*Corresponding author: Jeong-Hee Kim Tel : +82-63-850-6898 E-mail : I. 서 론
코로나 19 장기화에 따라 마스크 착용이 지속하면서, 이에 따른 피부 트러블 및 여드름 발생이 보고되었다(Desai et al., 2020). 마스크 착용에서 발생한 여드름은 의학적으로 아크네 메카니카 (acne mechanica)에 해당한다. 아크네 메카니카란 손이나 옷, 턱받이, 헬멧 같은 외부 요소 때문에 지속적인 마찰이나 압박을 받아 생기는 여드름을 의미한다(Kosasih, 2020). 그러나 코로나 19 팬데믹에 의해 정식 의학용어는 아니지만, 마스크(mask)와 여드름(acne)을 뜻하는 두 단어의 합성인 마스크네(makene)의 신종 합성어가 등장하였고, 마스크 착용 때문에 발생하는 여드름 및 트러블을 지칭하고 있다(Bansal et al., 2022).
마스크를 지속해서 착용할 경우 피부와의 마찰로 인해 피부 장벽 기능이 저하되며, 고온·다습의 환경이 조성되어 박테리아가 증식하고 피지 분비가 증가하는 등 피부를 취약하게 만들어 트러블이 발생한다(Damiani et al., 2021). 피부 장벽은 표피의 가장 바깥쪽에 위치한 각질층으로 수분과 영양 손실을 막아주는 역할을 한다. 피부 장벽이 손상되면 피부의 유· 수분 밸런스가 무너져 피부가 건조해지며 외부 자극에 쉽게 반응해 각종 트러블이 발생한다. 따라서 마스크 착용으로 인한 피부 장벽 손상을 예방하기 위해서는 피부 장벽 개선에 도움을 주는 제품을 활용하여 약화한 피부 장벽 기능을 강화하는 것이 중요하다(Kosasih, 2020).
최근 미국, 일본 등 글로벌 화장품 브랜드에서는 마스크 착용에 따른 피부 자극이 피부 손상으로 이어지는 마스크네를 완화, 예방하기 위한 피부 장벽 강화, 항염증 효능의 화장품을 출시하고 있고, 국내에도 마스크네 관련 화장품들이 출시되었다. 그러나 2021년 식품의약품안전처의 마스크 착용에 따른 발진, 여드름 등 피부 개선 화장품 조사 결과, 마스크로 인한 피부 문제를 화장품 사용으로 의학적 효능을 얻을 수 있는 것처럼 홍보하는 등 총 318건의 허위·과대광고가 적발되어 보고되었다(Ministry of Food and Drug Safety, 2021.01.28.).
마스크네에 관련한 선행연구를 살펴보면 유럽피부과학회, 미국피부과학회 등은 마스크로 인한 부작용 및 예방법을 제시하였으나, 마스크네 화장품의 효능에 관련한 연구는 아직 미흡한 상황이다. 이에 마스크네를 예방, 완화하기 위한 화장품으로 피부 장벽 개선 및 항염증에 효능이 있는 화장품 원료를 기반으로 효능평가가 수반되는 연구 개발이 필요하다. 특히, 코로나 19 이후 뉴노멀 시대에 개인의 위생관리가 강화된 사회적 변화에 따라 이에 관련한 연구가 지속적으로 요구되는 시점이다. 따라서 이 연구에서는 피부 흡수성이 우수하며 항염증 및 피부 장벽 강화 효능이 예측되는 기능성 원료로 홉 추출물(Humulus Lupulus extract)과 Copper Tripeptide-1을 선정하였다.
