KR101155194B1 - Quantitative analyzing method of melanin in corneocyte to visually express the distribution of melanin in the skin surface - Google Patents
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Abstract
본 발명은 피부표면의 멜라닌 분포를 가시적으로 표현할 수 있는 각질세포의 멜라닌을 정량하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명에 의한 각질세포의 멜라닌을 정량하는 방법은 피부표면에서 각질세포를 채취한 후 멜라닌 염색을 수행한 다음 이를 이미지화하고 화상분석 기술을 이용하여 각질세포 당 멜라닌 스팟(spot)의 면적을 정량함으로써, 기존의 수치로만 제시한 멜라닌의 양을 가시적, 정량적으로 표현할 수 있다. The present invention relates to a method for quantifying melanin of keratinocytes that can visually express the melanin distribution on the skin surface. More specifically, the method for quantifying melanin of keratinocytes according to the present invention, after collecting keratinocytes from the surface of the skin, performs melanin staining, then imaging them and imaging melanin spots per keratinocyte using image analysis technology. By quantifying the area of, it is possible to express visually and quantitatively the amount of melanin presented only by existing values.
멜라닌 정량 * 각질세포 * 멜라닌 염색 * 이미지 * 멜라닌 스팟 Melanin Determination * Keratinocytes * Melanin Staining * Image * Melanin Spot
Description
도 1은 멜라닌 합성과정을 나타내는 그림이다. 1 is a diagram showing the melanin synthesis process.
도 2는 본 발명에서 사용하는 멜라닌 염색과정을 나타내는 그림이다. Figure 2 is a diagram showing the melanin staining process used in the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 멜라닌 분포비율을 이미지화한 것이다. Figure 3 is an image of the melanin distribution ratio according to the present invention.
도 4는 본 발명에서 피부색 측정 부위 및 각질층 채취부위를 표시한 그림이다. Figure 4 is a picture showing the skin color measurement site and the stratum corneum collection site in the present invention.
도 5는 본 발명에서 BMI 소프트웨어를 이용하여 멜라닌을 정량하는 과정을 나타내는 그림이다. 5 is a diagram showing a process for quantifying melanin using the BMI software in the present invention.
도 6은 본 발명에서 BMI 소프트웨어 상에서 멜라닌 스팟의 면적비율을 산출하는 예를 나타내는 그림이다. 6 is a diagram showing an example of calculating the area ratio of melanin spots in the BMI software in the present invention.
도 7은 SPSS version 10의 통계프로그램을 이용하여 분광광도계로 측정한 피부색(L) 및 각질세포 당 멜라닌 면적비율간의 상관성을 측정한 결과이다.7 is a result of measuring the correlation between the skin color (L) and the melanin area ratio per keratinocyte measured by the spectrophotometer using the statistical program of
본 발명은 피부표면의 멜라닌 분포를 가시적으로 표현할 수 있는 각질세포의 멜라닌을 정량하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명에 의한 각질세포의 멜라닌을 정량하는 방법은 피부표면에서 각질세포를 채취한 후 멜라닌 염색을 수행한 다음 이를 이미지화하고 화상분석 기술을 이용하여 각질세포 당 멜라닌 스팟(spot)의 면적을 정량함으로써, 기존의 수치로만 제시한 멜라닌의 양을 가시적, 정량적으로 표현할 수 있다. The present invention relates to a method for quantifying melanin of keratinocytes that can visually express the melanin distribution on the skin surface. More specifically, the method for quantifying melanin of keratinocytes according to the present invention, after collecting keratinocytes from the surface of the skin, performs melanin staining, then imaging them and imaging melanin spots per keratinocyte using image analysis technology. By quantifying the area of, it is possible to express visually and quantitatively the amount of melanin presented only by existing values.
멜라닌은 피부색을 결정하는 동시에 자외선으로부터 인체 피부를 보호하는 중요한 역할을 담당한다. 멜라닌이 피부 기저층에 있는 멜라닌 형성 세포(melanocyte)에서 만들어지는 자세한 기작은 하기 도 1에 나타낸 바와 같다. Melanin plays an important role in protecting human skin from UV rays while determining skin color. Detailed mechanisms in which melanin is made in melanocytes (melanocytes) in the basal layer of skin are shown in FIG. 1.
