1. 코스메슈티컬(Cosmeceutical)

 코스메슈티컬(Cosmeceutical)이란 화장품(Cosmetic)과 의약품(Pharmaceutical)의 합성어로 1980년대 Dr. Albert Kligman에 의해 대중화된 개념이다 [1]. 대한민국 화장품법에 따르면, 화장품은 인체를 청결∙미화하여 매력을 더하고 용모를 밝게 변화시키거나 피부∙모발의 건강을 유지 또는 증진하기 위하여 인체에 바르고 문지르거나 뿌리는 등 이와 유사한 방법으로 사용되는 물품으로서 인체에 대한 작용이 경미한 것을 말한다. 요약하면 피부를 이롭게 하되, 인체에 미치는 영향은 매우 적어야 한다는 것이다.

이에 화장품에 의한 피부 개선에는 일정수준의 한계가 존재한다. 이와 달리 의약품은 질병의 치료와 개선을 위해 최적화된 약물이라고 정의할 수 있는데, 이 두가지 개념의 절묘한 혼합이 바로 코스메슈티컬이다. 코스메슈티컬은 화장품이면서도 피부 색소침착, 노화, 건조, 질환 등의 피부 트러블에 대한 적극적이며 능동적인 개선을 지향한다.

2. 인공피부(Reconstructed skin or Skin equivalent)

 인공피부는 피부 세포들과 피부 구성물들을 조직 공학 기술을 이용하여 3차원으로 재조합한 살아 있는 피부 모사체이다. 재조합(Reconstructed)과 피부 유사성(Equivalent) 측면에서 Reconstructed skin 또는 Skin equivalent라고 불리며, 살아 있는 피부 조직이라는 측면에서 우리말로 동일하게 인공피부라고 번역되는 Artificial skin과는 차이가 있다. 인공피부는 1980년대 심한 화상 환자의 자가 피부 이식을 위해 개발 되었으나, 연구와 개발이 계속되어 현재에는 피부 이식을 위한 의료용 제품 뿐만 아니라 피부 연구를 위한 인공피부 모델들도 활발히 활용되고 있다.

3. 피부 연구를 위한 인공피부 모델의 활용

 전술한 바와 같이, 코스메슈티컬은 피부 트러블에 대한 적극적인 개선을 표방한다. 이를 위해 코스메슈티컬 제품들은 의약품 수준의 효능 원료(active ingredient) [2], 향상된 피부 침투 및 전달 기술(skin penetration) [3], 물리적 자극을 동반한 미용 기기(beauty device) [4] 등의 기술요소들을 최대로 동원하여 기존 화장품보다 높은 효능 수준을 구현하고자 한다. 이에 따라 코스메슈티컬 제품들의 피부 효능을 정확히 평가할 수 있는 시스템이 매우 중요한데, 현재 인공피부 모델이 피부 세포와 임상 평가를 매개하는 중간자로써 매우 중요한 역할을 수행하고 있다. 또한 2008년부터 시행중인 화장품 동물실험 금지법안으로 인해 화장품 연구 개발을 위해서는 동물실험을 수행할 수 없는바, 화장품 연구개발에서 인공피부 모델의 역할은 점점 더 중요해지고 있다.

3.1 피부 미백(색소 침착)

 피부의 색소 침착(pigmentation)은 일반적으로 표피 기저부 멜라닌형성세포에서의 멜라닌 색소 생성과 각질형성세포로의 이동 및 전달에 의해 일어난다. 각질형성세포로 전달된 멜라닌은 각질형성세포의 일련의 분화 과정을 통해 최종적으로는 피부 최외각 각질층에 축적되어 특정한 색이나 형태를 나타내게 된다. 멜라닌형성세포와 각질형성세포로 구성된 인공피부 모델은 이와 같은 과정을 통해 자발적인 색소 침착 현상이 나타나는데, 이 과정에서 특정한 물질이나 처치에 의한 색소 침착 정도의 변화를 관찰함으로써 피부 색소 침착 억제 또는 증가를 평가해 볼 수 있다 [5].

3.2 피부 항노화(주름 개선)

 피부 노화(aging)는 피부 내∙외부의 다양한 원인들에 의해 유발되는 피부의 구조적 및 기능적인 저하 현상을 일컫는다. 피부 노화를 일으키는 요인들은 매우 다양하고 작용 기전도 매우 복잡하여 이를 단순화하기에는 한계가 있으나, 피부 노화의 결과로 눈에 잘 보이는 피부 주름과 처짐이 나타나는 것은 공통된 현상이다. 이에 화장품 개발을 위한 피부항노화 연구는 진피층의 주 구성 성분인 콜라겐의 손실을 막고 표피층이 계속 증식할 수 있도록 표피층의 줄기세포능(stemness)을 유지하는 등의 피부 주름 생성을 억제 또는 개선하고자 하는 연구들을 중심으로 진행되어 왔다. 노화 인공피부 모델은 특정한 원인에 의해 유도된 피부 노화 현상을 모사함으로써 피부 노화의 원인을 이해하고 이에 대한 솔루션을 제공하는데 도움을 줄 수 있다 [6]. 아래는 노화된 피부를 모사한 인공피부 모델을 개발하고 피부 항노화 연구에활용한 예시이다 [7,8].

