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[신소재 신원료 소개] 바이오제닉스, 안정화 효능 원료 시리즈 주목

레트놀 안정화 원료 'Gentinol 200', 강력한 항산화 효능 'EGCG 200' 제품화 활발

# 바이오제닉스, 안정화 효능 원료 시리즈 'Biogenic Gentinol 200(Retinol)', 'Biogenic EGCG 200(EGCG)'

 

1. Biogenic Gentinol 200(BG Gentinol 200) : Retinol 안정화 원료

 

레티놀은 지용성 비타민의 일종인 비타민A군의 한종류이다. 비타민A군에는 레티놀(Retinol : Vitamin A alcohol), 레티날(Retinal : Vitamin A aldehyde), 레티닐 에스테르의 일종인 레티닐 아세테이트(Retinyl acetate), 레티닐 프로피오네이트(Retinyl propionate), 레티닐 리놀리에이트(Retinyl linoleate)와 레티닐 팔미테이트(Retinyl palmitate) 등이 있다. 이 중 화장품 원료로서 대표적인 주름개선 성분으로 알려진 레티놀은 비타민A 또는 순수 비타민이라고 불린다.

 

비타민A는 야맹증 개선의 안구건강과 뼈성장, 면역력 강화, 피부건강 등에 관여하는 필수 비타민인데 1947년 처음 합성되어 건강기능식품과 화장품의 주요한 원료로 사용되고 있다. 이 성분은 천연에서 녹황색 식물에 많이 함유되어 있으며 활성에 따라 각각의 유도체로 개발되어 식품이나 화장품 산업에 적용된다.

 

일반적으로 비타민A와 비타민 유도체들을 총칭해 ‘레티노이드’라고 명명하며 피부케어에 적용되는 레티노이드 계열의 성분에는 여드름 피부질환에 효과가 있어 의약품에 적용되고 있는 레티노산(Retinoic acid), 그리고 화장품의 주요 성분으로 함유되는 레티놀과 레틴알데하이드 등의 성분들이 있다.

 

레티놀은 1990년대 후반부터 주름개선과 피부 탄력 증진에 효과가 탁월한 것으로 알려지며 선풍적인 인기를 끌면서 레티놀 화장품 라인을 탄생시켰다(그림1).

 

그림1 레티놀 화장품류

 

 

실제로 레티놀은 피부 건강에 탁월한 효과를 가진다. 레티놀은 의약품 성분으로 적용되는 레티노산 대비 직접적인 효과는 덜하지만 친유성 분자로 구성되어 있어 피부에 적용시 피부의 지질층과 친화성이 높아 비교적 원활하게 피부를 투과할 수 있으며 자극도 덜하다.

 

이렇게 피부를 투과한 레티놀은 레티노산으로 활성화되어 피부 세포에서 세포 분화를 촉진해 표피의 항상성을 유지시키고 콜라겐과 엘라스틴의 합성을 촉진해 피부 탄력을 증가시켜 주름개선에 도움을 준다(그림2). 이 뿐 아니라 피부 트러블, 색소침착 등 피부 노화를 야기시키는 요소들에 작용, 개선 효과를 나타낼 수 있다.

 

그림2 레티놀의 Topical metabolism

 

 

식약처는 이같이 효능이 탁월한 레티놀 계열 성분들을 주름개선 기능성 고시 원료로 지정하고 있으며 내용은 표1과 같다. 식약처의 주름개선 고시원료 4종 중 3종이 레티노이드 계열의 성분들이다. 레티닐 팔미테이트는 레티놀에 팔미트산이 결합된 형태로 레티놀에 비해 안정성은 높지만 효과가 낮아 레티놀보다 많은 양이 필요하다. 또 폴리에톡실레이티드 레틴아마이드는 레티놀과 폴리에틸렌글리콜이 결합된 형태로 세가지 레티놀 원료 중 가장 높은 침투율과 안정성을 보인다.