멜라닌 형성 세포에 자외선을 조사하게 되면 여러 종류의 표피의 사이토카인(epidermal cytokine), 성장인자(growth factor), 호르몬(hormone) 등의 합성이 증가되며, 이것들은 멜라닌 형성 세포의 증식(proliferation)과 멜라닌 세포생성(melanogenesis)에 영향을 주게 된다. 신호를 받은 멜라닌 형성 세포에서 타이로시네이즈(tyrosinase)가 활성화 되면 타이로시네이즈는 멜라노좀 (melanosome)에서 멜라닌을 형성하게 된다. 합성된 멜라닌은 각질형성 세포로 이동을 한다. 각질형성세포는 피부 기저층에서 끊임 없이 분열하여 각질층으로 올라가는데, 이 때 주위의 멜라닌 형성세포로부터 멜라닌을 전달 받게 된다. 각질형성 세포는 각질층에 올라와서 각질세포가 되며, 재생 주기에 따라 각질세포가 탈리되면 멜라닌도 피부에서 떨어져 나가게 된다. Irradiation of melanocytes with UV rays increases the synthesis of various epidermal cytokines, growth factors, and hormones, which are associated with the proliferation and proliferation of melanocytes. It affects melanogenesis. When tyrosinase is activated in signaled melanin forming cells, tyrosinase forms melanin in the melanosomes. The synthesized melanin migrates to keratinocytes. Keratinocytes are constantly dividing in the basal layer of the skin to rise to the stratum corneum, at which time melanin from the surrounding melanocytes are delivered. Keratinocytes rise to the stratum corneum and become keratinocytes, and melanin is released from the skin when keratinocytes are released according to the regeneration cycle.
피부에 자외선을 조사하게 되면 합성된 멜라닌이 각질 형성 세포의 핵 주위 를 둘러싸는 방식으로 모여 들어 자외선을 반사하거나 흡수하게 된다. 이를 통해 자외선이 각질 형성 세포의 핵에 도달하여 유전자를 변형시키는 것을 막게 되는 중요한 기능을 수행한다. When the skin is irradiated with UV rays, the synthesized melanin is collected in a manner surrounding the nucleus of keratinocytes to reflect or absorb the UV rays. This plays an important role in preventing UV light from reaching the nucleus of keratinocytes and modifying the genes.
그러나, 멜라닌이 과도하게 생성될 경우 피부색이 칙칙해 보이고 기미나 주근깨 같은 과색소 침착증(hyperpigmenatation disorder)을 발생시키기도 한다. 따라서, 화장품 업계에서는 타이로시네이즈가 제 기능을 하지 못하도록 하는 타이로시네이즈 저해제(tyrosinase inhibitor)나, 각질형성세포가 멜라닌을 전달 받는 기작을 방해하는 물질 등을 이용한 미백제품 개발을 해오고 있다.However, excessive production of melanin can make the skin look dull and cause hyperpigmenatation disorders such as freckle and freckles. Therefore, the cosmetics industry has been developing whitening products using tyrosinase inhibitors that prevent tyrosinase from functioning or substances that interfere with the mechanism by which keratinocytes receive melanin. .
개발된 원료나 화장품의 미백 효능을 확인하기 위해 in vitro 시험도 수행하지만, 최종적으로 검증하기 위해서는 인체 피부에 직접 도포하여 피부색의 변화를 관찰하는 방법이 주로 이용된다. 이러한 연구에는 피부색을 측정할 수 있는 장비를 이용하는데 대표적인 방식이 2가지 있다. 피부색을 멜라닌 지수와 홍반 지수로 측정하는 방식과 멀티 파장을 이용한 피부 반사율에 의해 피부색을 평가하는 방식을 사용한다. 해당되는 기기로는 색차계(Mexameter, CK, Germany)와 분광광도계(spectrophotometer CM-2002, Minolta, Japan) 등이 있다. In vitro tests are also conducted to confirm the whitening efficacy of the developed ingredients or cosmetics.However, the final method is to apply the skin directly to human skin and observe the changes in skin color. In these studies, there are two representative ways to use equipment that can measure skin color. The skin color is measured by melanin index and erythema index, and the skin color is evaluated by multi-wavelength skin reflectance. Applicable devices include colorimeters (Mexameter, CK, Germany) and spectrophotometers (CM-2002, Minolta, Japan).
