KR102216923B1 - 마이크로니들 패치를 포함하는 최소 침습적 피부 색소침착 정도 평가 키트 및 피부 색소침착 정도 평가를 위한 바이오마커 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 최소 침습적 피부 색소침착 정도 평가 키트는 대상체의 피부로부터 추출된 가검물로부터 RNA 유전자의 발현 정도를 정량화 할 수 있는 장비와 생분해성 고분자 히알루론산으로 이루어지고 중실 구조인 복수개의 마이크로니들을 포함하는 마이크로니들 패치를 포함한다. 상기 마이크로니들 패치가 대상체의 피부에 적용되고, 소정 시간 유지 후 분리된 상태에서, 상기 마이크로니들 패치의 마이크로니들 표면에 흡착된 대상체 피부로부터의 가검물 또는 이로부터의 추출물이 상기 장비에 의해 정량 분석된다. 상기 장비는 상기 마이크로니들 패치의 마이크로니들 표면에 흡착된 대상체 피부로부터의 가검물 또는 이로부터의 추출물로부터 피부 색소침착 관련 RNA 바이오마커 유전자의 발현 정도를 정량화하고, 상기 정량화 값을 기초로 피부 색소침착 정도의 평가가 이루어진다.

Description

마이크로니들 패치를 포함하는 최소 침습적 피부 색소침착 정도 평가 키트 및 피부 색소침착 정도 평가를 위한 바이오마커{MINIMALLY INVASIVE KIT EVALUATING SKIN PIGMENTATION DEGREE INCLUDING MICRONEEDLE PATCH AND BIOMARKER FOR EVALUATING SKIN PIGMENTATION DEGREE}

본 발명은 마이크로니들 패치를 포함하는 최소 침습적 피부 색소침착 정도 평가 키트 및 피부 색소침착 정도 평가를 위한 바이오마커에 관한 것이다.

멜라닌은 자연계에 분포하는 페놀류의 고분자 물질로 검은 색소와 단백질의 복합체이다. 멜라닌은 일정량 이상의 자외선을 차단하는 기능이 있어 피부의 체온을 유지해주고 자외선으로부터 피부를 보호해준다. 또한, 멜라닌은 사람의 피부색을 결정하는 중요한 요소이다. 피부의 멜라닌은 멜라닌세포에 의해 생성되는데, 인종에 따라서 멜라닌 발현 유전자가 다르고 이에 따라 멜라닌 세포의 양이 조절되어 피부색이 결정된다.

피부가 자외선에 노출되면 각질형성세포는 멜라닌세포자극호르몬을 분비하게 되고, 멜라닌세포자극호르몬은 멜라닌세포의 멜라노코르틴1 수용체 (MC1R)와 결합하여 멜라닌세포의 핵에 작용하여 타이로시나제와 TYRP1, TYRP2 등의 효소를 발현시키고 멜라닌의 생성을 시작하게 된다.

멜라닌 생성과정은 다음과 같다. 먼저, 멜라닌세포 내 소기관인 멜라노좀이 생성되고, 멜라노좀에서 티로신이라는 아미노산으로부터 시작하여 DOPA로 산화하고, 티로시나아제라는 산화효소가 관여하여 DOPA-quinone으로 산화한다. 이후부터는 자동 산화반응이 일어나 5,6-dihydroxyindol, indol-5,6-quinone이 형성되고 최종적으로 흑갈색의 멜라닌이 생성된다. 이후, 멜라닌세포의 수지상 돌기를 통해 주위의 각질형성세포로 대량의 멜라노좀이 이동하고 분해되며 각질형성세포에 멜라닌이 축적되고 피부색을 나타내게 된다.

피부색에 따른 피부유형 분류는 1975년 미국의 Fitzpatrick이 건선의 초기 치료량을 결정하기 위해 백인 피부를 4가지 타입으로 처음 분류하면서 시작되었다. 이후 2가지 타입을 추가하여 백인은 I, II, III, IV, 갈색 피부인 동양인은 V형, 흑인은 VI형이라고 정의하였다. 그러나 여러 연구자에 의해 동양인에서도 다양한 피부형이 존재함이 밝혀지고 여러 오차가 발생하여, 현재는 태양 자외선에 의한 피부 반응을 기준으로 항상 태양에 의한 화상을 입는 I형부터 화상없이 태닝만 되는 VI형까지로 분류하고 있다.

피부의 색소침착 상태를 평가 또는 측정하거나 여러가지 피부 색소성 질환에서 피부색소 변화의 새로운 원인, 기전을 발굴하고 피부색소 변화 치료에 대한 효과 판정, 예후에 대한 예측 검사, 새로운 피부색소 치료제의 개발 등을 위해서는 적절한 유효성 평가가 필요하다. 그런데, 동물실험을 실시한 화장품, 동물실험을 실시한 원료를 사용하여 제조된 화장품, 또한 동물실험을 실시하거나 동물실험을 실시한 원료를 사용하여 만든 수입 화장품의 유통 및 판매가 전면 금지됨에 따라, 현재는 피부 색소침착의 기전 연구나 화장품의 유효성 평가는 인체적용기기를 이용한 효능평가나 테이프 스트리핑, 피부 조직생검 또는 3D skin을 이용한 ex vivo 효능평가로 진행되고 있다.

인체적용기기를 이용한 피부색소의 측정 방법으로는 피부색을 결정하는 주요 요인인 멜라닌과 헤모글로빈 양의 피부 흡수율을 흡광 원리를 이용하여 측정하는 Mexameter 장비를 이용한 방법이나 피부색의 분광반사율을 측정하여 삼색 자극값(tristimulus value)으로 피부의 밝기 및 채도를 계산하는 Spectrophotometer 장비를 이용한 방법 등이 사용되고 있다. 그러나 이들 방법은 단순히 피부 색갈이나 홍조의 정도만을 측정할 뿐 피부 색소침착의 구체적인 기전의 연구에 사용되기 어려운 실정이다. 또한, 특정 인자들의 변화를 과학적으로 설명할 수 없고 특히 색소침착의 가장 중요한 타겟인 melanogenesis의 변화에 대한 구체적인 자료를 제공하지 않는다.

병변 부위에 테이프를 탈부착하여 테이프에 붙어 나온 피부 가검물을 분석하는 테이프를 이용한 비침습적 스트리핑 방법이 제시되었다. 그러나, 피부 색소침착의 주된 기전은 melanogenesis 등 기저층에 존재하는 멜라닌세포의 변화가 주된 것임에 반해, 테이프에 붙어 나오는 물질은 각질층으로 한정되어 그 아래 표피층 (과립층, 상피세포층, 기저세포등)이나 진피층 내의 변화까지는 반영하기 어렵다는 한계점이 있다.

이러한 단점을 보완하기 위해서 피부생검이 사용되나, 이는 집도의의 숙련된 기술이 필요하며, 매우 침습적인 방법이라 환자의 고통이 수반되기에 거부감이 발생하고, 시험 후 생검 부위의 흉터가 남는 단점이 있다. 이러한 이유로 실제 인체에서 유효성 평가를 위해 일일이 시험 약제 사용 전, 후에 피부생검을 시행하기에는 어려움이 있고, 환자들의 순응도가 매우 떨어진다.