그림 4. 인공피부 모델을 이용한 피부 염증 반응 관찰. 가)염증인자 복합 처리: 가-1); 무처리, H&E 염색, Scale bar = 50 μl. 나)염증인자 단독 처리: 나-1);무처리, H&E 염색, Scale bar = 100 μl. 

3.3 피부 질환 및 기타

 코스메슈티컬은 피부 미백과 항노화라는 전통적인 화장품의 영역을 넘어, 민감성 피부, 아토피, 여드름과 같은 다양한 피부 트러블과 피부 질환까지 그 영역을 확장하고 있다. 이에 인공피부는 세포 수준에서는 구현 불가능한 특정한 피부 모델을 제공할 수 있다는 장점을 가진다. 위 그림은 염증 인자(inflammatory cytokine) 처리를 통한 아토피 피부 모사인공피부 모델이며, 이 모델에 특정한 물질을 처리하였을 때 아토피 현상이 개선되는 것을 관찰함으로써 새로운 효능 물질을 개발하는 과정에 대한 예시이다 [9].

4. 코스메슈티컬을 위한 인공피부 모델

 점점 더 스마트해지는 고객들의 니즈에 부합하기 위해 화장품은 더욱 더 높은 수준의 안전성과 피부 효능을 동시에 요구 받고 있다. 이러한 흐름은 기능성을 추구하는 코스메슈티컬 제품들에게는 좋은 기회일 수 있지만, 동시에 시험대에 올라서는 위기일 수도 있다. 코스메슈티컬 제품들의 실제 효능이 최소한 고객들이 직접 피부로 무언가 변화를 느낄 수 있는 수준은 되어야하기 때문이다.

 인공피부는 피부 세포와 구성물질들을 조직 공학 기술을 이용하여 3차원으로 재조합한 살아있는 피부 모사체이다. 인공피부는 세포 수준의 in vitro 연구와 사람 대상의 임상 평가인 in vivo 연구를 이어주는 매개체의 역할을 하며, 기존 세포 수준의 연구보다 높은 인체상관성을 가진 연구 결과들을 도출함으로써 코스메슈티컬 제품 개발에 도움을 줄 수 있다. 또한 3D bioprinting, microfluidics, medical imaging과 같은 첨단 연구들과의 결합을 통해, 보다 더 복잡하고 실제 피부와 유사한 모델들을 개발하고 피부의 변화를 관찰할 수 있는 기술의 개발을 기대할 수 있다는 점에서도 중요한 의미를 가진다.

References

1. Milam EC, Rieder EA. An Approach to Cosmeceuticals. J Drugs Dermatol. 2016 Apr;15(4):452-6.

2. Lintner K, Mas-Chamberlin C, Mondon P, Peschard O, Lamy L. Cosmeceuticals and active ingredients. Clin Dermatol. 2009 Sep-Oct;27(5):461-8.

3. Gupta V, Mohapatra S, Mishra H, Farooq U, Kumar K, Ansari MJ, Aldawsari MF, Alalaiwe AS, Mirza MA, Iqbal Z. Nanotechnology in Cosmetics and Cosmeceuticals-A Review of Latest Advancements. Gels. 2022 Mar 10;8(3):173.

4. McCrudden MT, McAlister E, Courtenay AJ, González-Vázquez P, Singh TR, Donnelly RF. Microneedle applications in improving skin appearance. Exp Dermatol. 2015 Aug;24(8):561-6.

5. Ko H, Choi H, Han Y, An S, Min D, Park WS, Jin SH, Kim HJ, Noh M. 3,4,5-Trimethoxycinnamate thymol ester inhibits melanogenesis in normal human melanocytes and 3D human epidermal equivalents via the PGC-1α-independent PPARγ partial agonism. J Dermatol Sci. 2022 Apr;106(1):12-20.

6. An S, Cho SY, Kang J, Lee S, Kim HS, Min DJ, Son E, Cho KH. Inhibition of 3-phosphoinositide-dependent protein kinase 1 (PDK1) can revert cellular senescence in human dermal fibroblasts. Proc Natl Acad Sci U S A. 2020 Dec 8;117(49):31535-31546.

7. Min D, Park S, Kim H, Lee SH, Ahn Y, Jung W, Kim HJ, Cho YW. Potential anti-ageing effect of chondroitin sulphate through skin regeneration. Int J Cosmet Sci. 2020 Oct;42(5):520-527.

8. Bae JE, Min D, Choi JY, Choi H, Kim JB, Park NY, Jo DS, Kim YH, Na HW, Kim YJ, Kim ES, Kim HJ, Cho DH. Primary Ciliogenesis by 2-Isopropylmalic Acid Prevents PM2.5-Induced Inflammatory Response and MMP-1 Activation in Human Dermal Fibroblasts and a 3-D-Skin Model. Int J Mol Sci. 2021 Oct 10;22(20):10941.

9. Lee SH, Bae IH, Choi H, Choi HW, Oh S, Marinho PA, Min DJ, Kim DY, Lee TR, Lee CS, Lee J. Ameliorating effect of dipotassium glycyrrhizinate on an IL-4- and IL-13-induced atopic dermatitis-like skin-equivalent model. Arch Dermatol Res. 2019 Mar;311(2):131-140.