[비즈월드] 피부는 표피, 진피, 피하지방조직의 3개 층으로 크게 구성된다. 표피(epidermis)는 바깥쪽에서 안쪽으로 각질층, 투명층, 과립층, 기저층으로 나뉜다.

표피의 최외곽 층인 피부 각질층(stratum corneum)은 피부장벽 기능의 가장 중요한 구조로 무핵의 편평한 각질세포(corneocytes)와 각질세포간 지질(SC intercellularlipid)로 이루어져 있다.

피부 각질층의 각질세포 간에는 스핑고지질(sphingolipids), 인지질(phospholipids), 콜레스테롤 황산염(cholesterol sulfate), 중성지질(neutral lipids) 등 다양한 종류의 지질이 존재하고, 이런 지질들은 각질세포 사이에 존재해 외부 자극이나 오염으로부터 피부를 보호하는 피부장벽의 기능을 한다.

특히 각질세포가 합성하는 세라마이드, 콜레스테롤, 및 지방산과 같은 세포간 지질로 형성된 다층 라멜라 지질층(multi lamella lipid layer) 또는 다층 라멜라 구조(multi lamella structure)는 외부의 알레르겐이나 유해 물질이 피부로 침투하는 것을 방지하는 피부장벽 역할을 한다.

세라마이드는 N-아실레이티드 스핑고이드(Nꠓacylated sphingoid) 화합물로서, 스핑고신, 피토스핑고신, 스핑가닌이라는 스핑고 염기(sphingoid base)에 지방산이 아미드 결합된 물질이다. 또한, 각질세포 외피는 인볼루크린(involucrin), 로리크린(loricrin), 필라그린(filaggrin) 등의 단백질 막으로 구성되며, 세라마이드 중 히드록시 세라마이드(hydroxyceramide)는 이들 단백질에 강력하게 결합하여 피부장벽의 구조를 견고하게 하는 것이 알려져 있다.

세라마이드와 히드록시 세라마이드는 다층 라멜라 지질층의 피부장벽을 형성하고 단백질 피부장벽 구조 강화에 기여하기 때문에 세라마이드, 히드록시 세라마이드 또는 스핑고 염기의 생성량 증가, 이들의 합성에 관여하는 효소 활성 증가 및 이들의 분해에 관여하는 효소 활성 감소는 피부 장벽 강화에 기여한다고 할 수 있다.

각종 스트레스나 환경 오염으로 인한 피부 스트레스, 잦은 세안 및 자연적인 피부 노화, 필라그린 유전자(FLG) 기능소실 돌연변이 등의 여러 가지 원인으로 인해 피부장벽이 손상될 수 있다. 피부장벽이 손상되면 화학물질과 미생물들이 피부 속으로 쉽게 침투하여 피부염 등을 유발할 수 있다.

결국 피부장벽의 손상이 오기 전에 피부장벽을 선제적으로 보호, 강화 내지는 개선하기 위해 피부 장벽 강화를 위한 조성물이나 기능성 화장품이 최근 주목을 받고 있다. 피부장벽이 일단 손상되면, 보습제를 바르더라도 피부장벽이 잘 회복되지 않아 스테로이드 치료제를 처방하지만, 스테로이드 치료제를 장기간 사용하게 되면 피부가 위축되거나 모세혈관이 확장될 수 있고, 오히려 피부장벽 기능의 약화를 초래할 수 있다.

이 때문에 피부장벽이 손상되기 전에 피부장벽의 보호, 강화 내지는 기능 개선을 하는 것이 중요하다.

이런 문제점을 감안해 천연물을 이용한 피부장벽 강화 내지 기능 개선에 대한 연구가 활발하다. 천연물을 원료로 하는 피부장벽 강화 내지 기능 개선용 조성물의 경우, 천연 추출물 내의 유효성분 함량이 적은 관계로 피부장벽 강화 내지 기능 개선 효과를 얻기 위해서는 많은 양의 사용이 필요하고, 이들 중 대부분은 천연물 소재라는 점을 마케팅에 활용하고 있을 뿐 피부장벽 강화 내지 기능 개선의 실질적 효능에 대해서는 과학적 연구가 필요한 상황이다.

줄기세포를 이용해 피부 상태나 질환을 개선 또는 치료하고자 하는 방법이 제안되고 있다. 배아줄기세포 또는 태아조직 유래 줄기세포는 분화능력 및 재생치료능력이 우수하고 거부반응이 적지만, 윤리적 문제로 임상에 적용될 수 없고 종양을 형성할 수 있는 위험성이 존재한다. 이에 대한 대안으로서 성체줄기세포를 이용해 피부 상태나 질환을 개선 또는 치료하고자 하는 방법이 제안됐다.

환자 자신의 성체줄기세포가 아닌 타인의 성체줄기세포를 사용한 경우 이식편대숙주병(graft-versus-host disease)을 일으킬 위험이 있고, 자가 성체줄기세포를 활용한 치료를 하기 위해서는 환자로부터 성체줄기세포를 채취한 후 이를 배양하는 과정이 필요해 복잡하고 비용이 많이 드는 문제가 있다.