홉(Humulus Lupulus)은 대표적인 탄닌 함유 식물로 다량의 폴리페놀 6-prenylnaringenin 및 8-prenylnaringenin이 함유되어있어 항균, 항산화, 항염증 등의 생물학적 특성을 가진다(Stevens & Page, 2004; Liu et al., 2015; Sun et al., 2022; Zanoli & Zavatti, 2008). 특히 민감성 피부, 알레르기, 염증, 가려움, 아토피 피부를 진정시키는 효능이 보고되고 있어 마스크네 화장품의 효능 원료로 활용 가능성이 예측된다. 화장품 소재로서의 펩타이드는 분자량이 적고 아미노산 연결고리를 가지고 있어 피부에 유사한 구조로 피부흡수율이 우수하므로 효용 가치가 높다. 그중에서도 Copper Tripeptide-1은 Tripeptide-1과 구리의 복합체로 인체 유래의 천연 펩타이드이며 캐리어 펩타이드의 대표적인 물질이다(Moh et al., 2011). 또한, superoxide dismutase와 decorin과 같은 항염 단백질을 증가시키고 염증성 사이토카인인 TGF-β1, tumor necrosis factor alpha, IL-1을 억제하여 활성산소로 인한 세포 손상 및 반응성 탄소족을 막으며 단백질의 glycation을 줄여준다(Pickart, 2008; Wegrowskin et al., 1992). 즉 Copper Tripeptide-1은 피부 흡수율이 우수하며, 항염증 효능이 탁월한 기능성 원료로서 역시 마스크네 화장품의 효능 원료로서 적용할 수 있다.
이 연구에서는 항산화 및 항염증 효능이 우수하며 마스크 착용에 따른 피부 장벽손상으로 인한 트러블 예방 효과가 예상되는 Humulus Lupulus 추출물과 Copper Tripeptide-1을 이용하여 마스크네 케어용 화장품을 제조하고 이에 대한 항염증 효능을 평가하였다.
II. 재료 및 방법
1. 재료 및 마스크네 화장품 제조
마스크 착용에 따른 부작용 원인으로 마스크에서 분비되는 휘발성 유기화합물에 관한 선행 연구가 보고되었다(Chang et al., 2022). 선행연구에서는 수술용 마스크 필터섬유에서 방출되는 주요 휘발성 유기화합물을 poly(1-butebe), poly(2-butebe), polypropylene, poly(1-pentene), poly(2-pentene),poly(3-methyl-1-pentene), poly(4-methyl-1-pentene), poly(propyne)로보고하였다. 이중 1-pentene(H2C)와 2-pentene(C5H10)를 시그마알드리치(Sigma-Aldrich Co., Ltd., Seoul, Korea)에서 구매하여 사용하였다(Figs. 1, 2).
홉추출물(Humulus Lupulus Extract)은 창협물산(Senseryn™; Changhyup trading Co., Ltd., Korea)에서 구매하여 사용하였다. Copper Tripeptide-1은 내추럴솔루션(BIO-CTP 500, Natural solution, Korea)에서 구매하여 사용하였다(Fig. 3).
마스크네 화장품 제조는 Humulus lupulus 추출물과 Copper tripeptide-1를 Active원료로 하여 로션 제형으로 제조하였다(Table 1). 정제수, 점증제를 계량하여 고속교반기(Hei-TORQUE Expert 100, Heidolph North America, IL, U.S.A)로 완전 분산을 확인한 후, A상(phase)의 각 원료를 계량하여 50℃, 800 rpm, 10 min 조건으로 순차적으로 혼합하였다. B상의 원료는 용제 및 산화방지제, 방부제 등에 해당하는 원료로 고속교반기를 이용하여 50℃, 800 rpm, 10 min 조건으로 완전히 용해하였다. A상과 B상을 각각 75℃에서 호모믹서(T.K. Homo Mixer Mark Model 2.5, MJ Research Co., Ltd, Incheon, Korea)를 이용하여 유화시켜 혼합한다. A+B상의 혼합된 원료를 45℃까지 냉각한 후 C상의 원료를 투입하여 호모믹서로 혼합한다. A+B+C상의 제조 과정을 통해 Vehicle에 해당하는 로션 제형의 시료를 제조하였다. 이후 Vehicle에 효능 원료에 해당하는 Humulus lupulus 추출물과 Copper tripeptide-1를 각각 3 g을 추가하여 두 가지의 시료를 제조하였고, Humulus lupulus 추출물 3 g+Copper tripeptide-1 3 g을 혼합한 시료를 제조하였다.
