샤허 두치(Shaher Duchi) 박사(수석 과학자), 대니 골드스타인(Danny Goldstein) 박사(연구개발 부사장), 타그라 바이오테크놀로지스(Tagra Biotechnologies). COSSMA 1-2/2023, pp. 18–21.

완제품의 자외선 차단 지수가 안정적으로 기능하려면 신뢰할 수 있는 제형이 필수적입니다. 그러나 모든 활성 성분이 광안정성을 갖추고 있는 것은 아닙니다. 샤허 두치 박사와 대니 골드스타인 박사는 마이크로캡슐화 기술이 아보벤존의 성능을 어떻게 향상시키는지 보여줍니다.

일광 화상과 조기 피부 노화는 자외선(UV)의 주요 공급원인 햇빛에 지속적으로 노출됨으로써 발생합니다. UVB(280~320nm)는 일반적으로 홍반과 직접적인 DNA 손상을 유발하는 반면, UVA(320~400nm)는 태닝, 광노화 및 과도한 활성 산소 생성을 유발하여 피부 노화와 암을 초래합니다 [1-3].

햇빛으로부터 피부를 보호하기 위해 유기 자외선 차단제는 자외선 에너지를 흡수해야 합니다. 자외선 에너지의 흡수는 자외선 차단제의 분해와 보호 능력이 없는 새로운 화합물의 형성으로 이어집니다. 선호되는 자외선 차단제 제품은 사용자의 경험을 향상시키는 사용감을 유지하면서 UVB와 UVA 모두에 대해 광범위한 차단 효과를 제공해야 합니다 [4-6]. 아보벤존(부틸메톡시디벤조일메탄)은 매우 효율적인 자외선 차단제이며 종종 UVA 차단용으로 사용됩니다 [7].

제형화의 과제

그러나 아보벤존을 사용한 제형화는 여전히 어려운 과제입니다. 주요 과제 중 하나는 아보벤존의 광안정성을 확보하는 것입니다. 아보벤존은 단독으로 사용할 경우 급격한 광분해가 일어나기 때문입니다. 따라서 종종 추가적인 자외선 차단제인 옥토크릴렌을 사용하여 안정화합니다 [8].

하지만 옥토크릴렌 사용의 영향에 대한 보건 및 안전상의 우려로 인해 아보벤존을 안정화할 수 있는 대체적이고 효과적인 방법을 찾아야 할 시급한 필요성이 대두되고 있습니다 [9].

마이크로캡슐화를 통한 안정화

당사는 마이크로캡슐화된 형태의 아보벤존을 개발함으로써 재결정화, 변색, 가용화 및 피부 침투 위험과 같은 다른 문제들과 함께 이 주요 과제를 극복했습니다. 아보벤존은 투명한 폴리머 쉘로 만들어진 깨지지 않는 마이크로캡슐에 갇혀 있어 광안정성을 보호하고 향상시킵니다.

아보벤존이 담지된 마이크로캡슐은 용매 추출법으로 제조되었습니다 [10,11]. 마이크로캡슐은 먼저 유기상에 셀룰로오스 아세테이트 폴리머와 아보벤존을 용해시켜 제조합니다. 그런 다음 유기상을 유화제로서 폴리비닐 알코올을 함유한 수상과 혼합하여 에멀전을 형성합니다. 생성된 에멀전은 추출 수상으로 이송되어 마이크로캡슐의 침전이 일어나며, 이는 나중에 여과를 통해 수집되고 불순물을 제거하기 위해 물로 세척됩니다. 마이크로캡슐을 동결 건조하여 자유 유동성 분말을 얻습니다.

특성 평가

아보벤존 함량은 Jasco HPLC 시스템으로 정량화합니다. 마이크로캡슐은 레이저 회절 입도 분석기를 사용하여 입도 분포를 분석하였고, 그 모폴로지를 분석하였습니다.

효능을 테스트하기 위해, 캡슐화된 아보벤존을 5% 농도(유리 아보벤존 3%에 해당)로 o/w 제형에 혼합한 후 시험관 내(in vitro) SPF 측정을 수행했습니다.

