목적 : 각막에서 일어나는 광학적 현상을 분석하기 위하여, 콜라겐과 동일한 광 특성을 갖는 나노물질에 대한 산란, 회절, 간섭에 의한 광 특성을 조사하였다. 방법 : 광 특성 분석 시뮬레이션 소프트웨어를 이용하여 콜라겐섬유와 동일한 물질의 광 특성을 분석하였다. 입사 빛이 콜라겐섬유를 통과할 때 전기장의 세기 분포를 확인하여 산란 현상을 분석하였다. 또한 콜라겐 광 특성을 갖는 슬릿에서의 광세기 분포를 확인하여, 일반적인 회절 및 간섭 현상과 비교하여 분석하고자 하였다. 결과 : 300~900 nm의 파장 분포를 갖는 입사 빛이 콜라겐섬유의 전·후 검출기에서 파장 별 투과율에 변화가 있는 것을 확인하였다. 특히 589 nm에서는 콜라겐 섬유를 통과한 후 광세기가 통과 이전보다 미세하게 높아졌다. 콜라겐 광 특성을 갖는 판에 빛을 입사시키면 입사 빛과 반사 빛이 중첩되어 정상파를 형성하였다. 정상파의 중심 파장은 589 nm이고 배와 마루는 대략 312 nm 간격으로 반복되었다. 단일 슬릿과 이중 슬릿에 빛을 입사시킨 경우 에도 동일하게 정상파가 관측되었으며, 슬릿 간격 및 두께에 따른 광 투과율에 변화가 있는 것을 확인하였다. 결론 : 콜라겐은 광학적으로 투명하기 때문에, 콜라겐의 광학적 특성을 갖는 판에 의한 투과광의 세기 분포는 일반적인 불투명 물체의 간섭 및 회절에 의한 광세기 분포와는 같지 않음을 확인하였다. 불투명 물체 및 금속에 의한 광학적 현상의 비교 분석 필요하며 이 결과는 다양한 분야에 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

목적: 각막실질 내 다발 구조로 이루어진 콜라겐섬유의 크기와 규칙적인 배열은 투명성과 매우 밀접한 상관성을 가지고 있다. 시뮬레이션을 이용하여 배열구조 및 콜라겐섬유층 두께에 따른 광투과율의 변화를 확인하고자 하였다. 방법: 시뮬레이션 소프트웨어인 OptiFDTD로 각막실질 내 콜라겐섬유를 정육각형, 육각형, 사각형 및 자유형으로 각각 배열하였고 이에 따른 광투과율을 분석하였다. 사각형 배열에 대하여 시뮬레이션 공간상에 있는 콜라겐섬유의 개수가 동일할 때 밀도변화에 따른 광투과율을 확인하고 콜라겐섬유의 개수와 밀도가 변화할 때 광투과율을 조사하였다. 결과: 콜라겐섬유의 개수가 동일할 때 사각형, 정육각형, 자유형 및 육각형의 배열구조 순서로 밀도가 작아지고, 섬유층의 두께가 두꺼워진다. 배열구조를 변화시켜 광투과율을 측정한 결과 동일한 위치의 검출기에서 측정된 광투과율은 배열구조에 관계없이 거의 유사하였다. 검출기 D0, D1, D2 및 D3에서 각각 사각형, 육각형과 사각형, 정육각형 및 정육각형 배열구조에서 최대투과율로 나타났으며, 육각형, 자유형, 육각형과 사각형 및 사각형 배열구조에서 최소 투과율로 나타났다. 하지만, 최대 투과율과 최소 투과율의 차이는 1% 이내로 거의 유사하였다. 콜라겐섬유의 개수가 동일할 때 사각형 배열구조에서 밀도변화에 따른 광투과율은 섬유층 두께가 증가할수록 광투과율은 감소하였다. 또한, 두께가 증가하면서 콜라겐섬유의 개수가 감소하였을 때 광투과율이 더 많이 감소하였다. 결론: 콜라겐 배열구조가 변화하여도 광투과율은 배열구조와 관계없이 거의 유사하게 나타났다. 하지만, 배열구조의 변화에 따라 콜라겐섬유층의 두께가 변화하였고, 두께가 증가할수록 광투과율이 감소하였다. 즉, 광투과율은 배열구조보다는 콜라겐섬유층의 두께와 더 밀접한 관계를 가지고 있음을 확인하였다.

카렌듈라 추출물과 혼용되어 불리고 있는 메리골드 추출물을 인간섬유아세포에서 콜라겐 생성과 MMP-1 발현에 미치는 영향을 알아보기 위하여 HDF세포를 이용하여 세포독성 및 콜라겐 생성과 MMP-1 발현을 측정하였다. 실험 결과, HDF세포에 대한 메리골드와 카렌듈라 추출물의 5 ~ 100 μ g/mL 농도에서 80%이상의 세포 생존율을 나타내어 세포독성이 없었으며, 콜라겐 합성능 측정 결과, 두 추출물 모두 농도 의존적으로 콜라겐 생성능의 증가를 나타냈으며, 메리골드 추출물 100 μg/mL 농도에서 25%, 카렌듈라 추출물 100 μg/mL 농도에서 7% 콜라겐 생성능의 증가를 확인하였다. MMP-1 발현에 미치는 영향 실험 결과, 메리골드와 카렌듈라 추출물 모두 MMP-1 발현을 억제시키는 것을 확 인하였고, MMP-1 발현에 관련 있다고 알려진 p-JNK와 p-ERK의 인산화를 관찰한 결과, 메리골드 추 출물은 p-JNK와 p-ERK 신호전달 경로를 통화여 MMP-1 발현을 효과적으로 억제하는 것을 확인하였 다. 이와 같은 결과를 통해 메리골드 추출물의 주름 개선 효능을 확인하였고, 나아가 항노화 효능을 가 지는 화장품 원료로 활용 가능성을 확인하였다.

