diffusion method)을 통해 피부 병원성균 3 종(Staphylococcus aureus, Escherichia coli (E. coli), Pseudomonas aeruginosa)과 효모균(Candida albicans (C. albicans))에서의 천연 항균 소재 9 종을 검색하였다. Inhibition zone 크기를 측정한 결과, 오배자 추출물(Rhus Semialata gall (Gallnut) extract), 참나무 목초액 (Oak vinegar) 그리고 폴리리신(ε-polylysine)은 10 mm 이상으로 다른 추출물에 비해 우수한 항균활성을 나타내었다. 병원성균 3종과 효모균, 곰팡이균(Aspergillus brasiliensis (A. brasiliensis))에서 최소살균농도(minimum bactericidal concentration, MBC)를 측정한 결과, 오배자 추출물과 참나무 목초액은 5 종의 병원성균에서 10 ~ 20 mg/mL와 20 ~ 40 mg/mL, 폴리리신의 경우 진균류에서 0.5 ~ 2 mg/mL으로 살균 작용에 의한 항균효과를 각각 확인하였다. Checkerboard 방법에 따라 오배자 추출물과 참나무 목초액, 오배자 추출물과 폴리리신의 혼합 비율에 따른 시너지 효과(synergistic effect), 부가 효과(additive effect), 무관함(indifferent) 그리고 상쇄효과(antagonistic effect)를 평가하였다. 그 결과, 단독으로 사용할 때보다 오배자 추출물과 참나무 목초액 복합물은 E. coli, C. albicans, A. brasiliensis를, 오배자 추출물과 폴리리신 복합물은 C. albicans, A. brasiliensis를 4 배 낮은 농도에서 99.9% 억제하며 항균 시너지 효과를 확인하였다. 오배자 추출물과 참나무 목초액 복합물은 S. aureus와 P. aeruginosa를 2 배 낮은 농도에서 억제하며 부가 효과가 확인되었다. 이로써, 오배자 천연 복합물은 항균 시너지 효과를 발휘할 수 있음을 입증했을 뿐만 아니라 넓은 항균 스펙트럼을 갖춘 천연 방부 시스템으로써 화장품에서 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구는 인체 친화적인 소재로 여드름균을 제거하는 기술을 만들기 위해서 진행하였다. 먼저 여드름균을 운모 디스크에 흡착시켜 생장시킨 후 원자현미경을 통해 바이오필름이 제대로 성장하였는지를 확인하였다. 이미지 상으로 형태가 둥글게 변하였고 사이즈도 평균 17% 정도 길어졌으며 물질을 구분하는 공명주파수의 위상 값이 단일값으로 관찰된 것을 볼 때 세균막이 운모디스크 전체를 덮어서 자란 바이오필름을 확인할 수 있었다. 이렇게 바이오필름을 생성시킨 여드름균에 여러 가지 아미노산 50 mM을 각각 처리하여 관찰한 결과 valine, serine, argine, leucine을 처리하였을 때 여드름균의 농도가 감소한 것을 발견하였다. 나노인덴터와 AFM 컨택모드로 스캔을 한 결과 valine (Val)을 처리한 여드름균 바이오필름의 강도가 증가해 있는 것을 확인하였다. 이것은 균을 보호하는 외곽의 세균막이 형성 억제됨으로써 세균막보다 더 높은 강도일 수 있는 균을 측정했기 때문일 수 있다. 여드름균과 Val을 처리한 여드름균에 균과 바이오필름 내부의 세균막을 볼 수 있는 형광물질을 각각 태깅하고 형광 이미지를 관찰한 결과 저농도 Val을 처리한 여드름균에서는 세균막이 관찰되었으나 10 mM 이상의 Val을 처리할 때부터 여드름균의 세균막이 형성 억제됨을 알 수 있었다. 뿐만 아니라 Val 10 mM 이상의 농도에서는 여드름균 전체의 농도도 감소하는 것을 알 수 있었다. 즉, 세균막이 형성 억제됨으로써 약화된 여드름균의 결합력에 의해서 여드름 균의 농도가 감소한 것으로 볼 수 있다. 마침내 Val의 투입은 세균막 생성을 억제함으로써 여드름균을 제거하는 효능이 있음을 확인하였다.

본 연구에서는 프로바이오틱스 유래 엑소좀 유사 나노베지클을 분리하고, 피부에 대한 여러 가지 생리활성을 평가했다. 프로바이오틱스의 한 종인 Lactococcus lactis subsp. lactis (LL)를 배양하고 고압균질기와 한외여과를 통해 70 ~ 200 nm 크기를 갖는 LL 유래 엑소좀 유사 나노베지클(LVs)을 분리했다. 나노입자추적분석 결과 1.81 × 10¹¹ particles/mL로 나타났다. LVs를 섬유아세포와 피부각질세포에 처리하여 피부 주름과 장벽 개선과 관련된 효능을 확인했다. 우선 섬유아세포에서 fibrillin (FBN1) 유전자 발현량이 23%, 피부각질세포에서 fibronectin (FN1)과 filaggrin (FGN) 유전자 발현량이 각각 65%, 400% 증가했다. 그리고 각질형성능은 대조군 대비 30% 증가함을 확인할 수 있었다. 또한, UV 조사한 피부각질세포에 LVs를 처리했을 때 collagen type I alpha 1 (COL1A1)이 대조군 대비 약 83% 증가하는 결과를 보여주었다. 이로써 프로바이오틱스 유래 엑소좀 유사 나노베지클은 장벽 개선과 관련하여 화장품 및 의약품 소재로 이용할 수 있음을 확인했다.

각질층은 피부의 가장 바깥쪽에 위치하여 피부 내 수분을 유지시킨다. 피부 보습은 각질층 내 천연보습인자(natural moisturizing factors, NMF)에 의존하는데, NMF 중 아미노산이 가장 많은 비율을 차지한다. 본 연구에서는 NMF 중 serine (Ser)의 피부 투과율을 개선시키기 위해 생체 적합한 고형지질인 stearic acid 기반 고형지질나노입자(solid lipid nanoparticles, SLNs)를 설계하였다. Ser 봉입 SLNs은 이중 가온용융유화법으로 제조하였다. 평균 입자 크기는 256.30 ~ 416.93 nm이었고 제타전위는 -17.60 ~ -35.27 mV이었다. 유화제의 지용성 또는 친수성의 정도가 각각 높아질수록 입자크기 작아지고 안정성 및 봉입율이 높아지는 경향을 보였다. Ser의 피부 투과 연구를 위해 인체 표피 유래 피부 조직(SkinEthic^TM RHE)을 사용하였다. Ser의 피부 투과결과 SLN을 적용한 제형이 대조군인 Ser 용액에 비해 약 4.1 ~ 6.2 배 투과율이 개선되었음을 확인하였다. 유화제의 지용성 또는 친수성의 정도가 각각 높아질수록 Ser의 피부 투과율이 높아지는 경향을 보였다. 따라서, Ser이 봉입된 SLN은 기능성화장품의 보습효과 처방을 위한 경피흡수 제형으로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.