3D 인공피부를 이용한 ex vivo 시험은 인체 표피층과 진피층의 세포를 포함하여 피부를 모방한 가장 발전된 구조체를 보여주지만, 가격이 고가인데다 실제 피부 내 존재하는 혈관, 모낭, 피하지방 등의 구조나 표피 및 진피에 존재하는 다양한 면역세포를 포함하지는 않아 실제 피부의 변화와는 다를 수 있기에 피부생검을 완벽하게 대체할 수 없다.

따라서 현재는 피부 색소침착의 기전 연구나 색소 치료제의 유효성 평가 연구에서 동물실험이나 피부생검을 대체할 방법이 부재한 실정이며, 이에 비침습적이며, 피부 표피 전층의 변화를 측정할 수 있는 방법이 필요하다.

마이크로니들은 1 mm 이하의 길이를 갖는 미세한 바늘로, 최소한의 침습으로 각질층을 뚫고 피부에 미세한 구멍을 생성하여 약물을 효과적으로 전달하는 약물전달 기술이며, 최근에는 약물 및 생리활성물질의 전달에만 사용되는 것이 아니라 체내 가검물을 취득하고 질병을 진단하는 데에도 그 사용 범위가 넓어지고 있다. 특히 마이크로니들로 형성된 미세구멍을 통해 체액 또는 혈액 등 인체 가검물을 채취하여 바이오마커 검출 및 진단 등에 사용할 수 있다. 일례로 중공형(hollow) 마이크로니들은 니들 내부에 모세관이 있어, 피부에 부착 후 모세관을 통해 혈액을 추출하는 목적으로 사용되고 있다. 환자의 고통을 최소화하면서 비교적 안전하게 혈액을 추출하여 혈액 내 글루코오스와 콜레스테롤을 검출하거나 바이오마커를 진단할 수 있다는 장점이 있지만, 니들이 피부속에서 부러지면 부작용이 발생할 가능성이 높고 출혈 등의 부작용이 발생할 수 있다.

팽윤형(swellable) 마이크로니들은 피부에 부착 후 피부 내 간질액을 흡수해 부풀어오르고 천공부위를 밀폐해 피부에 접착제 없이 부착되는 원리이며, 흡수된 체액을 분리하여 바이오마커 검출, 모니터링 및 진단에 사용되고 있다. 하지만 분석에 필요한 체액을 흡수하기 위해 오랜 시간 패치를 부착해야 하기에 여러 환경적인 요인에 따라 안정적으로 패치를 부착하기 어렵다는 한계점이 있다.

본 발명에 사용되는 용해성(dissolving) 마이크로니들은 생체 내에서 용해되는 고분자 소재와 유효성분을 혼합한 후 마이크로니들로 고형화하여 제조된다. 이러한 용해성 마이크로니들이 피부에 부착되면 효율적으로 체액에 의해 녹게 되고, 피부 내부로 약물을 용이하게 전달 가능하다. 또한, 용해성 마이크로니들은 금속이나 플라스틱으로 제작되지 않아 피부 속에서 부러질 위험이 없어 안전하다. 본 출원인은 본 발명에 이르러 용해성 마이크로니들을 새로운 용도로 활용하고자 한다. 이는 용해성 마이크로니들을 이용한 최초의 피부 가검물(RNA, DNA, 단백질) 채취, 상기 가검물을 이용한 RNA microarray 분석, 상기 분석 결과를 바탕으로 한 피부 색소침착 바이오마커 발굴, 상기 바이오마커를 이용한 피부 색소침착 정도 평가 및 미백제의 유효성 평가 등이다.

최근, DTC(Direct-To-Consumer) 서비스의 제공으로 피부유형을 분석하는 연구가 활발히 진행되고 있는데, 이는 피부와 연관된 유전자 DNA의 단일염기다형성(SNP)을 분석한 정보를 제공하는 서비스이다. 주로 구강 상피를 채취하여 DNA 염기서열을 분석하는데, 특정 유전자의 염기서열이 정상인과 다른 지를 비교하여 위험도를 제시한다. 비침습적 방법으로 피부 유전자를 검사할 수 있지만 한계점도 존재한다. DNA는 모든 세포에 동일하게 존재하며 불변하기 때문에 여러 환경적 요인에 의해 변화하는 실제 피부상태를 반영하지 못한다. 특정 SNP를 가지고 태어났다 하더라도 후천적인 관리나 치료를 통해 회복한 경우에 SNP 분석에서는 해당 결과를 반영할 수 없다. 이러한 특징으로 인해 SNP 분석은 새로운 유효물질의 발굴이나 기전 연구, 효능 평가 등에 적용하기 어렵다. 뿐만 아니라, 현재의 구강 상피를 이용한 SNP 분석은, 가검물 채취 부위가 피부가 아닌 구강 상피라는 점에서 실제 피부의 색소침착 정도를 반영할 수 없다. 반면에 RNA는 실제 세포에서 작용하는 단백질로 번역 가능한 물질이며 세포마다 특이적인 발현 정도를 나타내기 때문에 여러 요인에 의해 변화하는 실제 피부의 특성을 반영할 수 있다. 따라서, 실제 피부세포에서 RNA 및 단백질 수준에서의 발현을 관찰하는 것이 정확한 피부 상태 분석에 필수적이라 할 수 있다.

DNA 유전체 분석과 달리, RNA 전사체 분석은 피부 세포에서만 특이적으로 발현하거나 약물 노출 등 환경적 조건에 따라 발현이 달라지는 유전자의 검출이 가능하고, 시험군과 대조군 간의 유전자 발현량의 차이를 확인할 수 있어 시험 전후 비교가 필요한 유효성 평가나 기전 연구 및 후보 물질 발굴에 적용할 수 있다. 또한, microarray 기술을 통해 하나의 샘플에서 4만개 이상의 유전자에 대해 발현을 비교할 수 있어 질병의 진단이나 치료 바이오마커 발굴에 있어 매우 유용하다. 하지만, 앞서 기술한 바와 같이 RNA와 단백질을 비침습적 방식으로 수집하는 방법에 한계가 존재하였다. 본 발명자들은 본 발명에 이르러 상술한 한계를 극복할 수 있는 방식을 제안하고자 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 피부 색소침착 정도를 평가하는 방법들의 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 종래의 방식 중 예컨대 조직 생검은 집도의의 숙련된 기술이 필요하고, 환자의 고통이 수반되기에 거부감이 발생하고, 시험 후 생검 부위의 흉터가 남는 단점이 있다. 또 하나의 종래의 방식인 테이프 스트리핑은 테이프에 붙어 나오는 물질이 각질층으로 한정되어, 단지 보조적인 검사 방법으로 사용될 수 있을 뿐, 완전한 결과를 제공하지 못한다는 단점이 있다. 또한, 종래의 SNP array는 인체 가검물의 DNA를 이용하는데, 태어날 때부터 결정되어 변하지 않는 DNA는 여러 환경적 요인에 의해 변화하는 실제 피부상태를 반영하기 어렵다는 단점이 있다.

