폴리머 미셀 전달 올레아놀산: 용해도 향상 및 주름 개선 효능 입증

요약

올레아놀산은 화장품에서 보조 성분으로만 사용되어 왔습니다. 본 연구는 올레아놀산을 주름 완화 주성분으로 활용하고, 난용성 올레아놀산을 화장품 주원료로 사용할 수 있게 하는 폴리머 미셀 제형을 개발하는 것을 목표로 합니다. 올레아놀산의 가용화제, 계면활성제, 고분자 내 용해도를 평가하고, 올레아놀산 함유 폴리머 미셀의 입자 크기·형태를 전기영동 광산란 분광광도계와 주사 전자 냉동 현미경으로 분석했습니다. 포집 효율과 피부 투과율은 HPLC로 측정했습니다. 40°C에서 3개월 보관 시 육안 관찰, 입자 크기 측정, 올레아놀산 함량 측정으로 안정성을 평가했습니다. 최종 앰플 형태의 폴리머 미셀을 23명 여성 피험자 눈가에 8주간 도포하고, 4주 간격으로 광학 프로필로미터로 5개 피부 파라미터를 평가했습니다. 전문가 육안 관찰과 피부 자극 시험도 실시했습니다. Capryol 90®과 폴록사머를 이용해 100nm 미만 입자 크기의 올레아놀산 폴리머 미셀을 제조했습니다. 폴리머 미셀 내 올레아놀산 피부 투과율이 다른 계면활성제 분산액보다 높았습니다. 40°C 3개월 보관 시 입자 크기, 색상, 올레아놀산 함량에 유의한 변화 없었고 상분리도 없었습니다. 8주 도포 후 피부 자극 없었으며, 광학 프로필로미터 5개 파라미터와 전문가 육안 평가 점수 모두 유의하게 개선되었습니다. 본 연구에서 개발한 올레아놀산 폴리머 미셀은 안정적이며 주성분으로서 인체 주름 완화에 효과적임이 입증되었습니다. 이를 바탕으로 올레아놀산 폴리머 미셀이 화장품 분야에 널리 활용될 것으로 기대됩니다.

서론

피부 노화는 처짐, 얇아짐, 주름을 포함하며 감염, 흡연, 자외선, 외상, 호르몬 불균형, 스트레스, 엘라스테이스·콜라게나아제 같은 프로옥시던트에 의해 가속화됩니다. 자외선은 활성산소종 생성을 유발해 지질, 단백질, DNA를 손상시키고 표정 주름, 주근깨, 기미를 촉진합니다. 올레아놀산은 여러 식물에서 추출한 천연 유래 유효 성분으로 의약·화장품 원료로 사용됩니다. 사과, 배 등 과일에도 함유되어 있습니다. 하이드록시 펜타사이클릭 트리펜 일종으로 올리브 잎에서 처음 분리되었으며, 동아시아 스웨르티아, 황백 등 식물에 널리 분포합니다. 프로콜라겐 합성 촉진(콜라겐 합성에 중요), 세라마이드·필라그린 합성 촉진, MMP-1 활성 억제(콜라겐 분해 효소)를 통해 이중 항노화 효과를 나타냅니다. 즉 콜라겐 생성을 촉진하고 분해를 억제하는 이중 작용으로 유망한 항노화 성분입니다. 하지만 수용성 용해도가 낮아 화장품 주원료로 사용하는데 한계가 있어, 유화 제형의 일부로 소량만 보조 성분으로 사용되어 왔습니다. 높은 결정성(융점 >300°C)으로 용해에 큰 에너지 필요, 생체이용률 낮음, 피부 흡수 어려움 등의 물리화학적 특성을 가집니다. 이를 개선하기 위해 전구체 합성이나 콜로이드 약물 전달체(리포좀, 에멀전, 폴리머 미셀) 활용이 연구되어 왔습니다.

폴리머 미셀은 수용액에서 코어-쉘 구조를 형성하는 나노급 자기조립체입니다. 이블록 또는 트라이블록 공중합체로 만들어지며 소수성 내부 코어와 친수성 외부 쉘을 가집니다. 계면활성제 미셀보다 물리적으로 더 안정적이며, 블록 공중합체 단량체 종류와 비율에 따라 특성이 달라지고 임계 미셀 농도가 상대적으로 낮습니다.