2. 마스크네 화장품의 안정성 평가결과
제조한 화장품 시료의 제형 안정성을 평가하기 위해 원심 분리 테스트, 사이클링 테스트를 실시하고, 주 1회 총 8주간 점도와 pH를 측정하여 그 변화를 분석하였다.
원심분리테스트는 단기간의 가속조건이 물리․화학적, 미생물학적 안정성에 미치는 영향을 평가하기 위한 실험이다. 상온의 온도에서, 각 시료를 원심분리 튜브에 6 ml씩 담아 원심분리기(Benchtop centrifuge HA-1000-3, Hanil Science Medical, Korea)에 넣고, 3,000 rpm에서 4시간 동안 원심분리를 하여 분리 상태를 5단계로 구분하였다. 5단계는 제형의 분리가 없고, 4단계는 1 mm 분리, 3단계는 2 mm 분리, 2단계는 3 mm 분리, 1단계는 4 mm 이상 분리로 평가하였다.
화장품 제형이 온도변화에 안정적인 안정성 평가를 위해 5℃, 25℃, 50℃에서 사이클링 테스트를 실시하였다. 저온과 고온에서의 온도변화에 따른 제형 분리 상태를 알아보기 위해 4실 온도∙습도 배양기 (Multi-Room Temp. Humidity Incubator DS -114, Dawon Science, Korea)에 5℃에서 24시간, 25℃에서 24시간, 50℃에서 24시간 동안 온도변화를 주었다. 온도의 사이클은 5회 반복하였다. 평가는 분리가 일어나는 성상의 변화를 5 단계로 구분하였으며, 5 단계는 성상의 분리가 없고, 4단계는 1 mm 분리, 3단계는 2 mm 분리, 2단계는 3 mm 분리, 1단계는 4 mm 이상 분리가 나타난다.
점도 측정기(DV-E Viscometer, Brookfield, U.S.A)를 사용하여 제조한 화장품 시료의 점도를 주 1회 총 8주간 측정하였다. 점도 측정의 온도 환경은 5℃, 25℃, 50℃에서 각각 평가하였으며 측정조건은 LV 100 rpm, s64, 2 min, 2,400~3,600 cps의 범위에서 3회 반복 측정하여 평균값을 구하였다. pH 측정은 5℃, 25℃, 50℃에서 주 1회 총 8주 동안 측정하였다. 측정기기는 PHI 34 (Beckman, California, USA)를 사용하였다. 측정 전 유리전극은 미리 염기성 완충액에 담가 두고 pH meter는 전원에 연결하여 10분 이상 두었다가 사용하였다. 검출부는 증류수로 잘 씻어 가볍게 닦아낸 다음 사용하였다.
3. 누적자극시험(Cumulative Irritation Test; CIT)
연구지원자는 피부 관련 질환이 없는 자로 우리나라 20~40세 여성 30명을 대상으로 하였다. 제조된 시료의 인체 적용시험은 원광대학교 생명윤리위원회의 승인을 받아 실시하였다(WKIRB-202111-HR-096). 인체 적용에 대한 안정성 평가를 위해 누적자극시험을 시행하였다. 기간은 2022년 5월 1일부터 2021년 5월 31일까지 수행하였다. 첩포를 적용하는 부위는 피험자의 척추 기립근을 축으로 양쪽 견갑골 사이로 하였다. 시험 부위를 70% 에탄올로 닦은 후 각 시료들을 25㎕ 씩 IQ ultra patch test units (Chemotechnique diagnostics, Sweden)에 적하하여 고정시켰다. 48시간 밀폐시킨 후 첩포를 제거하고 30 분 후의 피부 반응을 확인하였다. 첩포검사 기간은 일주일에 1회씩 3주 동안 실험을 진행하였다. 결과 판독은 국제 접촉 피부염 연구위원회(International Contact Dermatitis Research Group, ICDRG)의 기준에 따라 홍반 발생 여부 및 정도를 육안으로 판정하였다(Fig. 4).