Background: This study were to investigate the effect of Pediococcus pentosaceus fermented Radix astragali (AMRP) and non-fermented products (AMRNP) on collagen synthesis in the cultures of human dermal fibroblasts, and their inhibitory effects on the matrix-degrading enzymes (collagenase, elastase, and gelatinase). Methods and Results: Both AMRP and AMRNP significantly improved cell growth and proliferation of HDF cells. However, the enzyme-linked immunosorbent assay and Western blot analysis demonstrated that AMRP, but not AMRNP, significantly and dose-dependently stimulated the biosynthesis of type I procollagen in both aged (74 y) and young (21 y) HDF cells. Real-time reverse transcription-polymerase chain reaction revealed that expression of type I, type III procollagen and transforming growth factor β1 (TGF-β1) mRNA was significantly stronger in AMRP-treated HDF cells than that of AMRNP-treated and un-treated HDF cells. The AMRP revealed an increase in astragaloside Ⅳ only depending on increase in fermentation period, because other astragalside converted to astragaloside Ⅳ, which it detached acyl group by fermentation processing of Pediococcus pentosaceus. Conclusion: The results also suggested that AMRP could stimulate the collagen biosynthesis in human dermal fibroblasts, which is, associated with the regulation of procollagen biosynthesis resulting from AMRP-induced TGF-β1 expression and the mitogenic activity in HDF cells, and therefore, is expected to reduce the age-dependent loss of extracellular matrix proteins.

피부 섬유아세포는 인간 피부의 주요 콜라겐 생산 세포이다. 노화가 진행되면, 섬유아세포에서의 콜라겐 생산이 감소되고, matrix metalloproteinase-1 (MMP-1)에 의해 시작되는 콜라겐 조각화가 증가된다. 즉 섬유아세포의 콜라겐 항상성의 불균형으로 인해 피부 collagenous, 세포외기질(ECM)의 구조와 기능이 변형되어,피부노화가 촉진되는 것이다. Cysteine rich protein 61 (CCN1)는 CCN family의 일부이며, 인간피부의 섬유아세포에서 콜라겐 항상성을 조절하는 단백질이다. 노화된 인간 피부 섬유아세포에서의 CCN1 과 발현은 실질적으로 유형 Ⅰ procollagen 생성을 감소시킴과 동시에 MMP-1의 발현을 증가시켜 섬유의 콜라겐 저하를 일으킨다. 그리고 노화된 섬유아세포는 노화 전 섬유아세포에 비해 증식률이 감소한다. 본 연구에서 만들어 사용한 복제 노화 피부 섬유아세포는 유형 Ⅰ procollagen의 생성량이 감소하였고, MMP-1의 발현 수준이 증가하는 특징을 나타냈다. 또한 CCN1 단백질의 발현이 증가되고, 증식률이 감소하는 특징을 나타냈다.가수분해 구멍갈파래 추출물은 노화 전 섬유아세포에서 새로운 콜라겐의 합성을 촉진하고 자외선에 의해 증가된 MP-1의 발현을 감소시켜 광노화를 개선하는 물질로 알려져 있다. 본 연구에서는 이러한 활성을 나타내는 가수분해 구멍갈파래 추출물을 사용하여, 복제 노화 피부 섬유아세포에서 가수분해 구멍갈파래 추출물에 의한 CN1 단백질의 발현 억제 여부를 조사하였으며, 이들 추출물은 배양된 복제 노화 피부 섬유아세포에서 유형 Ⅰprocollagen의 생성을 증가시켰으며, MMP-1 발현을 억제시키는 것을 확인하였다. 또한, 콜라겐 항상성을 조절하는 단백질인 CN1 발현을 크게 감소시켰으며, 노화세포의 증식률을 증가시켰다. 이 결과는 복제 노화 섬유아세포가 in vitro 자연 노화모델로 화장품 원료 활성 연구에 사용될 수 있음을 말한다. 그리고 가수분해 구멍갈파래 추출물은 광노화 뿐 아니라 자연노화를 개선하는 피부미용제로 주름개선 기능성 화장품에 사용가능 하다는 것을 의미한다.

본 연구에서는 전호추출물의 주름개선에 대한 효능을 측정하기 위하여 인간의 섬유아세포에 전호추출물을 처리하여 총콜라겐과 type I procollagen, MMP-1의 생합성에 미치는 영향을 조사하였다. 전호추출물을 인간 섬유아세포에 처리 시 콜라겐의 생합성은 증가시켰지만, MMP-1의 발현에 대해서는 영향을 미치지 못하였다. 이는 전호추출물이 자외선에 의해 영향을 받는 광노화보다는, 노화에 의해 콜라겐 생합성율이 감소되는 내인성노화에 훨씬 유효함을 시사한다. 전호추출물을 처리시 95% EtOH 추출물의 경우 25%까지 총콜라겐의 생합성을 증가시켰고, EtOAc층은 28%, EtOAc의 E6 소분획의 경우 50% 증가시켰으므로, 콜라겐 생합성에 영향을 미치는 유효성분은 EtOAc층에 대부분 함유되어 있을 것으로 사료되고, 이는 확인되지 않은 미지의 효능 성분이 존재하거나, 다양한 활성 성분들의 상호 작용에 의한 것으로 판단된다. 결론적으로 전호추출물은 콜라겐 생합성을 촉진함으로 내인성노화에 의한 주름생성 및 탄력저하를 개선할 수 있는 천연 유용자원으로 이용할 수 있을 것으로 사료된다.