본 연구에서는 올레아놀산 폴리머 미셀을 제조해 입자 크기·형태, 포집 효율, 피부 투과율을 평가하고 3개월 물리적 안정성을 검토했습니다. 실제 화장품 제형에서 올레아놀산의 인체 주름 개선 효과도 조사했습니다.

재료 및 방법

재료

올레아놀산, Tween 80/20/60(TCI), PEG 400, Pluronic F127/F68(BASF), 프로필렌글라이콜, PEG 300/200(JUNSEI), TRANSCUTOL P, LABRASOL, LAUROGLYCOL FCC, LABRAFAC, Capryol® 90, Capryol™ PGMC(Gattefossé), EDTA-2Na, 알란토인, 디프로필렌글라이콜, 프로판디올, 카보머, PEG/PPG/폴리부틸렌글라이콜-8/5/3 글리세린, 히알루론산나트륨, 베타글루칸, 페녹시에탄올, 카프릴릴글라이콜, 에틸헥실글리세린 등을 화장품 제조에 사용했습니다. HPLC급 아세토니트릴(Burdick & Jackson), 삼중 증류수, EP/GR급 시약 사용. Crlori:SKH1-hr 무모 마우스(OrientBio) 사용.

HPLC 분석

Shimadzu LC-30 HPLC, Kromasil 100 C18 컬럼(250mm×4.6mm, 5μm), 이동상 아세토니트릴:물(85:15), 유속 1mL/min, 주입량 10μL, UV 210nm에서 분석.

용해도 및 제형 최적화 연구

올레아놀산을 가용화제에 넣고 60°C에서 48시간 교반, 5분 초음파 처리 후 원심분리(2000rpm), 0.45μm PVDF 필터 여과 후 상등액 분석으로 용해도 측정(표 1). 제형 최적화는 폴록사머 188/407, Tween 60/80을 사용해 다양한 비율 시도(표 2). 올레아놀산과 Capryol® 90을 60°C 이상에서 가열 교반해 맑은 용액 만든 후 폴리머/계면활성제 첨가해 다시 맑은 용액 만들고 증류수에 분산(그림 1). 약 48시간 방치 후 육안 검사로 최적 제형 선정(표 3).

올레아놀산 폴리머 미셀 제조

표 2의 제형 G, H를 사용해 그림 1 방법으로 제조(PMO-G, PMO-H). PMO-H를 임상시험용 화장품에 사용.

염색 시험

메틸렌 블루 첨가 후 육안 관찰로 미셀화 확인. 물+Capryol® 90 혼합물, Capryol® 90, 물, PMO-G, PMO-H에 메틸렌 블루 첨가해 색상 관찰·촬영.

입자 크기 측정

전기영동 광산란(ELS) 기술로 입자 전기영동 이동도 측정, ELS-Z(Photal, Otsuka Electronics)로 PMO-G, PMO-H 입자 크기 평가.

주사 전자 냉동 현미경(Cryo-SEM) 분석

액체질소 온도(-196°C)에서 급속 동결·파쇄 후 이미징으로 콜로이드 고분자 현탁액 미세구조 관찰.

포집 효율

PMO 원심분리(2000rpm, 15분) 후 상등액 HPLC 분석. 포집 효율 = (미셀 내 올레아놀산 양 / 처음 첨가한 올레아놀산 양) × 100.

PMO-H 안정성

40°C에서 3개월 보관하며 색상 변화, 상분리, 침전, 탁도 육안 평가. 정기적으로 HPLC로 올레아놀산 잔량, ELS-Z로 입자 크기 측정(그림 9).

인비트로 피부 투과 시험

Franz 확산 세포 이용해 무모 마우스 피부(6주령 암컷)로 PMO-G, PMO-H, 올레아놀산+Tween 80 분산액(OTw), 올레아놀산+프로필렌글라이콜 분산액(OPG) 비교. 330μL 도포, 수용체액 PBS:에탄올(9:1), 2,4,6,8,10,20,24시간 후 시료 채취 HPLC 분석. 3회 반복 실험.

통계 분석

독립 t-검정, p<0.05 유의.