 

표1 식약처 주름개선 고시 원료

 

레티놀의 효능이 상기 내용과 같이 기검증됐다 하더라도 레티놀 화장품을 통해 실제 효능을 기대하기는 쉽지 않다. 일반적으로 레티놀 성분이 식약처에서 고시된 주름개선 기능성으로 인정받으려면 0.0756% 이상의 레티놀이 들어가야 한다. 일부 보고에서는 의미 있는 효과를 위해서는 적어도 0.1~1% 이상으로 레티놀이 함유되어야 한다고도 한다.

 

그러나 레티놀은 원재료 자체의 가격이 고가일 뿐 아니라 문제가 되는 것은 원료의 불안정성이다. 레티놀 화장품이 한창 인기를 얻고 있을 때 한 소비자단체에서 시중에 판매되고 있는 레티놀 화장품을 입수, 제품내 레티놀 함량을 분석해 보고 한적이 있다. 결과는 75% 이상의 화장품에 레티놀 성분이 없거나 표시 함량보다 낮은 것으로 보고됐다. 이는 레티놀의 함량 자체가 적게 들어간 경우도 있었지만 대부분은 빛과 열에 약한 레티놀이 모두 산화되어 레티놀 본래의 역할을 하지 못함으로서 나타난 결과였다.

 

레티놀은 열, 빛, 온도, 수분, 산소, 시간 경과 등에 매우 불안정해 대기 중에 노출되거나 수용액 중에서 산화되기 쉽다. 이로 인해 원료의 역가가 떨어 지고 변색, 변취가 일어나는 등 안정성에 큰 문제점이 있다. 이를 위해 업계에서는 안정화를 위한 많은 시도를 했다. 마이셀, 리포좀화 등의 안정화 공법으로 원료를 개발해 제품에 적용했고 레티놀 안정화 제형, 빛과 공기의 접촉을 차단할 수 있는 용기의 활용, 사용방법 등에 주의를 두기도 했다. 그러나 다양한 외부 조건에 민감한 레티놀의 안정성을 제형내에서 극복하기에는 한계가 있는 것도 사실이다.

 

바이오제닉스의 대표적인 active 성분중의 하나인 BG Gentinol 200은 바이오제닉스의 특허 기술인 양친매성 블록공중합체를 이용해 레티놀을 capsulation 한 레티놀 안정화 원료이다. BG Gentinol 200은 원료 내에 순수 8~10%에 달하는 고함량의 레티놀을 함유 하고 있다.

 

그림3 Gentinol 200의 레티놀 안정화 구조

 

 

그림3과 같이 Multi stabilizing system으로 안정화된 고함량의 레티놀 원료는 다양한 제형 조건에서 레티놀 성분 자체의 놀라운 안정성을 가진다. BG Gentinol 200의 레티놀 안정화에 대한 바이오제닉스 분석 결과는 다음과 같다.

 

BG Gentinol 200의 고온 안정도 확인을 위해 다음과 같이 분석을 실시했다. 레티놀 10%를 안정화한 BG Gentinol 200의 원료를 각 25℃, 40℃에서 20주(5개월) 동안 보관하면서 레티놀의 함량을 측정했다. 원료는 일반 바이알에 보관 되었으며(airless 용기는 사용하지 않음), HPLC 분석을 통해 레티놀의 함량을 측정했다.

 

표2의 A 도표는 BG Gentinol 200 원료에서의 레티놀에 대한 안정도 분석 결과이다. 레티놀은 상온(25℃)에서 16주(4개월)까지 95% 이상의 함량을 유지했으며 20주(5개월) 후에도 93% 이상의 함량 유지를 확인할 수 있었다. 더욱 고무적인 결과는 고온(40℃)에서의 레티놀 함량으로 20주(5개월) 후 고온(40℃) 조건에서 BG Gentinol 200이 함유하고 있는 레티놀의 함량은 약 80% 이상까지 유지됐다. 이같은 사실은 BG Gentinol 200의 레티놀 효능이 5개월 후에도 유효할 수 있음을 보여주는 간접적인 결과이기도 하다.

