피부의 탄성은 주로 콜라겐, 탄력섬유 등이 풍부한 진피의 영향을 받는다. 하지만, 피부의 가장 바깥층인 각질층의 변화가 피부의 기계적인 특성에 어떠한 영향을 미치는지에 대해선 아직 명확하게 밝혀지지 않고 있다. 이에 본 연구에서는 새롭게 디자인한 시험방법을 통해 피부 깊이별 탄성 특성과 수화과정을 통한 각질층 변화가 피부 탄성 특성에 어떻게 영향을 주는지를 알아보았다. 또한 이 방법을 이용해 얼굴피부와 하박내측 피부의 특성을 비교 평가하였다. 25-40세 연령의 건강한 성인 10명을 대상으로, 피부 깊이별 탄성 특성을 연구하기 위해 CutometerⓇ의 음압을 다양하게 설정하여 얼굴피부와 하박내측 피부의 탄성 특성을 측정하여 비교 평가하였다. 음압은 100, 200, 300, 450 mbar로 구분하여 측정하였다. 또한 충분한 수화과정을 통해 각질층의 변화를 유도하고, 다양한 음압 조건에서 피부 탄성 특성을 측정하였다. 그 결과, 음압 조건을 달리함에 따라 피부 깊이에 따른 탄성 특성 측정이 가능함을 확인하였다. 그리고 하박내측 피부의 R7 값은 모든 음압조건에서 얼굴피부보다 통계적으로 유의하게 높았다(p < 0.05). 또한 수화과정에 의한 각질층의 변화는 피부탄성 특성에 영향을 줄 수 있음을 확인하였다. 특히 얼굴피부의 R7 값은 300 mbar 음압조건에서 수화전 상태의 피부에 비해 통계적으로 유의하게 변화하였다(p < 0.05). 그리고 전체적으로 얼굴피부가 하박내측 피부보다 수화과정에 더 크게 영향을 받고 있음을 알 수 있었다. 이러한 결과는 다양한 음압조건과 피부 수화 과정을 활용한다면, 각질층 및 표피층의 변화를 고려한 피부탄력특성을 평가할 수 있는 유용한 시험법이 될 것으로 사료된다.

아세틸 헥사펩타이드 8 (AH8)은 보톡스 메커니즘을 응용한 주름 개선 펩타이드 소재로, 보톡스의 타겟인 synatosomal-associated protein 25 (SNAP25) N말단 서열을 모방하여 개발되었다. 주름 개선 효과가 보고되고 있지만 큰 분자량과 친수성 성질에 의하여 피부 흡수는 잘 되지 않는다는 문제가 있다. 따라서 피부 보습 성분 중에서 AH8의 피부 흡수를 증가시켜 줄 수 있는 물질을 탐색하였는데, 히알루론산(HA)이 AH8의 피부 흡수를 증가시켰다. 형광물질로 표지한 AH8만 MicropigⓇ skin 에 발라주면 대부분 각질을 투과하지 못하고 각질층에 존재하였다. 반면, HA를 함께 도포한 경우에는 각질층을 투과하여 표피, 진피로 흡수된 AH8가 증가하는 것을 형광 이미지 분석을 통해 확인했다. 특히 5 kDa 저분자량 HA가 500 kDa, 2000 kDa HA보다 피부 흡수를 더 많이 증가시켰다. HA가 피부 각질층에 미치는 영향을 푸리에변환 적외 분광법(Fourier-transform infrared spectroscopy, FTIR)으로 분석해보니, 고분자량 HA는 각질 수분 함량을 증가시키고, 저분자량 HA는 지질층의 유동성을 증가시키는 경향성이 있었다. 따라서 HA는 AH8의 피부 흡수를 증가시켜 주름 개선 효과를 향상시켜 줄 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구에서는 각질층의 산란에 대한 새로운 분석 방법을 제공하고 광학에 사용되는 광산란 감소 물질들 의 피부 각질층에서의 영향을 확인하였다. 각질층과 피부 구성 성분에 의해 산란되어지는 빛의 변화를 측정하기 위해 각질 테이프로 분리한 각질세포의 다크 필드 이미지 분석을 통해 다양한 광산란 감소 물질들의 각질층에서의 광산란 효과를 측정하고 분석하였다. 광산란 감소 물질의 처리 후 각질층의 물리적 특성(수분 함량, 케라틴 구조 및 두께) 변화는 FT-IR, 3D 레이저 현미경으로 관찰하였는데 화장품에서 보습제로 사용되는 단당류, 당 알코올, 환원당, 히알루론산 등은 광산란을 감소시킬 수 있었다. 그러나 광학에서의 탈수 현상과 달리 낮은 농도 조건의 광산란 감소 물질은 각질층 케라틴 구조의 내부로 물의 침투를 향상시켜 각질층의 부피를 증가시키고 강성을 감소시키는 효과를 나타내었다. 이러한 광산란 감소 물질에 의한 각질층 각질세포의 수화 현상은 각질층의 광산란을 감소시켜 피부를 보다 투명하게 보이게 해 줄뿐만 아니라 지속적인 보습효과를 제공할 수 있는 각질층 타겟의 새로운 피부 개선 연구의 가능성을 확인할 수 있었다.