본 발명의 목적은, 기존 조직 생검 대비 고통이 거의 없고, 흉터도 남지 않고, 환자의 사용 편의성을 높일 수 있음과 동시에, 각질층 내부의 피부 인자를 채취함으로써 기존의 테이프 스트리핑 대비 분석 결과의 신뢰성을 높일 수 있고, 여러 환경적 요인에 의해 변화하는 실제 피부상태를 반영할 수 있는 새로운 최소 침습적 피부 색소침착 정도 평가 키트를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 생물학적 시료로서 피부 가검물을 사용하는 피부 색소침착 정도 평가를 위한 바이오마커를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은, 상술한 목적이 달성에 수반하여, 다음의 것들을 아울러 제공하는 것에 있다.

- 피부 색소침착 정도 예측용 조성물

- 피부 색소침착 정도 예측용 검사 방법 및 피부 타입 분류 방법

- 피부 색소침착에 대한 유도 또는 억제의 후보물질을 스크리닝 하고 미백제의 유효성을 평가하는 방법

- 피부 색소침착 정도 개선을 위한 일반화장품, 기능성화장품, 의료기기, 의약품 등의 동물실험 대체 인체적용 효능평가 방법

본 발명의 일 실시예에 따른 최소 침습적 피부 색소침착 정도 평가 키트는 대상체의 피부로부터 추출된 가검물로부터 RNA 유전자의 발현 정도를 정량화 할 수 있는 장비와 생분해성 고분자 히알루론산으로 이루어지고 중실 구조인 복수개의 마이크로니들을 포함하는 마이크로니들 패치를 포함한다. 상기 마이크로니들 패치가 대상체의 피부에 적용되고, 소정 시간 유지 후 분리된 상태에서, 상기 마이크로니들 패치의 마이크로니들 표면에 흡착된 대상체 피부로부터의 가검물 또는 이로부터의 추출물이 상기 장비에 의해 정량 분석된다. 상기 장비는 상기 마이크로니들 패치의 마이크로니들 표면에 흡착된 대상체 피부로부터의 가검물 또는 이로부터의 추출물로부터 피부 색소침착 관련 RNA 바이오마커 유전자의 발현 정도를 정량화하고, 상기 정량화 값을 기초로 피부 색소침착 정도의 평가가 이루어진다.

본 발명의 일 실시예에 따른 피부 색소침착 정도 평가를 위한 바이오마커는 생물학적 시료로서 피부 가검물을 사용하는 RNA 유전자 바이오마커이고, CAT, CLU, DSG1, GPNMB, GPX4, GSTM2, GSTP1, MLANA, PAX3, SOX10, TFAP2A, TYR, TYRP1, MC1R, F2RL1 및 CLDN1 중 어느 하나 또는 둘 이상을 포함한다.

이외에도 추가적인 구성이 본 발명에 따른 최소 침습적 피부 색소침착 정도 평가 키트 또는 피부 색소침착 정도 평가를 위한 바이오마커에 더 제공될 수 있다.

본 발명 특유의 최소 침습적 피부 가검물 획득 방식에 따라 피부 색소침착 정도 평가를 위한 바이오마커로서 CAT, CLU, DSG1, GPNMB, GPX4, GSTM2, GSTP1, MLANA, PAX3, SOX10, TFAP2A, TYR, TYRP1, MC1R, F2RL1 및 CLDN1의 유용성이 밝혀졌다.

이러한 바이오마커는 개개인의 피부 색소침착 또는 미백 정도를 평가할 수 있는 마커로서, 어느 하나 이상의 유전자의 mRNA 또는 이의 단백질 수준을 측정할 수 있다. 상기 유전자 또는 이의 단백질 수준이 피부 색소침착 정도 평가 대상자에서 증가 또는 감소됨을 확인하였으므로, 이의 수준을 측정함으로써 피부 색소침착 또는 미백 정도의 평가에 유용하게 사용될 수 있다.

본 발명에 따르면, 종래의 인체 가검물의 DNA를 이용한 SNP array 방식의 피부유형 진단 방법의 문제점이 해결될 수 있다. 종래의 SNP array는 인체 가검물의 DNA를 이용하는데, 태어날 때부터 결정되어 변하지 않는 DNA는 여러 환경적 요인에 의해 변화하는 실제 피부상태를 반영하기 어렵다는 단점이 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 종래의 인체적용기기 측정, 테이프 스트리핑, 조직 생검 및 3d 인공피부 ex vivo 시험 방식의 피부 색소침착 정도 평가 방법의 문제점이 해결될 수 있다.

종래의 인체적용기기 측정은 피부의 표면을 단층적으로 측정하는 방법이라, 구체적인 기전의 연구에 활용되거나 특정 인자들의 변화를 과학적으로 설명하기 어렵다는 단점이 있다.

종래의 테이프 스트리핑은 테이프에 붙어 나오는 물질이 각질층으로 한정되어 단지 보조적인 검사 방법으로 사용될 수 있을 뿐, 완전한 결과를 제공하지 못한다는 단점이 있다.

종래의 조직 생검은 집도의의 숙련된 기술이 필요하고, 환자의 고통이 수반되기에 거부감이 발생하고, 시험 후 생검 부위의 흉터가 남는 단점이 있다.

종래의 3D 인공피부를 이용한 ex vivo 시험은 가격이 고가인데다 실제 피부 내 존재하는 혈관, 모낭, 피하지방 등의 구조를 포함하지 않아 실제 피부의 변화를 반영한다고 볼 수 없기에 피부생검을 완벽하게 대체할 수 없다.

본 발명에 따르면, 기존 조직 생검 대비 고통이 거의 없고, 흉터도 남지 않고, 환자의 사용 편의성을 높일 수 있음과 동시에, 각질층 내부의 피부 인자를 채취함으로써 기존의 테이프 스트리핑 대비 분석 결과의 신뢰성을 높일 수 있는 새로운 최소 침습적 피부 색소침착 정도 평가 키트 및 피부 색소침착 정도 평가를 위한 바이오마커가 제공될 수 있다.

본 발명에 따라 제공되는 상기 키트 또는 바이오마커를 활용하면, 종래기술 대비 한층 효율적으로 피부 색소침착 유도 또는 억제 물질 및 미백제를 개발 및 스크리닝 할 수 있으며, 개개인에 대한 정확한 피부 유형에 대한 정보를 제공할 수 있고, 이를 통해 개인의 피부 유형을 과학적으로 분류하여 맞춤형 화장품 개발에 이용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 피부 색소침착 개선을 위한 일반화장품, 기능성화장품, 의료기기, 의약품의 개발에 있어서 동물 실험을 대체 가능한 새로운 인체적용 효능평가 방법이 제공될 수 있다.