 

O/W(pH5.5) 크림 제형내에서 BG Gentinol 200의 안정도를 다음과 같이 분석했다. Gentinol 200의 1.1%(레티놀로서 0.11%)을 O/W(pH5.5) 크림 제형에 후첨한 후 일반 바이알에 담아(airless 용기는 사용하지 않음), 각 25℃, 40℃에서의 레티놀에 대한 안정성을 24주(6개월) 동안 분석했으며 결과는 표2의 B 도표와 같다. 24주(6개월) 후 O/W 제형 내 BG Gentinol 200의 레티놀 함량은 25℃에서 91.8%, 40℃에서 74.2%로 크림 제형 내에서도 비교적 안정하게 레티놀의 함량이 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

 

표2 BG Gentinol 200 안정도 분석 결과

 

 

마지막으로 BG Gentinol 200의 레티놀 안정성을 보다 객관적으로 분석하기 위해 원료 시장에 상용화되어 있는 안정화 레티놀 원료를 입수해 레티놀 안정성에 대한 비교 분석을 시행했다. 총 2가지의 원료가 비교군으로 적용됐으며 비교샘플 A는 4.5%의 레티놀이 안정화 되어져 있는 원료, 비교샘플 B는 3.5%의 레티놀이 안정화되어 있는 원료 샘플로서 분석에 적용했다.

 

BG Gentinol 200을 포함해 3개의 모든 시험군들은 O/W 크림(pH5.5)에 순수 레티놀의 함량이 제형 내에서 0.11%가 되도록 후첨해 각 25℃와 40℃에서 20주(5개월) 동안의 안정도를 확인했으며 시험 방법은 상기 안정도 분석의 시험 방법과 동일했다.

 

각 시험군의 레티놀 함량 분석 결과는 표3과 같다. 25℃ 상온에서 BG Gentinol 200은 90% 이상으로 레티놀이 안정하게 유지됐으며 이 결과는 상기 안정성 시험의 표2의 결과와도 유사했다. 한편, 비교군 샘플 A, B는 초기 분석량 대비 70~50% 정도로 레티놀 함량이 유지되고 있는 것으로 확인되어 BG Gentinol 200의 안정도 보다는 다소 차이가 나는 것으로 확인됐다.

 

40℃ 고온 안정도에서는 그 차이가 더 벌어지는 것을 볼 수 있는데 BG Gentinol 200은 약 75% 이상의 함량이 유지됐고 비교군 샘플 A, B는 50~40% 미만으로 레티놀 함량이 확인되며 안정도가 현저히 떨어지는 것을 확인했다.

 

이는 BG Gentinol 200의 경우 40℃ 고온조건에서 5개월 동안 약 25% 정도의 레티놀 함량 저하, 그리고 다른 비교 샘플 군들은 50~60%까지의 레티놀 함량 저하를 나타낸 것으로 분석할 수 있어 상대적으로 BG Gentinol 200의 높은 고온 안정성을 보여주는 결과이기도 하다.

 

또 레티놀이 피부에 대한 좋은 효능을 가진 원료임에도 불구하고 원료의 불안정성으로 인해 레티놀 화장품에 대한 신뢰가 떨어졌던 부분을 감안하면 BG Gentinol 200에 대한 이같은 분석 결과들은 효능을 기대할 수 있는 레티놀 원료로서 의미있는 데이터라 할 수 있다.

 

10%에 달하는 고함량의 레티놀 원료를 안정화한 BG Gentinol 200은 짧지 않은 시간을 두고 화장품 원료로서 레티놀의 상용화를 목표로 바이오제닉스 연구진들이 개발한 제품이다. 레티놀의 취약한 열안정성 개선 뿐 아니라 화장품 원료로 화장품 제형에 대한 적용 용이성과 소비자들이 피부 적용시 레티놀의 효능을 최대화 하고 더불어 레티놀의 단점의 하나로 알려져 있는 피부 자극까지도 고려해 개발한 원료로 상업적인 활용 가치가 매우 높다.

 

레티놀 원료의 안정성 문제로 그 인기가 잠시 주춤했었던 레티놀 화장품은 최근 그 효능이 재조명되며 다시 업계의 관심을 받고 있다. 아모레퍼시픽은 레티놀 신제품을 출시했으며 글로벌 업체에서도 관심을 갖고 제품 기획을 진행하고 있다. 이같은 추세와 함께 원료의 안정성이 확인된 BG Gentinol 200에 대한 문의도 국내외적으로 급증하고 있다. BG Gentinol 200은 이미 해외 시장 진출로 원료에 대한 검증이 확인됐으며(그림4) 무엇보다 원료 data에 까다로운 US, EU 적용이 모두 가능한 장점이 있다.