그러나, 전술한 측정기기들은 쉽게 측정 가능하지만 수치적인 결과로 밖에 미백효과를 검증할 수 없는 단점이 있다. However, the above-mentioned measuring devices are easily measurable, but have a disadvantage in that the whitening effect can only be verified with numerical results.
이에, 본 발명자들은 피부표면의 각질의 채취하여 멜라닌 염색을 수행한 다 음 이를 이미지로 가시화하여 화상분석 기술로 각질세포 당 멜라닌 스팟(spot)의 면적을 정량화함으로써, 기존의 수치적인 결과로만 제시한 멜라닌의 양을 가시적으로 표현할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다. Therefore, the present inventors performed the melanin staining by collecting the keratin of the skin surface and visualizing it as an image to quantify the area of the melanin spot per keratinocyte by image analysis technology, which is presented only as a conventional numerical result. The present invention was completed by discovering that the amount of melanin can be expressed visually.
따라서, 본 발명의 목적은 피부표면의 멜라닌 분포를 가시적으로 표현할 수 있는 각질세포의 멜라닌을 정량하는 방법을 제공하는 것이다. Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for quantifying melanin of keratinocytes that can visually express the melanin distribution on the skin surface.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 의한 각질세포의 멜라닌을 정량하는 방법은, (a) 피부표면의 각질을 채취하는 단계; (b) 채취한 각질에 멜라닌 염색을 수행하는 단계; 및 (c) 염색한 각질시료를 현미경으로 관찰한 후, 이미지를 촬영하여 이를 분류하고 각질세포 당 멜라닌 스팟의 면적을 정량하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the method for quantifying the melanin of keratinocytes according to the present invention, (a) collecting the keratin of the skin surface; (b) performing melanin staining on the collected keratin; And (c) observing the stained keratin sample under a microscope, classifying the image by taking images, and quantifying the area of melanin spots per keratinocyte.
이하, 본 발명에 의한 각질세포의 멜라닌을 정량하는 방법을 단계별로 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method for quantifying melanin of keratinocytes according to the present invention will be described in detail step by step.
(a) 피부표면의 각질을 채취하는 단계. (a) collecting keratin from the skin surface.
상기 단계에서 피부표면의 각질은 테이프 스트리핑(tape stripping) 방법으로 채취한다. In this step, the keratin of the skin surface is collected by a tape stripping method.
(b) 채취한 각질에 멜라닌 염색을 수행하는 단계. (b) performing melanin staining on the collected keratin.
상기 단계에서 멜라닌 염색은 멜라닌의 은환원성 반응(argentaffin reaction)을 이용한 Fontanna Masson staining 방법을 응용하여 수행한다. In this step, melanin staining is carried out by applying the Fontanna Masson staining method using the argentaffin reaction of melanin.
상기 멜라닌 염색의 과정을 단계별로 나타내면 하기 도 2와 같으며, 염색과 정에서 사용되는 암모니아를 처리한 은 작용액(Ammoniacal Silver Working Solution)의 제조과정은 하기 표 1에 나타낸다. The process of the melanin staining is shown in
(c) 염색한 각질시료를 현미경으로 관찰한 후, 이미지를 촬영하여 이를 분류하고 각질세포 당 멜라닌 스팟의 면적을 정량하는 단계. (c) observing the stained keratin sample under a microscope, classifying by taking images and quantifying the area of melanin spots per keratinocyte.
상기 (b) 단계에서 염색한 각질시료를 현미경으로 각질세포 내 분포한 멜라닌 스팟들이 검정색으로 염색되었음을 확인한 다음, 이 이미지를 고해상도 디지털 카메라로 촬영한다. 다음, BMI 화상분석 소프트웨어(image analysis software)를 사용하여 각질세포 당 멜라닌 스팟의 면적을 정량한다. 이때, 각질세포 당 멜라닌 스팟의 면적비율은 하기 수학식 1로 산출한다. After confirming that the melanin spots distributed in keratinocytes were dyed in black, the keratin sample stained in step (b) was photographed with a high resolution digital camera. The area of melanin spots per keratinocyte is then quantified using BMI image analysis software. At this time, the area ratio of melanin spot per keratinocyte is calculated by the following equation (1).