도 1은 종래기술의 피부 생체 검사 방법을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 피부 생체 검사 방법을 개념적으로 도시하는 도면이다.
도 3은 공패치, 저분자량 히알루론산 패치와 고분자량 히알루론산 패치를 사용하여 각각 30대와 60대 연령 환자군에 대하여 Pro-Collagen 1 검출 시험을 수행한 결과를 도시한 표이다.
도 4는 공패치, 저분자량 히알루론산 패치와 고분자량 히알루론산 패치를 사용하여 각각 30대 연령 환자군과 60대 연령 환자군에 대하여 Pro-Collagen 1 검출 시험한 결과를 도시하는 표로서, y축이 흡광도(OD)인 표이다.
도 5는 저분자량 히알루론산 마이크로니들 패치와 고분자량 히알루론산 마이크로니들 패치의 생체 검사 적용 전후의 길이 변화 측정 결과를 도시한 표이다.
도 6은 microarray 절차를 도시하는 도면이다.
도 7은 유전자 정렬 결과를 도시하는 도면이다.
도 8은 문헌조사를 통해 피부 색소침착과 관련된 것으로 확인된 유전자들의 microarray 시험 결과인 유전자 발현에 관한 수치를 정리한 표이다.
도 9와 도 10은 RNA microarray 분석을 통해 선정된 피부 색소침착 바이오마커 후보들의 발현 정도를 시각적으로 비교분석하기 위해 heatmap 분석을 진행한 결과를 도시한다.
도 11 내지 도 16은 RNA microarray 분석을 통해 선정된 피부 색소침착 관련 바이오마커 후보인 CAT, CLU, DSG1, GPNMB, GPX4, GSTM2, GSTP1, MC2R, MLANA, PAX3, SOX10, TFAP2A, TYR 및 TYRP1 유전자와 인체적용기기(Spectrophotometer 및 Mexameter) 측정 결과와의 상관관계를 확인하기위해 이변량 상관분석을 시행한 결과를 도시한다.
도 17과 도 18은 피부미백 유효성 평가이 있어서 각각 Spectrophotometer 장비를 이용하여 피부 색을 측정하고, Mexameter 장비를 이용하여 눈가 멜라닌을 측정한 결과를 도시한다.
도 19는 피부미백 유효성 바이오마커 후보를 나열한 표이다.
도 20은 피부미백 유효성평가 RNA microarray 분석을 통해 선별된 피부미백 유효성평가 바이오마커 후보들의 발현 정도를 시각적으로 비교분석하기 위해 heatmap 분석을 진행한 결과를 도시한다.
도 21과 도 22는 피부미백 유효성평가를 진행한 시험대상자의 RNA microarray 분석을 통해 선정된 피부미백 유효성 바이오마커 후보와 인체적용기기 측정결과와의 상관관계를 분석한 결과를 도시한다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 여러 바람직한 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

마이크로니들 패치를 이용한 최소 침습적 방식의 피부 가검물 채취

도 1은 종래기술의 피부 생체 검사 방법을 도시하는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 피부 생체 검사 방법을 개념적으로 도시하는 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 피부 생체 검사 방법을 개념적으로 도시하는 도면이다.

도 2의 좌측 상단에는 제품명 "Therapass"인 시판 중인 마이크로니들 패치가 도시되어 있다. 이 제품은 본 출원인 회사에서 시장에 출시하여 판매 중인 제품으로서, 분자량이 1000kDa인 고분자량 히알루론산 마이크로니들 패치다. 도 2의 좌측 하단에는 이러한 마이크로니들 패치가 피부에 적용된 모습이 도시되어 있으며, 보다 구체적으로는 패치의 마이크로니들이 피부의 진피층까지 침투된 모습을 도시한다. 도 2의 우측 부분에는 피부염 환자에게 마이크로니들 패치가 적용된 후 패치의 마이크로니들에 묻어나온 피부 내 단백질을 활용하여 생체 검사를 실시하는 본 발명의 대표적인 기술적 사상이 개념적으로 도시되어 있다. 여기에 표시된 용어인 바이오 마이닝(Bio-Mining)은 생체 검사를 위하여 대상체 피부 내의 단백질을 캐낸다는 의미로 사용되었다.

이하에서 기술할 도 3 내지 도 5와 관련한 사항들은 본 발명자들이 본 발명에 이르기 이전에 생분해성 고분자량 히알루론산 마이크로니들 패치의 피부 단백질 추출 성능을 실험한 결과이다. 이 실험 결과는 본 발명자들이 본 발명에 이르러 피부 색소침착 정도 평가 키트의 구성요소 중 피부 가검물 채취 수단으로 생분해성 고분자 히알루론산 마이크로니들 패치를 사용한 이유이다. 본 발명에서 피부 가검물 채취 수단으로 사용된 생분해성 고분자 히알루론산 마이크로니들 패치(상용화된 제품명 "Therapass")는 중실(solid) 구조이며, 본 발명자 특유의 송풍인장 공정(Droplet Extension, DEN)으로 제조되었으나, 본 발명의 범주가 이와 다른 방식, 예컨대 몰딩 방식으로 제조된 마이크로니들 패치의 사용을 배제하는 것으로 해석되어서는 안된다. 제조방식을 불문하고 동일 재질, 동일 구조의 마이크로니들 패치는 피부 가검물 채취 성능에 있어서 대동소이 한 것으로 평가된다.

도 3은 공패치, 저분자량 히알루론산 패치와 고분자량 히알루론산 패치를 사용하여 각각 30대와 60대 연령 환자군에 대하여 Pro-Collagen 1 검출 시험을 수행한 결과를 도시한 표이다. 도 3의 x축에는 공패치, 저분자량 히알루론산 패치와 고분자량 히알루론산 패치가 표시되어 있다. y축은 검출된 Pro-Collagen 1의 단위 부피당 질량이 밀리리터 당 피코그램의 단위로 표시되어 있다. 도 3에 표시된 ELISA라는 표기는 항체나 항원에 효소를 표지하여 효소의 활성을 측정하여 항원-항체 반응의 강도와 그 양을 정량적으로 측정하는 방법으로 현대 생명공학에서 이용되고 있는 방법을 일컬으며, 본 발명의 실험 전반에 사용되었다.

도 3의 표에서 주의 깊게 보아야 하는 것은 제1 대조군인 공패치와의 실질적인 차별성 여부이다. 공패치는 본 발명의 출원 이전에 존재하던 종래기술로서, 검출 결과가 공패치와 실질적으로 차별화되지 않는다면 본 발명이 생체 검출 효과 향상에 이바지하는 바가 없다는 것이기 때문이다. 도 3의 결과를 보면, 저분자량(110kDa) 히알루론산 패치에서의 Pro-Collagen 1 검출량은 공패치의 경우와 실질적으로 차별화되지 않았다. 그러나, 고분자량(1000kDa) 히알루론산 패치에서에서의 Pro-Collagen 1 검출량은 공패치 및 저분자량 히알루론산 패치의 경우와 대비하여 현격히 늘어났음을 알 수 있다.