PMO-H 앰플 제조

PMO-H, 정제수, EDTA-2Na, 알란토인, 디프로필렌글라이콜, 프로판디올, 카보머, PEG/PPG/폴리부틸렌글라이콜-8/5/3 글리세린 자력 교반 10-15분, 수산화칼륨 첨가 후 5-10분 교반. 균일 혼합 후 히알루론산나트륨, 베타글루칸 2-5분, 페녹시에탄올, 프로판디올, 카프릴릴글라이콜, 에틸헥실글리세린 2-5분 교반. 최종 처방 앰플 충전, 진공 건조 오븐으로 기포 제거. 대조군은 올레아놀산 제외 동일 제조.

인체 적용 시험

피부 자극 시험

22-56세 남녀 25명 대상 패치 테스트. 상완에 시험액 도포 후 패치 부착 24시간, 제거 후 30분, 24시간, 48시간에 전문가 2명이 ICDRG 기준 평가.

주름 개선 임상시험

30-65세 눈가 주름 여성 23명 대상(중도탈락 3명 제외 20명 완료). 이중맹검법, 무작위 배정, 좌우 얼굴 각각 시험제(PMO-H 앰플)와 대조제 도포. 8주간 4주 간격 평가. 광학 프로필로미터(Skin Visiometer SV 700)로 5개 파라미터 측정: 평균 거칠기(R3, 주 평가변수), 피부 거칠기(R1), 최대 거칠기(R2), 평활도 깊이(R4), 산술 평균 거칠기(R5, 부 평가변수). 전문가 육안 평가 추가. Janus 1 Mark II로 눈가 주름 사진 촬영. 시각 평가 기준(Fig. S1), 결과(Fig. 13). 대응표본 t-검정, 95% 신뢰도.

결과 및 논의

가용화제, 계면활성제, 고분자 결정

생체적합 가용화제 내 올레아놀산 용해도(표 1): 올레아놀산은 낮은 HLB의 소수성 오일에 잘 녹음. Capryol® 90은 일반 오일보다 약간 높은 HLB지만 올레아놀산 용해도가 상대적으로 높고 미셀 내부 코어로 쉽게 안정화됨. Capryol® 90 선정 후 여러 계면활성제/폴록사머를 미셸 쉘 부분으로 스크리닝(표 2). 증류수 희석 직후 투명한 조성 중 24시간 내 침전, 상분리, 겔화 발생 여부 확인(그림 2, 표 3). 조성 G, H는 24시간 후에도 투명 유지. 조성 I는 투명하지만 겔 상태. 조성 A-D는 24시간 후 침전으로 불투명. 따라서 G, H 추가 개발 선정.

올레아놀산 폴리머 미셀 특성

염색 시험(그림 3): 물+Capryol® 90 혼합물은 명확한 상분리, Capryol® 90은 메틸렌 블루 침전, 물은 진한 파란색. PMO-G, PMO-H도 파란색으로 변해 미셀이 오일상 내부 코어와 수용상 외부 쉘로 구성됨을 확인. 폴록사머 407이 외부 쉘 역할을 해 Capryol® 90+올레아놀산 내부 코어를 성공적으로 캡슐화.

입자 크기(그림 4, 5): PMO-G 평균 80.4nm, PMO-H 57nm. PMO-A(침전으로 불투명)는 100nm 이상, 크기 분포 넓음. PMO-H가 PMO-G보다 좁은 크기 분포, 화장품 적합한 유동성 보임.

포집 효율(그림 6): PMO-G 98.26±0.17%, PMO-H 99.18±1.06%로 거의 100% 포집.

Cryo-SEM 형태(그림 7): PMO-G, PMO-H 모두 구형 미셀. PMO-H가 크기와 형태 더 균일.

PMO 인비트로 피부 투과 연구

무모 마우스 피부로 PMO-G, PMO-H, OTw, OPG 비교(그림 8). 24시간 후 피부 투과량: PMO-H 29.49±4.00%, PMO-G 21.39±5.91%, OTw 13.66±0.81%, OPG 5.90±2.47%. 최초 검출 시간: PMO-G/H 8시간, OTw 10시간, OPG 20시간. 피부 잔류량: PMO-H 56.22±13.50%, PMO-G 36.74±0.72%, OTw 27.44±7.02%, OPG 26.28±5.42%. PMO-H가 투과량과 잔류량 모두 최대. 미셀 형성 제형이 비미셀 제형보다 빠르고 많이 투과됨.