오일/정제수(O/W) 나노에멀젼은 피부의 투과성을 변화시키는 효과적인 매개체이다. 본 연구에서 우리는 콜레스테롤, 팔미틴산과 같은 피부 각질층 지질과 세라마이드 IIIB (CIIIB)의 피부 적용을 위한 콜로이드성 운반체 역할을 하는 나노에멀젼의 제조와 특성화에 초점을 두었다. 나노에멀젼을 최적화하기 위해, 입자 크기, 나노에멀젼 안정성 및 CIIIB의 용해도와 관련하여 유화 공정 조건을 검토하였다. 80 ℃의 유화 온도 및 PIC (phase inversion composition) 유화법을 통해 입자 크기의 감소가 관찰되었다. CIIIB는 오일 및 물에 대한 용해도가 낮다. CIIIB의 농도가 증가하면 나노 에멀젼의 입자 크기가 증가하였다. Lipoid S75-3을 오일상에 첨가하면 CIIIB의 용해도가 증가하여 DSC 측정에서 보여지는 일부 상호 작용을 나타냈다. CIIIB와 피부 각질층 지질은 결정화 또는 물리적 불안정성 없이 성공적으로 나노 에멀젼에 혼입될 수 있었다. 결론적으로, 피부 각질층 지질을 함유하는 안정한 나노 에멀젼은 피부를 위한 효과적인 보습 시스템으로서 효과적일 수 있다.

하이드록시 산(hydroxy acid, HA)은 피부 각질층에 대한 박리효과로 노화방지와 피부 보습을 높이는데 효과를 보여, 피부 외용제와 화장품으로서 많은 활용을 하고 있다. 그 중에서 가장 효과적으로 빠른 시간 내에 나타나는 각질 박리는 화장품 제형 pH에 의해 효과를 보이는 것으로 많은 보고가 있다. 그러나 pH에 의한 자극, 부작용에 의한 염려로 인해 사용에 많은 어려움이 있다. 본 연구의 목적은 피부 각질층에 (1) 하이드록시 산의 농도와 (2) 종류, (3) pH를 변화시킨 화장품을 인체 피부 에 도포하여 각질 박리 효과에 대한 영향을 측정하는 데에 있다. 건강한 성인 22명을 대상으로 하박 내측에 DHA (dihydroxyacetone), DC (dansyl chloride)로 피부 표면 각질을 염색하여, 시험제품을 도포한 뒤 각질 박리 효과를 측정하였다. (1) GA (glycolic acid)의 농도에 따라 각질 박리 효과는 농도 의존적으로 증가하는 것으로 나타났다. (2 )하이드록시 산의 종류에 따라 pH를 산성과 중성으로 제조한 제품을 대상으로 각질 박리 효과를 측정한 결과, 중성 pH의 GA는 각질 박리 효과가 나타나지 않았다. 이에 반해 SA (salicylic acid)는 산성 pH와 중성 pH에서 모두 통계적으로 유의한 각질 박리 효과가 나타났다. (3) 중성 pH의 SA는 DHA와 DC로 염색한 피부 표면에서 모두 우수한 각질 박리 효과를 나타내었다. 이러한 결과는 pH에 민감한 사람들에게 각질 박리 효과를 기대하는 화장품을 사용할 수 있는 기회를 제공하며, 피부 장벽의 손상 없이 안전한 화장품을 제조할 수 있을 것이라 사료된다.

피부의 최외곽층인 각질층에 대한 수분량을 측정하는 것은 피부장벽기능과 생물리학적 특성에 대한 피부 건강함, 유연함, 부드러움 등의 중요한 정보를 제공한다. 그러나, 평가자와 피험자와의 개인적인 차이와 측정환경의 변화에 따라 재현성과 반복성에 있어서 각질층의 수분량을 측정하는 데에는 많은 어려움이 있다. 본 연구의 목적은 피부 각질층에 여러 종류의 제품을 사용 전후에 객관적으로 수분량을 측정하는 데에 있다. 40명의 건강한 자발적 피험자의 하박 내측을 피부의 전기용량 특성을 이용하여 수화정도를 측정하였다. 피부 수분량은 시험제품 도포 후, 3 h, 6 h 뒤에 측정하였다. 무도포 부위의 편차를 보정하기 위해 수분증가율을 이용하였고, 5반복 측정을 통하여 분석하였다. 수분량 측정에 가장 효과를 보이는 대표적 폴리올 종류인 글리세롤과 부틸렌 글라이콜을 이용하여 연구를 수행하였다. 대부분의 폴리올 종류는 피부 수분량 변화에 영향을 미치기 때문에 연구에 참여한 피험자에게 0 ~ 20%의 글리세롤을 표준제품으로 사용하여 보정하였다. 피부 수분량은 낮은 농도의 글리세롤 범위에서 직선의 상관관계를 갖기 때문에, 글리세롤의 농도에 따라 피부 수분량에 대한 피험자 각각의 표준화된 곡선을 얻었다. 이렇게 얻어진 피부 수분량에 대응하는 글리세롤 농도값은 통계학적으로 재현성과 반복성을 보였다. 게다가 이렇게 얻어진 표준화 곡선은 피험자 개인의 피부특성으로 활용할 수 있었다. 이러한 연구 결과는 화장품과 같은 피부외용제품에 대한 미세한 피부 상태의 변화와 외부 환경 변화에도 불구하고, 같은 결과를 보였다. 향후 이러한 결과를 토대로, 계면활성제와 지질, 수용성 물질에 대한 제품 원료에 대한 피부 측정에 필요한 비침습적 방법과 병행해서 사용할 수 있을 것으로 사료된다.