또 다른 실험 결과가 도 4에 도시된다. 도 4는 상술한 세 가지의 대조군을 사용하여 30대 연령 환자군과 60대 연령 환자군에 대하여 Pro-Collagen 1 검출 시험한 결과를 도시하는 표로서 y축이 흡광도(OD)인 표이다. 도 3의 표에서 y축이 검출된 Pro-Collagen 1의 단위 부피당 질량인 것과 대비하여 도 4의 표에서는 흡광도(OD)라는 점이 차이가 있다. 표준물질을 이용한 검량곡선을 토대로 생체 조직이 추출되는 정량을 유추할 수 있다. 따라서, 각군의 흡광도(OD) 값을 측정하여 Pro-Collagen 1의 정량을 유추할 수 있다. 도 4의 결과를 보면 저분자량 히알루론산 패치에서의 흡광도 값이 공패치와 다소 구분되는 결과를 보이나, 여전히 공패치와 저분자량 히알루론산 패치에서의 결과가 대동소이하며, 고분자량 히알루론산 패치에서의 결과가 현격히 차별화된다.

마이크로니들 패치의 성분이 되는 히알루론산의 분자량에 따라 어떻게 이와 같이 현격한 결과의 차별성이 나타나는 것인지에 대하여 본 발명자들은 실험을 지속하며 그 원인을 분석하였고, 그 원인을 분자량의 차이에 따른 피부 내로의 용해 속도에서 찾았다. 현재 상용화되고 있는 마이크로니들 패치의 마이크로니들 성분은 생체적합성이며 생분해성 고분자 물질이 대세이다. "생체적합성 물질"이란 인체에 독성이 없고 화학적으로 불활성인 물질을 의미한다. 그리고, "생분해성 물질"은 생체 내에서 체액, 효소 또는 미생물등에 의해서 분해될 수 있는 물질을 의미한다. 또한, 생분해성 물질들 중에서는 분자량이 작을수록 생체내로의 용해 속도가 빨라지고 분자량이 클수록 생체내로의 용해 속도가 느려지는 경향성이 알려져 있다. 한편, 생체적합성 고분자(biocompatible polymer)로는 다음과 같은 물질들이 알려져 있다:

히알루론산(hyaluronicacid; HA), 젤라틴(gelatin), 키토산(chitosan), 콜라겐(collagen), 알긴산, 펙틴, 카라기난, 콘드로이틴(설페이트), 덱스트란(설페이트), 폴리라이신(polylysine), 카르복시메틸티틴, 피브린, 아가로스, 풀루란, 셀룰로오스, 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리비닐알콜(PVA), 히드록시프로필셀룰로스(HPC), 히드록시에틸셀룰로스(HEC), 히드록시프로필메틸셀룰로스(HPMC), 나트륨카르복시메틸셀룰로스, 폴리알콜, 아라비아검, 알기네이트, 시클로덱스트린, 덱스트린, 포도당, 과당, 녹말, 트레할로스, 글루코스, 말토스, 락토스, 락툴로스, 프럭토스, 투라노스, 멜리토스, 멜레지토스, 덱스트란, 소르비톨, 크실리톨, 팔라티니트, 폴리락트산(polylactic acid), 폴리글리콜산(polyglycolic acid), 폴리에틸렌옥사이드, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아마이드, 폴리메타아크릴산, 폴리말레인산, 폴리에틸렌글리콜-폴리에스터공중합체(poly(ethyleneglycol)/polyester), 키토산-글리세롤포스페이트(Chitosan/glycerol phosphate), 폴리포스파젠(Polyphosphazene), 폴리카프로락톤 (Polycaprolactone), 폴리카르보네이트(Polycarbonate), 폴리에틸렌글리콜-폴리프로필렌글리콜(Poly(ethylene glycol)/poly(propylene glycol), 폴리시아노아크릴레이트 (Polycyanoacrylate), 폴리오르소에스터(Polyorthoester), 폴리하이드록시에틸메타크릴아미드락테이트 (Poly(N-(2-hydroxyethyl) methacrylamide-lactate), 폴리프로필렌포스페이트 (Poly(propylene phosphate) 등.

마이크로니들 패치를 피부에 부착하면 패치의 마이크로니들이 피부의 진피층까지 진입하는 과정에서 그리고 진입 후 유지되는 과정에서 생체적합성 마이크로니들 구조에 단백질이 달라붙었다가 추출될 수 있다. 그런데, 저분자량의 히알루론산 마이크로니들은 생체의 단백질이 그 표면에 달라붙더라도 용해 속도가 상대적으로 빨라 장시간 피부에 부착하는 경우 그 자신이 용해되면서 표면에 붙은 단백질이 유실될 수 있다. 이러한 원인으로 도 3의 실험 결과가 얻어진 것으로 분석되었다. 이를 뒷받침하는 결과가 도 5에 도시되어 있다.

도 5는 상술한 세 가지의 대조군 중 저분자량 히알루론산 마이크로니들 패치와 고분자량 히알루론산 마이크로니들 패치의 생체 검사 적용 전후의 길이 변화 측정 결과를 도시한 표이다.

도 5의 결과에 따르면, 110kDa의 저분자량 히알루론산 마이크로니들 패치의 마이크로니들은 인체의 피부에 부착되어 있는 동안 대략 30%의 길이 감소를 보였다. 한편, 1000kDa의 고분자량 히알루론산 마이크로니들 패치의 마이크로니들은 피부에 부착되어 있는 동안 대략 10%만의 길이 감소를 보였다. 이러한 실험 결과는 저분자량의 히알루론산 마이크로니들은 생체의 단백질이 그 표면에 달라붙더라도 용해 속도가 상대적으로 빨라 장시간 피부에 부착하는 경우 그 자신이 용해되면서 표면에 붙은 단백질이 유실될 수 있으며, 이것이 도 3 및 도 4에 도시된 실험 결과의 원인이라는 점을 뒷받침한다. 도 3 내지 도 5에 도시된 실험에서 각 대조군의 피부 부착 시간은 5분이었다.

임상시험 대상자의 선정

본 발명자들은 피부 색소침착 정도의 평가를 위한 바이오마커를 발굴하고 이를 이용하여 피부 색소침착 정도 평가 키트를 개발하기 위해 33명의 20~70세의 건강한 시험대상자를 대상으로 실험을 수행하였다(표 1).

표본 수 (명)		33
남자 (명)	19	여자 (명)	14
연령 (평균 ± SD)		37.12 ± 12.90

이 때, ① IRB 승인 이후 자발적으로 본 연구에 동의하지 않아 동의서를 작성하지 않은 자, ② 인체 유래물 제공에 동의하지 않은 자, ③ 임신 또는 수유중인 여성과 프로토콜에서 정한 피임방법에 동의하지 않는 가임기 여성, ④ 피부 질환의 치료를 위해 스테로이드가 함유된 피부 외형제를 1개월 이상 사용하는 사람, ⑤ 최근 한 달간 경구 스테로이드제, 경구 항생제, 면역억제제 사용자, ⑥ 대상 병변 부위에 감염(진균, 세균 및 바이러스 감염)의 소견이 있는 환자, ⑦ 자외선 치료를 받고 있는 자, ⑧ 심각한 전신질환이 있는 자, ⑨ 동의서를 읽고 이해할 수 없는 시험대상자(문맹 등), 및 ⑩ 그 외 시험책임자의 판단으로 시험에 부적합하다고 생각되는 사람은 시험대상자에서 제외하였다.