액상 올레아놀산 폴리머 미셀 안정성

특성·투과 연구 기반 PMO-H 최종 선정. 40°C/75% RH 가속 안정성 3개월 평가(그림 9). 침전, 상분리, 색상 변화, 탁도 없이 투명 유지. HPLC 측정 올레아놀산 비율 98% 이상 유지, 입자 크기 49.6±5nm로 거의 일정. PMO-H는 가속 조건에서 3개월간 물리·화학적으로 안정.

임상 시험

인체 자극 시험

22-56세 건강한 남녀 25명 대상. 상완 패치 24시간 부착, 제거 후 30분, 24시간, 48시간 자극 지수 측정. PMO-H 함유 화장품 앰플에서 1시간, 48시간 후 자극 없음.

임상 시험(주름 개선)

30-65세 눈가 주름 여성 23명(중도탈락 3명 제외 20명 완료). 8주간 좌우 얼굴 각각 시험제(PMO-H 앰플)와 대조제 별도 도포. 5개 파라미터 평가(R3 주평가변수, R1/R2/R4/R5 부평가변수). 시각 평가 점수 추가 부평가변수. 결과 표 4 요약.

주평가변수 R3: 시험제 사용 4주 후 0.673% 감소, 8주 후 7.835% 유의 감소(p=0.006). 대조제: 4주 후 5.127% 증가, 8주 후 9.971% 유의 증가(p=0.010). 시험제-대조제 간 R3 차이 8주 후 유의(p=0.000), 4주 후 유의하지 않음(피험자 간 변이 때문 추정, 그림 10).

부평가변수 R1: 시험제 4주 4.629% 감소, 8주 9.973% 유의 감소(p=0.017). 대조제 4주 8.037% 증가, 8주 4.799% 증가. 차이 8주 후 유의(p=0.024). R2: 시험제 4주 1.048% 감소, 8주 5.803% 감소. 대조제 4주 7.261% 증가, 8주 9.536% 증가. 차이 8주 후 유의(p=0.016). R4: 시험제 4주 8.594% 유의 감소(p=0.039), 8주 9.747% 감소. 대조제 4주 10.764% 증가, 8주 3.491% 증가. 차이 4주 후 유의(p=0.008), 8주 후 유의하지 않음. R5: 시험제 4주 6.333% 감소, 8주 8.556% 감소. 차이 4주, 8주 모두 유의하지 않음.

시각 평가: 시험제 4주 2.917% 감소, 8주 8.333% 유의 감소(p=0.034). 대조제 4주 1.667% 증가, 8주 4.167% 증가. 차이 8주 후 유의(p=0.046).

요약: 모든 평가변수에서 시험제 사용 부위 수치 감소, 대조제 사용 부위 증가. R3(주평가변수) 8주 차이 유의. R4 4주 차이 유의, R1/R2 8주 차이 유의. 전문가 시각 평가도 4주, 8주 모두 시험제 부위에서 감소. 전반적으로 PMO-H 주성분 화장품 처방이 8주 사용 후 주름 개선 도움 확인(그림 11, 12, 13).

결론

계면활성제는 난용성 물질 용해도 개선을 위해 화장품에 흔히 사용되지만 양 조절이 중요합니다. 침전 방지 위해 충분량 필요하지만 안전 위해 최소량만 써야 합니다. 미셀 제형이 이 문제 해결책이 될 수 있습니다. 본 연구 개발 올레아놀산 폴리머 미셀은 최소 계면활성제로 올레아놀산 용해도 개선, 피부 투과 증진. Capryol 90과 폴록사머로 안정적 폴리머 미셀 개발: 40°C 3개월 후 침전, 상분리, 분해 없음. 임상시험에서 주성분으로서 올레아놀산이 폴리머 미셀 제형으로 인체 주름 완화에 효과적임 입증. 물에 난용성이라 천연 상태로는 주름 완화 주원료로 쓸 수 없던 올레아놀산을 적용 가능한 폴리머 미셀로 제형화 가능함 확인. 본 연구 개발 올레아놀산 폴리머 미셀이 인체 주름 완화에 매우 유용하고 화장품 분야에 널리 적용 가능할 것으로 기대.