4. 마스크네 화장품의 항염증 효능평가
배양 피부 섬유아세포(HS68)에 마스크 필터에서 유출되는 VOC 물질인 1-pentene+2-pentene 50 uM을 처치한 후 24시간 배양하였다. Vehicle과 3% Humulus lupulus 추출물 함유 로션, 3% Copper tripeptide-1 함유 로션, 3% Humulus lupulus 추출물+3% copper tripeptide-1 함유 로션을 0.512 ㎍/mL으로 처치하여 2시간 배양한 후 각각 1-pentene+2-pentene 50 uM을 추가 처치하여 24시간 배양하였다. 배양액 내의 IL-1β, IL-6의 양은 enzyme linked immunosorbent assay (ELISA, Thermoscientific, MA, USA)법으로 정량하였고 동일 시료에서 각각 3회 반복하여 측정하였다.
III. 결과 및 고찰
원심분리 테스트 후 각 시료의 외관 변화를 제형의 층 분리 상태를 기준으로 확인하였다. 그 결과, Vehicle과 3% Humulus lupulus 추출물 함유 로션, 3% Copper tripeptide-1 함유 로션, 3% Humulus lupulus 추출물+3% copper tripeptide-1 함유 로션 시료에서 성상의 분리가 없었으며, 색상 및 향의 변화도 없음을 확인하였다(Table 2).
5℃, 25℃, 50℃에서 각각 24시간씩 저온과 상온, 상온과 고온을 반복하여(Five-cycles) 사이클링 테스트를 시행한 결과, Vehicle과 3% Humulus lupulus 추출물 함유 로션, 3% Copper tripeptide-1 함유 로션, 3% Humulus lupulus 추출물+3% copper tripeptide-1 함유 로션인 모든 시료에서 성상의 변화가 나타나지 않았다. 따라서 모든 시료가 온도변화에 매우 안정적임을 확인하였다. 온도변화에 대한 화장품 제형 안정성 평가에서 사이클링을 5회 반복하여 적용하는 것은 사이클링 테스트 중 가장 극도의 환경에 대한 실험이다. 따라서, 제조된 시료 모두 온도변화에 대한 안정성이 우수한 것을 확인하였다(Table 3).
제조한 Vehicle과 마스크네 로션 시료의 안정성 평가를 위해 점도를 8주 동안 측정하여 그 변화를 분석한 결과는 (Table 4)와 같다. 로션 제형의 점도는 피부에 사용할 때 사용감에 큰 영향을 주는 요인으로 작용한다. 따라서 적정 점도의 로션 제형은 사용성이 높으므로 제형 제조 후 점도를 측정하고, 제형에 대한 점도 안정성 변화를 관찰하여 제품화를 평가한다(Saptarini and Hadisoebroto, 2020). 로션의 점도는 성분과 그 함량, 생산 공정에 영향을 받기 때문에, Vehicle과 마스크네 화장품 시료 간의 점도의 차이가 약간씩 나타났다. 또한, 제조 시료의 온도별 환경 및 측정 기간이 지남에 따라 최초 제조 후 측정한 점도 수치에서 약간의 변동이 보였으나 그 차이는 미비하였다. 즉, Vehicle과 마스크네 로션 시료 모두 5℃, 25℃, 50℃의 각각의 환경에서 8주 동안 점도의 변화를 관찰한 결과 통계적으로 유의한 차이가 없었으며, 점도 변화에 대한 안정성을 확인하였다.