 

그림4 BG Gentinol 200 시장 런칭 제품

 

 

아래의 참고 자료는 BG Gentinol 200의 피부 자극 테스트와 in vitro 피부 투과에 대한 외부 시험기관(CNU)의 분석 리포트이다. 추가적으로 현재 제형 임상시험도 진행 중에 있어 곧 원료에 대한 피부 효능 자료가 완료될 예정이다.

 

Skin irritation Assessment of Gentinol-200

 

 

In-vitro Skin Penetration of Gentinol-200

 

 

Fig1 Skin permeation profiles of retinol and Gentinol-200 after 8 h. * p<0.05

 

 

Table1 Skin permeation profiles of retinol and Gentinol-200 after 8h

 

 

2. Biogenic EGCG 200(BG EGCG 200)

 

녹차는 아열대성 식물로 우리나라에서는 전남 보성지역에서 주로 재배된다. 녹차의 주요 성분은 카페인과 폴리페놀의 일종인 카테킨 화합물들인데 C((-)-Catechin), EC((-)-Epicatechin). ECG((-)-Epicatehin gallate), EGC((-)-Epigallocatechin), EGCG((-)-Epigallocatechin gallate), GC((-)-Gallocatechin), CG((-)-Catechin gallate), GCG((-)-Gallocatechin gallate) 등의 8종류로 주요 카테킨류로는 EC, ECG, EGC, EGCG이다.

 

표4 EGCG 구조

 

 

이같은 성분들이 여러가지 생리활성에 관여해 그 효능이 검증됨으로서 녹차의 성분들이 뷰티, 헬스케어 분야에서 많은 관심을 받고 또 적용되고 있다. 녹차의 카테킨 화합물 중에서도 가장 함량이 높고 효능이 있는 것으로 확인된 성분이 바로 에피갈로카테킨 갈레이트(Epigallocatechin gallate, EGCG)이다. 카테킨이라고도 불리우는 EGCG 성분은 천연 항산화제로 항산화 효능은 비타민C, 비타민E 보다 수십배 이상으로 높게 보고될 만큼 강력하다.

 

EGCG는 강력한 항산화 효능을 바탕으로 인체의 면역 기능을 높여 주며 피부 항산화, 항바이러스, 항염, 체지방분해, 해독작용, 항당뇨, 항균작용 등 다양한 효능으로 검증됐다. 특히 피부의 효능을 살펴보면 항산화 효능을 바탕으로 여러가지 효능에 관여를 한다.

 

첫번째로는 피부 탄력에 가장 중요한 역할을 하는 콜라겐에 대한 부분이다. 피부 진피층의 섬유아세포 (fibroblast)에서 생성되는 콜라겐(collagen)과 엘라스틴(elastin)은 진피를 구성하는 주요 성분으로 피부의 지지층 역할을 한다.

 

피부가 외부 자극이나 노화, 스트레스 등에 의해 노출이 되면 활성산소가 증가하고 이를 시발점으로 matrix metallo proteinases (MMPs) 라는 성분이 증가되는데, MMPs라고 불리우는 이 성분은 피부 탄력을 저하시키는 주범인 콜라겐 분해 효소이다. 따라서 피부 스트레스로 인한 MMPs의 증가는 콜라겐을 분해시키고 이로 인해 피부 진피층이 무너지면서 결국 피부 탄력 저하와 함께 피부 노화의 촉진을 가져온다.

 

표5 EGCG의 MMP 활성 억제 효과

 

 

EGCG는 콜라겐 분해 효소인 MMPs의 발현을 감소시키는 효능을 가진다(표5). MMPs 발현을 감소시킴으로서 콜라겐 생성에 관여, 피부 탄력에 주요한 역할을 하는 것이다. 표5는 EGCG의 MMP 억제효과에 대한 논문 자료로 자외선 자극으로 증가한 MMP의 활성을 EGCG가 억제하는 것을 보여주는 데이터다.