또한, 상기 멜라닌 스팟의 면적비율은 예를 들어 하기 표 2에 나타낸 바와 같이 각질세포 당 멜라닌 분포비율에 따라 5등급으로 분류할 수 있다. 또한, 하기 표 2의 멜라닌 분포비율은 이미지화하면 하기 도 3과 같으며, 하기 표 2 및 도 3을 바탕으로 멜라닌 분포비율 및 미백제품 도포 전 ㆍ 후의 변화된 등급비교를 통하여 화장품의 효능을 분석할 수 있다. In addition, the area ratio of the melanin spot can be classified into 5 grades according to the melanin distribution ratio per keratinocytes as shown in Table 2, for example. In addition, the melanin distribution ratio of Table 2 is as shown in Figure 3 when the image, based on the following Table 2 and Figure 3 can be analyzed the efficacy of the cosmetics through the changed grade comparison before and after the application of the whitening product and the whitening product have.
즉, 미백제품 도포 전에 하기 표 2의 5등급이었으나 도포 후에 3등급이 되었다면 미백 화장품의 효능이 있다고 판단할 수 있다.In other words, before the application of the whitening product was a
일반적으로 멜라닌 양의 측정에 사용되는 분광광도계(spectrophotometer) CM-2002(Minolta, Japan)로 측정한 피부색(L)과 각질세포 당 멜라닌 면적비율과의 상관성 여부를 확인하기 위해, SPSS version 10의 통계프로그램을 이용하여 확인한다. 이를 통해 각질세포 당 멜라닌 면적비율과 피부색(L)은 유의한 상관성을 나타냄을 확인할 수 있으며, 이로부터 각질세포 당 멜라닌 면적비율로 피부색을 대변할 수 있다. SPSS
이하, 시험예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하지만, 본 발명이 이들 예로만 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to test examples, but the present invention is not limited only to these examples.
[시험예 1] 피부 표면의 피부색(L) 측정방법Test Example 1 Method for Measuring Skin Color (L) on Skin Surface
피험자 15명을 대상으로 얼굴을 비누로 씻은 후, 항온항습 조건(20±2, 상대습도 40±2℃)에서 15분간 피부를 적응하였다. 다음, 분광광도계 (spectrophotometer) CM-2002(Minolta, Japan)를 이용하여 하기 도 4의 원형으로 표기된 뺨 부위를 세 번 반복 측정하였다. 측정값의 평균값을 구하여 피부색(L)을 구하였으며, 그 결과를 하기 표 3에 나타내었다. After washing the face with soap for 15 subjects, the skin was adapted for 15 minutes under constant temperature and humidity conditions (20 ± 2,
[시험예 2] 각질층 채취 및 멜라닌 염색방법Test Example 2 Corneal Layer Collection and Melanin Staining Method
상기 시험예 1의 피부색 측정을 실시한 후, 동일한 피험자 15명을 대상으로 일정한 점착력을 갖는 D-squame(Cuderm, USA)를 이용하여 상기 시험예 1의 측정부위와 동일한 부위에서 각질을 채취하였다. After the skin color measurement of Test Example 1 was performed, keratinocytes were taken from the same site as the measurement site of Test Example 1 using D-squame (Cuderm, USA) having a constant adhesiveness on 15 subjects.
다음, 채취한 각질을 하기 도 2에 나타낸 과정으로 Fontanna masson staining을 응용한 방법으로 멜라닌 염색을 수행하였다. Next, the collected keratin was melanin staining by the method applied to Fontanna masson staining in the process shown in FIG.
[시험예 3] 각질세포 당 멜라닌 정량방법 Test Example 3 Method for Quantifying Melanin Per Keratinocyte
상기 시험예 2에서 염색한 각질세포 시료를 현미경(Nikon Eclipse 80i)을 이용하여 각질세포내 분포한 멜라닌 스팟(spot)들이 검정색으로 염색되었음을 확인하였다. 다음, 이 이미지를 고해상도 디지털 카메라로 400배로 촬영하였으며, BMI 화상분석 소프트웨어(image analysis software) 상에서 하기 도 5에 기재된 단계로 각질세포 당 멜라닌 스팟(spot) 면적을 정량하였다. BMI 화상분석 소프트웨어 상에서 멜라닌 스팟의 면적비율을 산출하는 예는 하기 도 6에 나타내었으며, 각질세포 당 멜라닌 스팟의 면적비율은 하기 수학식 1에 따라 산출하여, L 측정값과 함께 하기 표 4에 기재하였다.The keratinocyte sample stained in Test Example 2 was confirmed by using a microscope (Nikon Eclipse 80i) melanin spots (spots) distributed in the keratinocytes black. This image was then taken 400 times with a high resolution digital camera and melanin spot area per keratinocyte was quantified by the steps described in FIG. 5 below on a BMI image analysis software. An example of calculating the area ratio of melanin spots on the BMI image analysis software is shown in FIG. 6, and the area ratio of melanin spots per keratinocyte is calculated according to
[수학식 1][Equation 1]
멜라닌 스팟의 면적비율 = 멜라닌 스팟면적 / 각질세포 면적 × 100Melanin spot area ratio = Melanin spot area / keratinocyte area × 100
하기 도 6의 예로부터, 멜라닌 스팟의 면적비율을 산출하면 "멜라닌 스팟 면적/각질세포 면적×100= 2574 / (200×160)×100 = 8.04375"으로 계산되었다.From the example of FIG. 6 below, when the area ratio of melanin spot was calculated, it was calculated as "Melanin spot area / keratinocyte area x 100 = 2574 / (200 x 160) x 100 = 8.04375".