제조한 vehicle과 마스크네 화장품 시료를 4℃, 25℃, 45℃에서 8주 동안 pH 변화를 측정한 결과는 Table 5와 같다. Vehicle과 smaple A, B, C 모두 8주 동안 저온, 상온, 고온의 환경에서 pH를 측정한 결과 8주 동안 그 변화가 미비하였으며, 통계적으로 유의한 차이가 없었다. 즉, 제조 시료 모두 8주 동안 pH의 변화가 없이 제형이 안정적임을 확인하였다. Vehicle의 pH 변화는 6.19~6.31로 변화의 폭이 크지 않았으며, 마스크네 화장품 sample A, B, C의 pH 레벨의 범위는 5.85~6.06으로 비교적 안정적이었다. 마스크네 화장품의 제조 시료의 pH 레벨 범위는 5.85~6.06으로 인체 피부의 평균 pH 레벨인 5.0~6.0과 동일한 레벨을 유지하고 있다(Lambers et al., 2006). 선행연구에서 화장품의 피부흡수가 pH 레벨과 직접적인 관련이 있음을 보고하고 있다. 특히 피부 pH 레벨과 차이가 큰 화장품의 적용은 케라틴의 구조적 변화를 유도할 수 있어 corticosteroid cream의 경우 피부에 효과적으로 침투할 수 있는 pH 레벨을 6.2±0.2로 제시하고 있다. 제조 마스크네 로션 시료 또한 이와 유사한 pH 레벨을 유지하고 있어, 피부흡수에 효과적일 것으로 예상한다.
또한, 마스크네 화장품인 Sample A, B, C의 pH는 vehicle보다 낮게 나타났는데, 이는 홉 추출물, Copper tripeptide-1 성분과 원료 함량의 차이로 볼 수 있다. 특히, 홉추출물은 α-acids (or humulones)와 β-acids (or lupulones)로 구성되며, 이는 prenylated phloroglucinol 유도체로 염증에 효과적이다(Cleemputt et al., 2009). 즉, 마스크네 화장품 시료는 저장 온도와 관계없이 8주 동안 어느 제형에서도 유의한 pH 변화가 관찰되지 않았으며, 시료의 제형이 국소 제형에 적합한 pH로 측정되었다.
화장품 안전성 평가에서 제품의 장기간 반복적인 사용 환경을 고려했을 때, 인체를 대상으로 한 누적자극시험 결과는 안전성을 결정하는 가장 확실한 방법이다. 즉, 화장품이 자극과 감작을 일으킬 가능성, 피부 독성을 평가하는 유용한 실험 방법이다(Tammela et al., 2012). 제조한 마스크네 화장품 시료의 안전성 평가를 위해 지원자 30명을 대상으로 주 1회 총 3주간 누적자극시험을 실시한 결과는 Table 6과 같다. 연구지원자 30명 모두 3주간 어떠한 피부 알레르기 반응이 나타나지 않아 ICDRG)의 기준에 따라 전원 음성(-) 반응으로 판독하였다. 즉, CIT 테스트 결과 vehicle과 마스크네 화장품 시료의 피부 알레르기 반응에 대한 안전성을 확보하였다. Copper tripeptide는 CIR(Cosmetic ingredient review) 패널들이 화장품 원료로서 안전성이 확보된 원료임을 보고하였다(Johnson Jr et al., 2018). 이 연구에서도 3% Copper tripeptide-1을 함유한 마스크네 화장품의 누적자극시험 결과 안전성이 확인되어 선행연구와 같은 결과를 확인하였다. Humulus lupulus 추출물의 경우, 인체적용시험 결과 안전성이 입증된 선행연구의 보고가 현재까지는 미흡하다. 3% Humulus lupulus 추출물이 함유된 마스크네 화장품으로 누적자극시험을 수행한 결과 연구지원자 30명 모두 음성 반응이 나타나 안전성을 확보하였으며, 인체적용시험에서 Humulus lupulus 추출물의 안전성을 새롭게 증명한 결과이다.