광안정성 테스트

화학적: 5% 캡슐화된 아보벤존 또는 3% 유리 아보벤존을 함유한 제형(o/w 에멀전)을 현미경 유리 슬라이드에 1 mg/cm²로 도포했습니다. 슬라이드를 최대 7시간 동안 직사광선에 노출시켰습니다. 노출 후 2시간, 4시간, 7시간의 특정 시간 간격으로 슬라이드를 세척하고 HPLC 방법을 사용하여 아보벤존 함량을 분석했습니다.

기능적: 제형(위와 동일)을 PMMA 플레이트에 1.3mg/cm²로 도포했습니다. 플레이트를 암실에서 1시간 동안 자연 건조시킨 후, 동일한 위치를 재스캔할 수 있도록 플레이트의 서로 다른 9개 위치에서 스캔했습니다. 모든 샘플은 자연 태양광에 가깝도록 1000W 태양광 시뮬레이터를 사용하여 조사되었습니다. 20J의 자외선은 한낮 태양의 약 1시간에 해당합니다. 조사는 20J 단위로 진행되었습니다. 플레이트의 9개 위치에서 360~400nm 사이의 평균 총 흡광도를 계산했습니다. 초기(시간 0) 평균을 사용하여 이후의 모든 스캔에 대해 남아 있는 흡광도 백분율을 계산했습니다.

물리적: 물리적 강도를 평가하기 위해 마이크로캡슐을 물에 분산시키고 30분 동안 균질화했습니다. 균질화 전후에 마이크로캡슐의 크기와 모폴로지를 분석했습니다.

결과

아보벤존의 마이크로캡슐화 공정 결과, 평균 아보벤존 함량(%) 58.2 ± 0.4, 평균 포집 효율(%) 97.0 ± 0.6인 연한 노란색 분말이 얻어졌습니다.

그림 1에 나타난 바와 같이 SEM을 사용하여 마이크로캡슐을 시각화하여 이들의 온전함과 구형 모양을 확인했습니다. 아보벤존 마이크로캡슐의 평균 입자 크기 값은 8.02 ± 0.67 µm였습니다(그림 2).

• 그림 1: SEM으로 관찰한 마이크로캡슐화된 아보벤존의 모폴로지. 마이크로캡슐은 손상되지 않았으며 구형입니다.

• 그림 2: 마이크로캡슐화된 아보벤존의 평균 크기 및 입도 분포를 나타내는 대표적인 그래프.

기능성: 5% 마이크로캡슐화 아보벤존을 함유한 테스트 대상 o/w 제형의 측정된 in vitro SPF 값은 2.89로, 약 3의 자외선 차단제 효율(SPF 지수, %)을 나타냈습니다. 이 값은 캡슐화되지 않은 유리 아보벤존의 값과 동일합니다. 특히, UVA-PF는 4.97로, 동일한 농도 수준에서 유리 아보벤존을 사용할 때 기대되는 값과 동일했습니다.

화학적 광안정성: 광안정성 결과(그림 3)에 따르면 직사광선에 노출된 후 아보벤존의 평균 상대 함량은 유리 아보벤존에 비해 캡슐화된 형태에서 유의하게 더 높게 유지되어 광안정성이 향상되었습니다. 7시간 동안 직사광선에 노출된 후, 초기 아보벤존의 43%가 마이크로캡슐에서 검출된 반면, 유리 형태에서는 12%에 불과했습니다.

기능적 광안정성: 광안정성 테스트 결과(그림 4)에 따르면 자외선 조사 후 UVA 흡수제로서의 아보벤존의 기능성은 유리 아보벤존에 비해 캡슐화된 형태에서 유의하게 더 높게 유지되어, 마이크로캡슐화가 아보벤존의 활성 손실 방지에 상당한 영향을 미친다는 것을 보여주었습니다. 정오 햇빛 노출 5시간에 해당하는 100J 조사 후, 캡슐화된 아보벤존은 유리 형태의 5%에 비해 약 40%의 기능성을 유지했습니다. 따라서 마이크로캡슐은 자외선 노출 후 분해로부터 아보벤존을 성공적으로 보호하고 UVA 흡수 능력을 보존합니다.