[시험예 4] 분광광도계(spectrophotometer)를 통해 얻은 피부색(L) 수치와 각질세포 당 멜라닌 면적비율과의 관계[Test Example 4] Relationship between skin color (L) value obtained by spectrophotometer and melanin area ratio per keratinocyte
상기 시험예 1 내지 시험예 3에서 구한 피부색(L)과 각질세포 당 멜라닌 면적 비율을 토대로 SPSS version 10 의 통계 프로그램을 이용하여 상관성 분석과 회귀분석을 실시하였다. 그 결과를 하기 표 5 및 도 7에 나타내었다. Correlation analysis and regression analysis were performed using a statistical program of
상기 표 5 및 하기 도 7에서 보는 바와 같이, Spearman 의 상관성 분석결과 피부색과 각질세포 당 멜라닌 면적 비율은 -0.830의 음의 상관성을 갖는 것을 확인하였다. 또한, 멜라닌 면적 비율과 피부색(L)사이에는 "멜라닌량 = 255.076 - 3.957 × 피부색(L)[R=-0.830]"라는 회귀식이 성립하였다. 그러므로, 본 발명에 의해 측정한 각질세포 당 멜라닌 면적 비율은 피부색(L)과의 음의 상관성을 가지며, 따라서 각질 세포 내 멜라닌을 염색한 이미지를 제시함으로써 피부색을 대변할 수 있음을 확인할 수 있었다.As shown in Table 5 and FIG. 7 below, Spearman's correlation analysis revealed that the melanin area ratio per skin color and keratinocytes had a negative correlation of −0.830. Further, a regression equation was established between the melanin area ratio and the skin color (L): "Melanin amount = 255.076-3.957 x skin color (L) [R = -0.830]". Therefore, the melanin area ratio per keratinocyte measured by the present invention has a negative correlation with the skin color (L), and thus it was confirmed that the skin color can be represented by presenting an image stained with melanin in the keratinocytes.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 각질세포의 멜라닌을 정량하는 방법은 피부표면에서 각질세포를 채취한 후 멜라닌 염색을 수행한 다음 이를 이미지화하고 화상분석 기술을 이용하여 각질세포 당 멜라닌 스팟(spot)의 면적을 정량함으로써, 기존의 수치로만 제시한 멜라닌의 양을 가시적, 정량적으로 표현할 수 있다. As described above, in the method for quantifying melanin of keratinocytes according to the present invention, after collecting keratinocytes from the surface of the skin, melanin staining is performed and then imaged and imaged. By quantifying the area of), it is possible to express visually and quantitatively the amount of melanin presented by the existing numerical values only.
따라서, 화장품의 광고시 미백 효능을 멜라닌 염색 결과를 통해 가시적으로 표현하여 일반인들도 제품의 효능을 쉽게 인지할 수 있다. 또한 화장품 사용자의 피부 표면 각질 샘플을 얻어 멜라닌 염색을 한 후 등급을 부여함으로써 사용 전 후 사용자의 피부 멜라닌 상태 변화를 제시할 수 있는 장점이 있다. Therefore, by expressing the whitening effect in the advertising of cosmetics through the melanin staining results, the general public can easily recognize the efficacy of the product. In addition, by obtaining a skin surface keratin sample of the cosmetic user after the melanin staining and giving a grade, there is an advantage that can present the user's skin melanin state change before and after use.
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