마스크네 화장품 시료가 마스크 필터에서 유출되는 VOC 물질 1-pentene과 2-pentene 50 μM에 의해 유발된 IL-1β와 IL-6의 염증 발현에 미치는 효과를 평가한 결과는 Table 7과 같다. HS68 세포에 1-pentene+2-pentene 50 μM을 처리한 후 24시간 배양하여 IL-1β와 IL-6를 정량한 결과 각각 0.26(±0.07) pg/mL, 3.3(±0.01) pg/mL이었다. Vehicle과 마스크네 화장품 시료를 각각 0.512 ㎍/mL 처리한 후 1-pentene+2-pentene 50 μM을 노출시켜 IL-1β와 IL-6를 정량한 결과 Vehicle과 3% Humulus lupulus 추출물 함유 로션, 3% Copper tripeptide-1 함유 로션에서는 IL-1β와 IL-6의 발현이 약간 증가하였다. 그러나 Humulus lupulus 추출물+3% copper tripeptide-1 함유 로션에서 IL-1β와 IL-6 모두 억제되었다. 선행연구에 따르면 IL-1β의 촉진은 IL-6의 발현을 증가시키며, 시간과 농도 의존적인 관계가 있다(Tokwa et al., 2004; Kitanaka et al., 2019). 이 연구 결과에서도 각 시료의 IL-1β와 IL-6의 발현량이 연관된 변화를 보였다.
IL-1β의 발현 변화를 살펴보면, Vehicle과 3% Humulus lupulus 추출물 함유 로션, 3% Copper tripeptide-1 함유 로션은 1-pentene+2-pentene 50 μM을 단독으로 처리하였을 경우보다 IL-1β가 증가하였고, 특히 vehicle 시료에서 IL-1β의 발현이 증가하였다. 그러나 3% Humulus lupulus 추출물과 3% Copper tripeptide-1를 혼합한시료의 경우, IL-1β의 발현이 다소 감소하였다(Fig. 5).
IL-6의 경우, Vehicle과 sample A, B 시료에서는 1-pentene+ 2-pentene 50 μM 단독 처리보다 IL-6의 발현이 다소 증가하였고, 이는 IL-1β의 발현 변화와 유사한 경향을 띄고 있다. 그러나 sample C 시료에서 IL-6 cytokine의 분비량이 현저하게 감소하여 항염증 효능을 확인하였다(Fig. 6).
IV. 결 론
장기간의 마스크 착용으로 인한 아크네 메카니카(acne mechanica) 발생이 보고되면서 이에 대한 가장 우선적 해결책으로 마스크의 지속적인 착용 시간을 줄이고 정기적으로 교체하는 것을 권장하고 있다. 또한, 피지 분비 감소를 위해 마스크 착용 전 licochalcone A를 함유한 피지조절 보습제를 바르거나 혹은 드레싱 등의 예방조치를 제안하였다(Kosasih, 2020). 이 연구에서는 마스크네에 대한 예방적 조치로서 항염증 효능이 있는 Humulus lupulus 추출물과 Copper tripeptide-1을 함유한 마스크네 화장품을 제조하고 이를 마스크 섬유 필터에서 방출되는 VOC 물질인 1-pentene+2-pentene에서 유도된 IL-1β, IL-6 억제 효능을 평가하였다. 그 결과 Humulus lupulus 추출물과 Copper tripeptide-1을 함유한 로션이 IL-1β, IL-6 cytokine의 분비량을 감소시키는 것을 확인하였다. 더욱이 화장품으로서의 안정성이 검증되었고 in vitro와 in vivo 안전성 평가 결과에서도 안전성이 확보되었다. 다만, 항염증 효능에 대한 인체적용시험을 추가한다면 마스크네 화장품으로서의 제품화 가능성을 더욱 확고히 할 수 있는 과학적 근거가 될 것으로 예상한다.
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