물리적 안정성: 아보벤존 마이크로캡슐은 물리적 스트레스에 대한 저항성이 매우 높으며 고전단 혼합 후에도 온전성을 유지합니다. 마이크로캡슐은 균질화 후에도 구형 모양과 크기를 유지합니다. 균질화 전후에 깨진 마이크로캡슐이나 입자 크기의 변화는 관찰되지 않았습니다.

• 그림 3: 1시간, 2시간, 4시간, 7시간 동안 햇빛에 노출된 후 o/w 제형에 포함된 유리 아보벤존과 마이크로캡슐화된 아보벤존(AvoCap2)의 함량 비교. 데이터는 초기의 평균 %로 표시됩니다.

• 그림 4: 자외선 조사 후 o/w 제형에 포함된 유리 아보벤존과 마이크로캡슐화된 아보벤존(AvoCap2)의 UVA 흡광도 비교. 데이터는 초기 흡광도의 평균 %로 표시됩니다.

결론

아보벤존은 피부 노화 및 UVA 유발 피부암과 같은 햇빛 노출 손상으로부터 인간의 피부를 보호하기 위한 매우 효율적이고 전 세계적으로 승인된 유일한 UVA 차단제입니다. 그러나 제품 개발자들은 이를 혁신적인 스킨케어 제품에 통합하려고 할 때 여전히 제형화의 어려움에 직면해 있습니다. 낮은 용해도 및 재결정화 문제와 함께 광안정성은 주요 장애물입니다.

깨지지 않는 투명한 마이크로캡슐에 아보벤존을 캡슐화하는 것은 주변 환경으로부터 이를 보호하고 밀폐 격리하여 자외선 노출 중 분해를 줄일 수 있는 혁신적인 솔루션입니다.

또한, 분말 형태의 아보벤존 마이크로캡슐은 제품 준비 중 어느 단계에서나 모든 유형의 제형에 쉽게 혼합될 수 있습니다. 이는 아보벤존을 용해시키기 위해 용매(가용화제)를 사용할 필요 없이, 재결정화의 위험 없이 달성될 수 있습니다. 따라서 마이크로캡슐화된 아보벤존을 사용하여 더 안전하고 안정적이며 효과적인 혁신적인 선케어 제형을 쉽게 개발할 수 있습니다.

참고 문헌

1. Osterwalder U, Sohn M, Herzog B. Global state of sunscreens. Photodermatol Photoimmunol Photomed. 2014 Apr-Jun;30(2-3):62-80.

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3. Dahle J, Kvam E. Induction of delayed mutations and chromosomal instability in fibroblasts after UVA-, UVB-, and X-radiation. Cancer Res. 2003 Apr 1;63(7):1464-9.

4. Barel A, Paye M, Maibach H. 2009. Handbook of cosmetic science and technology. 3rd ed. New York: Informa Healthcare.

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7. Chatelain E, Gabard B. Photostabilization of butyl methoxydibenzoylmethane (Avobenzone) and ethylhexyl methoxycinnamate by bis-ethylhexyloxyphenol methoxyphenyl triazine, a new UV broadband filter. Photochem Photobiol. 2001 Sep;74(3):401-6.

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10. Jelvehgari M, Montazam SH. Comparison of microencapsulation by emulsion-solvent extraction/evaporation technique using derivatives cellulose and acrylate-methacrylate copolymer as carriers. Jundishapur J Nat Pharm Prod. 2012 Fall;7(4):144-52.

11. Freitas S, Merkle HP, Gander B. Microencapsulation by solvent extraction/evaporation: reviewing the state of the art of microsphere preparation process technology. J Control Release. 2005 Feb 2;102(2):313-32.