최근에는 줄기세포의 문제점을 감안, 성체줄기세포를 배양해 얻은 배양액을 이용 피부 상태나 질환을 개선 또는 치료하고자 하는 시도가 있다. 그러나 성체줄기세포 배양액에는 성체줄기세포가 분비하는 다양한 단백질, 사이토카인, 성장인자 등이 함유되어 있는 반면, 세포가 성장하면서 분비한 노폐물, 오염방지를 위해 첨가된 항생제, 동물유래 혈청 등의 성분도 포함되어 있기 때문에 피부에 사용할 경우 각종 위험에 노출될 가능성이 높다.

최근 세포 분비물(secretome)에 세포의 행동(behavior)을 조절하는 다양한 생체활성인자가 포함되어 있다는 연구가 보고되고 있으며, 특히 세포 분비물 내에는 세포 간 신호전달 기능을 갖는 '엑소좀(exosome)'이 포함되어 있어 그 성분과 기능에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있다.

세포는 세포외 환경에 다양한 막(membrane) 유형의 소포체를 방출하는데, 통상 이런 방출 소포체들을 세포외소포체(Extracellular vesicles, EVs)라고 부르고 있다. 세포외 소포체는 세포막 유래 소포체, 엑토좀(ectosomes), 쉐딩 소포체(shedding vesicles), 마이크로파티클(microparticles), 엑소좀 등으로 불려지기도하며, 경우에 따라서는 엑소좀과는 구별되어 사용되기도 한다.

엑소좀은 세포막의 구조와 동일한 이중인지질막으로 이루어진 수십 내지 수백 나노미터 크기의 소포체로서 내부에는 엑소좀 카고(cargo)라고 불리는 단백질, 핵산(mRNA, miRNA 등) 등이 포함되어 있다.

엑소좀 카고에는 광범위한 신호전달 요소들(signaling factors)이 포함되며, 이들 신호전달 요소들은 세포 타입에 특이적이고 분비세포의 환경에 따라 상이하게 조절되는 것으로 알려져 있다.

엑소좀은 세포가 분비하는 세포 간 신호전달 매개체로서 이를 통해 전달된 다양한 세포 신호는 표적 세포의 활성화, 성장, 이동, 분화, 탈분화, 사멸(apoptosis), 괴사(necrosis)를 포함한 세포 행동을 조절한다고 알려져 있다.

엑소좀은 유래된 세포의 성질 및 상태에 따라 특이적인 유전물질과 생체활성 인자들이 포함되어 있다. 증식하는 줄기세포 유래 엑소좀의 경우 세포의 이동, 증식 및 분화와 같은 세포 행동을 조절하고, 조직 재생과 관련된 줄기세포의 특성이 반영되어 있다.

엑소좀을 이용한 일부 질환의 치료에 대한 가능성 제시 등 다양한 연구가 이뤄지고 있지만 면밀한 임상 및 비임상 연구가 필요하며, 특히 엑소좀이 작용하는 다양한 표적을 과학적으로 규명해 엑소좀을 다양한 질환 치료에 응용할 수 있는 기술의 개발이 필요한 실정이다.

이런 가운데 비즈월드가 확인한 결과 ㈜엑소코바이오라는 업체가 2019년 10월 25일 출원(출원번호 제1020190133576호)한 ‘줄기세포 유래의 엑소좀을 유효성분으로 포함하는 조성물의 피부장벽 강화 내지 기능 개선 용도’라는 명칭의 특허가 지난 2020년 6월 22일 등록(등록번호 제102127527호)을 받았다.

해당 발명은 이 회사가 2018년 11월 13일 출원(출원번호 제1020180138604호)된 같은 명칭의 특허를 분할출원한 것이다.

여기서 분할출원이란 복수의 실체를 가지는 발명에 관해 하나의 출원을 한 경우, 그 출원의 내용 중 일부에 관해 출원범위를 나눠 별도로 출원을 하는 것을 말한다. 이는 최초 출원이 '1발명 1출원주의 원칙'에 위반돼 등록을 거절 받을 수 있을 경우 이용하게 된다. 또 출원자가 출원 당시 생각하지 못했다가 나중에 스스로 처음 출원을 여러 출원으로 분할하고 싶을 때 이용하기도 한다.

엑소코바이오 연구진은 이번 등록 특허에서 피부장벽 강화 내지 기능 개선과 관련하여 종래 알려진 보습제나 스테로이드 치료제에 비해 피부장벽 강화 내지는 기능 개선 효과가 뛰어나고 안전한 새로운 소재를 개발하기 위해 노력했다고 한다.

연구진은 줄기세포로부터 유래된 엑소좀의 새로운 용도에 대해 예의 연구를 하던 중 줄기세포 배양액으로부터 분리된 엑소좀이 전술한 바와 같은 줄기세포 자체나 줄기세포 배양액의 안전성 문제를 해결할 수 있고, 피부장벽 강화 내지 기능 개선에 효과적임을 확인하여 본 발명을 완성했다는 것이다.

이 발명에 따른 조성물은 피부 장벽 보호, 강화 내지 기능 개선과 관련된 객관적 지표들을 개선시키고 세라마이드, 디히드로세라마이드 및 스핑고 염기의 함량 증가, 이들의 합성에 관여하는 효소 활성 증가 및 이들의 분해에 관여하는 효소 활성 감소의 효능을 나타냈다고 실험결과를 제시했다.

게다가 조성물이 TSLP, IL-4 및 IL-13을 감소시켜 피부장벽에 기여하는 지질 및 단백질이 감소하는 악순환을 저지해 피부장벽 기능 회복에 기여할 수 있다고 설명했다.

[비즈월드=정영일 기자 / zprki@bizwnews.com]