피부 색소침착에 따른 시험대상자 분류, 전문의 문진, 인체적용기기 평가 및 피부 가검물 채취

세안 후 30분 동안 항온 및 항습 조건에서 대기한 후, 시험대상자를 대상으로 설문평가 및 피부과 전문의 문진을 시행하였고, 인체적용기기를 이용하여 피부색과 멜라닌을 측정하였다. 구체적으로 피부색은 Spectrophotometer 장비를, 멜라닌은 Mexameter 장비를 이용하여 측정하였고, 피부색은 ITA° 값을, 멜라닌은 melanin index 값을 분석하였다.

시험대상자의 피부색에 대한 이학적 소견은 Fitzpatrick scale에 근거하여 피부과 전문의가 육안 판정을 진행하였다.

표 2는 전체 시험대상자 시험군과 대조군에 대한 데이터를 나열하고 있다. 시험군은 전체 시험대상자 중 ITA° 값이 28 이하인 Fitzpatrick type V이고 피부 색이 어두운 사람들로 구성되었다. 대조군은 전체 시험대상자 중 ITA° 값이 41 이상인 Fitzpatrick type II이고 피부 색이 밝은 사람들로 구성되었다. 이와 같은 시험군/대조군 선정 이후 인체적용기기를 통해 피부 색소침착 정도를 평가하였다.

	시험군	대조군
표본 수 (명)	5	5
연령 (평균 ± SD)	47.80 ± 12.85	36.00 ± 9.95
이학적 소견 (유형)	4.0 ± 0.0	3.2 ± 0.4
피부색 (ITA°)	23.49 ± 4.33	46.50 ± 3.03
멜라닌 (Melanin index)	203.00 ± 24.48	132.20 ± 15.31

또한, 마이크로니들 패치를 안면에 15분 동안 부착 후 피부 가검물을 채취하였다.

피부 가검물로부터 RNA 채취

시험대상자로부터 획득한 피부 가검물을 RNeasy® Plus Mini Kit (Qiagen)에 제공하였고, 상기 Kit를 이용하여 고순도의 RNA를 추출하였다. 그 다음, NanoDrop 장비와 2100 Bioanalyzer 장비를 이용하여 RNA 샘플의 QC(Quality Control)를 확인한 후 RNA microarray 분석을 시행하였다.

RNA microarray 분석

상술한 방법으로 분리한 RNA를 GeneChip® Human Gene 2.0 ST Array(Affymetrix) 플랫폼의 매뉴얼에 따라 microarray를 실행하였다. 도 6은 상기 플랫폼의 매뉴얼에 소개된 microarray 절차를 도시하고 있으며, 본 발명자들은 동일 절차로 microarray를 실행하였다. 아래의 표 3은 상기 플랫폼의 RNA microarray 분석 프로토콜을 정리한 것이다.

Sample type	Total RNA
Platform	GeneChip® Human Gene 2.0 ST Array
cDNA synthesize	cDNA was synthesized using the GeneChip WT (Whole Transcript) Amplification kit as described by the manufacturer.
Label protocol	The sense cDNA was then fragmented and biotin-labeled with TdT (terminal deoxynucleotidyl transferase) using the GeneChip WT Terminal labeling kit
Hybridization protocol	Approximately 5.5 μg of labeled DNA target was hybridized to the Affymetrix GeneChip Array at 45°C for 16hour
Scan protocol	Hybridized arrays were washed and stained on a GeneChip Fluidics Station 450 and scanned on a GCS3000 Scanner (Affymetrix).
Data processing	Array data export processing and analysis was performed using Affymetrix® GeneChip Command Console® Software (AGCC)

그 이후, Affymetrix® Power Tools (APT)의 Robust Multi-Average (RMA) 방법을 통해 전체 데이터를 요약 및 정규화 하였고, 유전자 수준으로 결과를 정리하고 Differentially Expressed Gene(DEG) 분석을 수행하였다. 데이터의 통계적 유의성은 독립적 t-test와 fold change의 변화를 이용하여 분석하였고, False discovery rate(FDR)는 Benjamini-Hochberg 알고리즘을 사용하여 p 값을 조정하였고, DEG 세트는 linkage와 Euclidean distance를 사용하여 Hierarchical cluster 분석을 수행하였다. 또한, 유전자 발현의 차이를 확인하기 위한 모든 데이터 분석과 시각화 작업은 R 4.0.0 프로그램을 사용하여 수행하였다.

생물정보학 분석(Bioinformatics analysis) 및 유의적 상관관계 분석을 통한 피부 색소침착 바이오마커 후보 선별

RNA microarray 시험 진행 후, 시험군과 대조군의 약 4만여가지의 유전자 발현 차이를 확인하기 위해, R 4.0.0 프로그램을 이용하여 유전자 정렬을 실시하였다. 도 7은 유전자 정렬 결과를 도시하는 도면이다. 도 7의 유전자 정렬은 heatmap 분석이라고도 불린다. Heatmap 분석은 열을 뜻하는 히트(heat)와 지도를 뜻하는 맵(map)을 결합시킨 용어로서, 색으로 표현할 수 있는 다양한 정보를 이미지 위에 열분포 형태의 도면으로 나타내는 분석 방법이다. 본 명세서에 기재한 heatmap 분석에서는 빨간색으로 나타낼수록 유전자의 발현값이 커지는 것을 의미하고, 파란색으로 나타낼수록 유전자의 발현값이 작아지는 것을 의미한다. 도 7에서는 수 백가지의 유전자를 분석했을 때, 시험군과 대조군에서 다수의 유전자의 발현값이 특이적으로 차이가 나는 것을 확인하였다.

그 이후, 본 발명자들은 문헌조사를 통해 피부 색소침착 및 melanogenesis 기전과 관련된 유전자를 선별하였다(도 8). 본 발명자들은 상기 문헌조사를 통해 피부 색소침착과 관련된 것으로 확인된 유전자들의 microarray 시험을 실시하였다. 그 결과 확인된 유전자 발현에 관한 수치를 도 8의 표에 정리하였다.

피부 색소침착 정도가 심한 시험군과 그렇지 않은 대조군에 있어서 microarray를 실시함으로써 얻어진 유전자 발현에 관한 수치값에 차별성이 존재하여야 피부 색소침착 정도에 관한 바이오마커로서 유용할 것이다. 이를 판단하기 위하여 본 발명자들은 fold change와 p-value를 사용하였다. Fold change는 시험군에서의 측정 수치가 대조군에서의 측정 수치에 비해 몇 배나 높아졌거나 낮아졌는지를 보여주는 값이고, p-value는 통계처리에 있어서 시험군과 대조군 사이의 값이 통계적으로 유의한 차이를 보이는지에 대한 값이다. RNA microarray 시험을 통해 얻은 각 샘플의 normalized signal 값(발현값)을 도 8의 표에 표시하였으며, fold change는 시험군과 대조군 간 normalized signal 값을 사용하여 1:1 발현 차를 계산한 값이다. p-value는 데이터가 귀무가설과 양립하는 정도를 0에서 1사이의 값으로 표현한 것으로 대개 0.05보다 작을 경우 귀무가설을 기각함을 의미한다.