 

두번째로 EGCG는 피부 각질 세포 형성에도 관여해 피부 장벽 보호에도 도움을 준다. 표6은 EGCG의 피부각질세포(Keratinocyte) 효능에 대해서 보고한 논문 자료이다. Human skin에 10% EGCG를 6주동안 3번 국소도포 방식으로 적용했을 때 표6의 위에 있는 도표와 같이 표피부분의 두께가 증가했으며 피부 각질세포에 EGCG를 농도별로 처리했을 때 표6의 아래 도표와 같이 세포 증식이 향상됐음을 확인했다. 

 

표6 Human skin 에서 EGCG에 의한 피부 각질 세포 증식 효과

 

 

 

마지막으로 EGCG의 항산화 효능은 여기에 그치지 않으며 미백에서도 그 효능을 나타낸다. 피부가 자외선에 오래 노출되게 되면 자극으로 인한 탄력 저하와 함께 피부기저층에서 멜라닌이 과도하게 생성되면서 색소 침착을 일으킬 수 있다. EGCG는 피부 멜라닌의 합성을 촉진시키는 Tyrosinase라는 효소의 활성을 억제함으로서 멜라닌 생성을 감소, 피부 색소 침착 개선에 도움을 준다.

 

과학적으로 효능이 검증된 EGCG의 취약점 또한 불안정성이다. 항산화 효능이 좋은 만큼 EGCG 성분 자체의 불안정성도 높을 수 밖에 없다. 공기, 산소와 열, 빛 등 외부 환경에 매우 빠르게 반응해 안정도에 취약성을 갖고 있으며 쉽게 분해 되고 변색된다.

 

이러한 불안정성은 특히 화장품에는 큰 한계점으로 작용해 실제 제품에는 소량의 EGCG 만을 적용할 수 밖에 없다. 레티놀과 유사한 경우로 이와 같은 한계점을 극복하기 위해 업계에서는 EGCG 안정화를 위한 다양한 시도를 해왔다. EGCG의 안정화를 위한 다기능성 폴리머, 항산화제 등을 활용한 캡슐화의 시도 등이 대표적이다.

 

그림5 BG EGCG 200

 

 

EGCG 안정화 원료인 BG EGCG 200의 안정화 기술은 BG Gentinol 200의 기술과 맥을 같이하는 바이오제닉스의 active 원료 시리즈 중의 하나이다. 다중 마이셀 system으로 캡슐화된 BG EGCG 200(그림5)은 양친매성 고분자를 활용해 순수 EGCG 원료를 가용화, 안정화한 액상 원료이다. 이렇게 가용화, 안정화된 BG EGCG 200은 다양한 제형에 대한 적용이 용이하며 EGCG의 불안정성으로 가장 취약한 부분인 변색의 리스크를 최소화했다.

 

항산화 효능과 미백 효능에 있어 실제 EGCG 효능에 대한 역가 테스트를 진행했다. 항산화 효능은 DPPH radical 소거능 분석으로 scavengin concentration (SC50)으로 평가했다. 분석결과, EGCG는 약 3.5μM (약 1.6μg/mL)에서 DPPH 활성 산소의 50%를 제거하는 효능을 나타내며 대조군으로 적용된 대표적인 항산화 성분인 비타민C 대비 약 5배 이상의 높은 효능을 보여줬다(표7).

 

표7 EGCG의 항산화 효과 (DPPH radical 소거능)

 

 

 

 

EGCG의 미백 효능은 미백 활성 평가 지표인 Tyrosinase 활성 저해 평가로 수행했으며 tyrosinase의 활성 억제 농도(IC50)로서 분석했다. EGCG 198.6μM(약 91μg/mL)의 농도에서 tyrosinase 효능의 50%를 억제해 Kojic acid 보다는 다소 약하지만 Arbutin(알부틴) 대비 8배의 효능 우위를 나타냈다(표8).