천연보습인자(NMF, natural moisturizing factor)는 정상 피부 내의 각질층에 존재하는 수용성, 친수성 성분을 총칭하는 말로 외부로부터 수분을 흡수하고 각질층의 수분보유능을 증가시키며 피부가 건조해지는 것을 방지하여 피부의 유연성과 가수성을 유지하는 기능을 한다. NMF는 주로 아미노산과 아미노산의 대사산물로 구성되며 이들은 필라그린(filaggrin)이 분해되면서 생성된다. 본 연구에서는 피부 각질층의 22종의 개별 아미노산의 함량분석을 통하여 피부보습능과 개개의 아미노산과의 상관관계를 연구하였다. 15명의 건강한 지원자들의 전박과 이마로부터 tape stripping한 각질 시료 중 22종의 아미노산 함량을 UPLC-PDA를 이용하여 동시 분석하였다. 그 결과 각질 표면보다는 안쪽에서의 아미노산들의 함량이 높음을 확인하였다. 또한 신체 부위별 비교에서 전박이 이마에 비해 아미노산 함량이 1.5배 정도 높음을 확인하였다. 전박부위의 아미노산 총 함량과 보습능(TEWL)과의 상관 관계분석을 통해서는 보습능이 클수록 총아미노산 함량이 높은 것으로 확인되었으며 특히 Ser, Glu, Gly, Ala 및 Thr은 각질 내 존재하는 주요 아미노산 성분으로 보습에 긍정적인 영향을 주는 성분으로 확인되었다. 이상의 결과로써 NMF의 주성분인 아미노산의 함량은 각질 생리기능과 밀접한 관련을 가지고 있음을 확인할 수 있었으며 본 연구를 통해 얻은 각질층의 아미노산의 통합적인 분석법은 보습, 노화, 미백, 피부 염증질환 등 다양한 피부 상태와 아미노산류들의 변화와의 관계를 깊이 이해하고 피부 기능과 관련된 새로운 분자적 타겟을 발굴하고 증명하는데 기초적인 방법으로써 사용될 수 있을 것으로 사료된다.

피부장벽 기능은 중요한 피부 기능 중 하나로 각질층과 표피층은 다른 피부층 보다 이러한 기능에 있어 큰 역할을 담당하고 있는 것으로 여겨지고 있다. 각질층은 표피 기저층에서부터 표피세포가 위층으로 올라오면서 분화의 과정을 거쳐 형성되게 된다. 이러한 분화 과정은 피부 표면에서 완성되게 되며 지속적으로 올라오는 새로운 각질로 대체되게 되어 건강한 방어막을 형성하게 된다. 본 연구는 tape stripping에 따른 깊이별 여러 인자들의 변화를 살펴봄으로써 각질층의 각 부분의 역할에 대해 살펴보고자 하였다. 피부 표면 수분량에 있어서는 각질층 중 위쪽에 위치하고 있는 uppermost stratum corneum (SC)가 중요한 역할을 하고 있는 것으로 나타났으며, 수분증발을 막는 장벽으로써의 역할은 lower SC가 주로 역할을 하는 것으로 나타났다. 그리고 일반적으로 pH는 각질의 산성 pH에서 표피 쪽으로 진행하면서 중성의 pH가 보여지는 것으로 보고되고 있는데 각질층만을 살펴봤을 경우, 아래층으로 내려가면서 오히려 다소 산도가 높아짐을 관찰할 수 있었다. 또한 tape stripping을 통한 각질량 분석에서는 stripping을 거듭할수록 채취되는 각질량도 감소되는 양상을 보여주었다. 본 연구를 통해 수 ∼ 수십 층으로 구성되는 각질층 중 윗부분은 수분량에, 아래 부분은 장벽으로서의 기능에 있어 역할을 하고 있음을 알 수 있었고 각질층의 깊이가 증가할수록 pH와 각질량은 감소함을 알 수 있었다. 이러한 각질층 내의 위치 차이에 따른 역할에 대한 결과를 통해 화장품 개발에 있어서 다양한 접근이 가능할 것으로 기대되어진다. 또한 본 연구를 통해 각질층도 그 위치에 따라 다른 역할을 담당하고 있음을 간접적으로 알 수 있었고 향후 이러한 점에 초점을 맞춘 특화된 각질 연구도 필요할 것으로 생각되어진다.