결과적으로 피부 색소침착 관련 유전자 중 fold change가 1.2배 혹은 -1.2배 이상이거나 p-value가 0.05 이하인 유전자는 CAT, CLU, DSG1, GPNMB, GPX4, GSTM2, GSTP1, MC2R, MLANA, PAX3, SOX10, TFAP2A, TYR 및 TYRP1로 확인되었다.

도 9와 도 10은 상술한 바와 같은 RNA microarray 분석을 통해 선정된 피부 색소침착 바이오마커 후보들의 발현 정도를 시각적으로 비교분석하기 위해 heatmap 분석을 진행한 결과를 보여준다. 도 9는 ITA° 값이 28 이하인 시험군 5명과 ITA° 값이 41 이상인 대조군 5명, 총 10명에 대한 heatmap 분석 결과 도면이다. 도 10은 ITA° 28 이하 5명, ITA° 29~40 7명, ITA° 41 이상 7명, 총 19명의 시험대상자 선정 후 RNA microarray 분석 결과를 이용한 피부 색소침착 바이오마커 후보들의 발현을 보여주는 heatmap 도면이다.

도 7의 경우와 동일하게 도 9 및 도 10의 heatmap 분석도 빨간색으로 나타낼수록 유전자의 발현값이 커지는 것을 의미하고, 파란색으로 나타낼수록 유전자의 발현값이 작아지는 것을 의미한다.

상기의 RNA microarray 분석을 통해 선정된 피부 색소침착 관련 바이오마커 후보인 CAT, CLU, DSG1, GPNMB, GPX4, GSTM2, GSTP1, MC2R, MLANA, PAX3, SOX10, TFAP2A, TYR 및 TYRP1 유전자와 인체적용기기(Spectrophotometer 및 Mexameter) 측정 결과와의 상관관계를 확인하기위해 이변량 상관분석을 시행하였다. 그 결과가 도 11 내지 도 16에 도시된다.

도 11 내지 도 13은 ITA° 값이 28 이하인 시험군 5명과 ITA° 값이 41 이상인 대조군 5명의 총 10명의 시험대상자 선정 후 RNA microarray 분석을 통해 선정된 피부 색소침착 바이오마커 후보와 인체적용기기 측정 결과와의 상관관계를 분석한 결과를 도시한다. 도 14 내지 도 16은 ITA° 28 이하 5명, ITA° 29~40 7명, ITA° 41 이상 7명, 총 19명의 시험대상자 선정 후 RNA microarray 분석을 통해 선정된 피부 색소침착 바이오마커 후보와 인체적용기기 측정 결과와의 상관관계를 분석한 결과를 도시한다.

그 결과, ITA° 값이 28 이하인 시험군 5명과 ITA° 값이 41 이상인 대조군 5명, 총 10명 시험대상자의 RNA microarray 분석결과의 CAT, CLU, DSG1, GPNMB, GPX4, GSTM2, GSTP1, MLANA, SOX10, TFAP2A 및 TYR 유전자는 피부 색을 측정한 Spectrophotometer 장비의 측정결과와 통계적으로 유의한 양의 혹은 음의 상관관계를 나타내며, CAT, CLU, DSG1, GPNMB, GPX4, GSTM2, GSTP1, MLANA, PAX3 및 SOX10 유전자는 눈가 멜라닌을 측정한 Mexameter 장비와 통계적으로 유의한 음의 혹은 양의 상관관계를 나타냄을 확인하였다.

또한, ITA° 28 이하 5명, ITA° 29~40 7명, ITA° 41 이상 7명, 총 19명 시험대상자의 RNA microarray 분석결과의 CAT, CLU, DSG1, GPNMB, GPX4, GSTM2, GSTP1, MLANA, PAX3, SOX10 및 TYR 유전자는 피부 색을 측정한 Spectrophotometer 장비의 측정결과와 통계적으로 유의한 양의 혹은 음의 상관관계를 나타내며, CAT, CLU, DSG1, GPNMB, GPX4, GSTM2, GSTP1, MLANA, PAX3, SOX10 및 TYRP1 유전자는 눈가 멜라닌을 측정한 Mexameter 장비와 통계적으로 유의한 음의 혹은 양의 상관관계를 나타냄을 확인하였다.

따라서, 시험대상자의 RNA microarray 분석결과와 인체적용기기 측정결과를 종합적으로 분석하였을 때, 피부 색소침착 바이오마커는 CAT, CLU, DSG1, GPNMB, GPX4, GSTM2, GSTP1, MLANA, PAX3, SOX10, TFAP2A, TYR 및 TYRP1, 총 13가지의 유전자로 선정하였다.

피부미백 유효성 평가를 통한 피부 색소침착 바이오마커 선정

상술한 방식으로 선정된 피부 색소침착 바이오마커가 피부색소의 정도를 측정하고 진단하는 것과 더불어, 실제 피부 색소침착 또는 미백과 관련 있는 유효성분 혹은 미백제를 스크리닝 하거나 일반화장품, 기능성화장품, 의료기기, 의약품 등의 사용 전과 후의 피부 색소침착 혹은 미백을 평가하고, 더 나아가 동물대체실험으로 사용되어질 수 있는지 검증하기 위해 피부미백 유효성평가를 시행하였다.

구체적으로, 눈가에 기미가 있는 시험대상자 2명을 대상으로 2주간 트리루스트라크림(한국콜마)을 눈가에 도포하였고, 0주차와 2주차에 Spectrophotometer 장비를 이용하여 피부 색을 측정하고(표 4, 도 17), Mexameter 장비를 이용하여 눈가 멜라닌을 측정하였으며 (표 5, 도 18), 눈가에 마이크로니들 패치를 15분간 부착 후 피부 가검물을 취득하고, RNA를 채취하여 RNA microarray를 수행하였다.

피부색 (ITA°)	0주	2주
시험대상자 1	40.34 ± 1.24	40.24 ± 1.26
시험대상자 2	28.77 ± 1.47	30.83 ± 1.02

멜라닌 (Melanin index)	0주	2주
시험대상자 1	152.8 ± 15.9	152.7 ± 8.1
시험대상자 2	176.9 ± 25.4	163.5 ± 24.1

RNA microarray 시험 진행 후 피부미백 유효성평가에 따른 유전자 발현 차이를 확인하기 위해 R 4.0.0 프로그램을 이용하여 유전자 정렬을 실시하였다. 이후, 문헌조사를 통해 선별한 피부 색소침착 또는 melanogenesis 관련 유전자와 위에 기술한 방식으로 선정된 피부 색소침착 관련 바이오마커(CAT, CLU, DSG1, GPNMB, GPX4, GSTM2, GSTP1, MLANA, PAX3, SOX10, TFAP2A, TYR 및 TYRP1) 중 동일한 경향성이 확인되는 유전자를 선정하여 분류하였다. 도 19는 그 분류 결과에 대한 표이며, 피부미백 유효성 바이오마커 후보를 나열하고 있다.