 

표8 EGCG의 Tyrosinase 활성 저해 효과

 

 

 

 

이같은 효능 분석 결과들은 EGCG가 실제 효능을 나타낼 수 있는 농도 기준을 제시한다. 한편, BG EGCG 200에는 EGCG 성분이 약 5% 함유되어 있으며 BG EGCG 200을 4% 이상 함유시키는 것을 추천한다. 이 경우 최종 제형에 EGCG 성분의 함량은 약 0.2%(약 2000ppm)이다. 0.2%에 해당하는 농도는 역가 분석 결과에서도 볼 수 있듯이 EGCG의 안정성만 유지된다면 효능을 나타낼 수 있는 충분한 함량 임을 유추해 볼 수 있다.

 

BG EGCG 200의 안정성 평가를 serum 제형내 EGCG의 함량과 색변화 분석으로 진행했다. BG EGCG 200 10% (EGCG로서 0.2%)를 함유하는 세럼(pH5)을 제조 후, 50℃의 고온에서 4주간 EGCG의 안정성을 확인했다. EGCG 함량 확인을 위한 HPLC 분석 결과와 제형의 변색 양상은 표9와 같다.

 

표9 BG EGCG 200의 10% 함유 세럼(pH5)에서 EGCG의 고온 안정도

 

 

50℃의 고온조건에서 순수 EGCG가 함유된 세럼의 EGCG 함량은 1주차부터 감소해 4주차에서는 약 10% 이하로 감소했다. 반면에 BG EGCG 200은 동일 조건에서 4주차까지 EGCG 함량이 처음과 유사하게 유지됐다. 또 세럼의 변색 관찰에서도 BG EGCG 200 색변화없이 안정성이 유지돼 제형 내에서 BG EGCG 200의 안정성을 확인할 수 있었다.

 

BG EGCG 200의 제형내 안정도 평가를 O/W 크림 제형으로 수행했다. O/W(pH5)크림을 BG EGCG 200의 농도가 각 1, 2, 3, 5%가 되도록 제조했으며 50℃의 고온에서 4주간 제형내 EGCG의 안정성을 확인했다. 안정도 분석 결과, 약 3주 후에 BG EGCG 200을 1%, 2% 함유한 제형에서는 변색이 확인됐으며 4~5% 함유 제형에서는 변색이 나타나지 않았다. 따라서 O/W 크림 제형의 BG EGCG 200 적용에 있어 적어도 4% 이상의 원료 적용을 추천한다.

 

BG EGCG 200의 4%(EGCG로서 0.2%) 를 함유하는 O/W크림 제형으로 미백 효능 평가와 주름개선 평가를 위한 임상시험을 진행했다. 해당 시험은 임상평가기관을 통해 진행됐으며 결과는 아래와 같다(Ellead 임상 평가 결과 참고).

 

Clinical Evaluation of skin Whitening

 

 

Clinical photos of pigment spot

 

 

Clinical photos and roughness of skin surface

 

 

Clinical Evaluation of Anti-wrinkle

 

 

Skin whitening의 미백 임상 평가에서는 피시험자의 피부 주위에 자외선 조사 후, 약 8주간 BG EGCG 200의 4%를 포함하는 제형을 도포했을때, 자외선 Spot 부위의 톤이 개선되는 것을 확인할 수 있으며 이는 통계학적으로 유의미한 anti pigment 효과가 확인됐다. 또 Anti wrinkle의 주름개선 평가에서는 약 12주 후, 피부 거칠기와 주름개선 효과가 확인됐다.

 

BG EGCG 200에 대한 효능 검증은 시장 런칭 제품에서도 확인할 수 있다. 이미 국내외 다수의 브랜드사에서 BG EGCG 200을 적용한 제품이 출시됐으며(그림6), 기 검증된 EGCG의 효능과 함께 BG EGCG 200을 활용한 시장의 수요는 꾸준히 진행되고 있다.

 

그림6 BG EGCG 200의 시장 런칭 제품

 

 

문의처
(주)바이오제닉스

본사 : 34036 대전광역시 유성구 테크노 11로 40

영업사무소 : 13466 경기도 성남시 분당구 운중로 146 젬벡스타워 402호

전화 : 042-671-1216 팩스 : 042-671-1218

이메일 : marketing@biogenics.co.kr / ellie@biogenics.co.kr

 

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