문헌조사를 통해 선별한 피부 색소침착 또는 melanogenesis 관련 유전자와 상기의 피부 색소침착 유전자 중 fold change가 1.2배 혹은 -1.2배 이상이거나 p-value가 0.05 이하인 유전자는 MC1R, F2RL1, CLDN1, DSG1 및 GSTP1으로 확인되었다.

도 20은 상기의 피부미백 유효성평가 RNA microarray 분석을 통해 선별된 피부미백 유효성평가 바이오마커 후보들의 발현 정도를 시각적으로 비교분석하기 위해 heatmap 분석을 진행한 결과를 도시한다.

본 발명자들은 상술한 바와 같은 피부미백 유효성평가 RNA microarray 분석을 통해 선별된 피부미백 유효성평가 바이오마커 후보와 인체적용기기(Spectrophotometer 및 Mexameter) 측정결과와의 상관관계를 확인하기위해 이변량 상관분석을 시행하였다. 도 21과 도 22는 피부미백 유효성평가를 진행한 시험대상자의 RNA microarray 분석을 통해 선정된 피부미백 유효성 바이오마커 후보와 인체적용기기 측정결과와의 상관관계를 분석한 결과를 도시한다. 도 21과 도 22의 실험 결과를 참조하면, 0주차에 비해 트리루스트라 크림(트레티노인, 하이드로퀴논, 스테로이드복합제)을 2주간 도포한 후, TFAP2A 및 TYRP1 유전자는 피부 색을 측정한 Spectrophotometer 측정결과와 통계적으로 유의한 음의 상관관계가 있음을 알 수 있다. 또한, TFAP2A 유전자는 눈가 멜라닌을 측정하는 Mexameter 측정결과와 양의 상관관계가 있음을 알 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명자들이 수행한 피부 색소침착 및 피부미백 유효성평가 실험 결과를 종합적으로 분석하였을 때, 피부 색소침착 바이오마커를 가장 넓은 범위로 잡는 경우, CAT, CLU, DSG1, GPNMB, GPX4, GSTM2, GSTP1, MLANA, PAX3, SOX10, TFAP2A, TYR, MC1R, F2RL1 및 CLDN1, 총 16가지의 유전자를 선정할 수 있다. 이러한 선정 결과를 활용하면, 상기 16가지 RNA 유전자 중 어느 것 하나 또는 둘 이상의 유전자를 바이오마커로 삼아 피부 색소침착 또는 피부미백 정도의 평가를 정량적으로 수행할 수 있을 것이다. 나아가, 이상의 본 발명자들의 연구 결과는 피부 색소침착 정도 평가 방법 또는 평가 키트의 개발, 피부 색소침착 유도 또는 억제 물질의 개발과 스크리닝, 개개인에 대한 피부 유형 정보 제공, 맞춤형 화장품 개발 및 동물 실험 대체 피부 색소침착 유효성 평가에 있어서 매우 유용한 툴을 제공할 수 있을 것으로 기대된다.

이상의 실시예에서 대상체의 피부로부터 마이크로니들을 사용하여 추출한 피부 가검물로부터 RNA를 추출하고, 이를 RNA microarray 정량 분석장비에 제공하여 RNA 유전자별 발현정도를 정량화하는 방식에 대하여 설명하였다. 그런데, 본 발명은 이러한 특정 정량화 방식에 국한되는 것으로 제한해석 되어서는 아니된다. 대상체의 피부 가검물을 사용하여 RNA 발현 정도를 정량화 할 수 있는 방식이면 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 이해되어야 한다. 예컨대 ELISA 방식 등 단백질 수준에서의 측정 방식이 적용될 수 있다. 해당 RNA 바이오마커가 발현되어 생성되는 것으로 단백질의 종류를 특정하고 이 단백질의 정량화로써 RNA 유전자별 발현정도가 정량화 될 수 있을 것이다. 즉, 본 발명의 실행에 있어서 사용되는 정량화 장비 또는 키트는 ELISA, RT-PCR 키트, RNA 칩, DNA 칩 또는 단백질 칩 키트일 수 있다. 상기 단백질 수준의 측정은 ELISA, 웨스턴블랏팅, 자석비드-항체면역침강법, 면역화학조직염색 및 질량분석기 중에서 선택된 하나 이상의 방식에 의할 수 있다. 또한, 상기 mRNA 수준의 측정은 RT-PCR, 경쟁적 RT-PCR (competitive RT-PCR), 실시간 RT-PCR (Real-time RT-PCR), RNase 보호 분석법 (RPA: RNase Protection Assay), 노던블랏팅 (Northern blotting) 및 DNA 칩 중에서 선택된 하나 이상의 방식에 의할 수 있다.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (8)

1. 대상체의 피부로부터 추출된 가검물로부터 RNA 유전자의 발현 정도를 정량화 할 수 있는 장비와,
   생분해성 고분자 히알루론산으로 이루어지고 중실 구조인 복수개의 마이크로니들을 포함하는 마이크로니들 패치를 포함하고,
   상기 마이크로니들 패치가 대상체의 피부에 적용되고, 소정 시간 유지 후 분리된 상태에서, 상기 마이크로니들 패치의 마이크로니들 표면에 흡착된 대상체 피부로부터의 가검물 또는 이로부터의 추출물이 상기 장비에 의해 정량 분석되고, 상기 장비는 상기 마이크로니들 패치의 마이크로니들 표면에 흡착된 대상체 피부로부터의 가검물 또는 이로부터의 추출물로부터 피부 색소침착 관련 RNA 바이오마커 유전자의 발현 정도를 정량화하고, 상기 정량화 값을 기초로 피부 색소침착 정도의 평가가 이루어지고,
   상기 피부 색소침착 관련 바이오마커는 MLANA, TYRP1 및 GPNMB인,
   최소 침습적 피부 색소침착 정도 평가 키트.
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3. 제1항에 있어서, 대상체 피부로부터의 가검물로부터 RNA를 추출하는 장비를 더 포함하고, 상기 RNA 추출 장비에 의하여 획득한 RNA가 상기 정량화 장비에 제공되는,
   최소 침습적 피부 색소침착 정도 평가 키트.
4. 제3항에 있어서, 상기 정량화 장비는 RNA microarray 키트인,
   최소 침습적 피부 색소침착 정도 평가 키트.
5. 제4항에 있어서, 상기 소정 시간은 히알루론산의 분자량에 따른 용해속도를 고려하여 사전에 결정되는 것을 특징으로 하는,
   최소 침습적 피부 색소침착 정도 평가 키트.
6. 제5항에 있어서, 상기 마이크로니들을 구성하는 히알루론산의 분자량이 커질수록 생체 검출 성능이 향상되는,
   최소 침습적 피부 색소침착 정도 평가 키트.
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