WO2023177207A1 - 나노 탄소 구조체를 포함하는 두피 또는 모발 케어용 조성물 - Google Patents

나노 탄소 구조체를 포함하는 두피 또는 모발 케어용 조성물 Download PDF

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WO2023177207A1
WO2023177207A1 PCT/KR2023/003466 KR2023003466W WO2023177207A1 WO 2023177207 A1 WO2023177207 A1 WO 2023177207A1 KR 2023003466 W KR2023003466 W KR 2023003466W WO 2023177207 A1 WO2023177207 A1 WO 2023177207A1
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nano
graphene oxide
carbon structure
scalp
composition
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유재철
최순원
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주식회사 바이오고
주식회사 대정파마
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Definitions

  • the present invention relates to a composition for scalp or hair care containing nano-carbon structures, and more specifically, to a composition for scalp or hair care containing nano-graphene oxide, nano-graphene oxide variants or graphene quantum dots, and prevention of scalp diseases. and pharmaceutical compositions for treatment, methods for treating scalp diseases, and uses for use in treating scalp diseases.
  • the scalp is a skin tissue that surrounds the surface of the head, responds to external friction, and protects the inside of the scalp from the external environment.
  • the scalp is frequently exposed to skin-harmful rays such as ultraviolet rays, chemical products for beauty, and various changes in the external environment, and the hair cuticle layer, hair roots, and pores are easily damaged due to various physical stimuli such as hair pulling. This may develop into scalp diseases such as inflammation.
  • Graphene is one of the allotropes of carbon and refers to a structure in which carbon atoms are gathered together to form a two-dimensional plane.
  • Nano graphene is nano-sized graphene and is a type of nano carbon structure. Nano graphene contains a large amount of oxygen, which makes up water, and can help maintain moisture in the scalp and hair and control moisture content, so it has a moisturizing effect on its own.
  • electrical conductivity one of the characteristics of graphene, the activity of the human body and hair cells can be increased by increasing the influence of microcurrents generated in the human body.
  • graphene can alleviate changes in scalp and hair condition caused by seasonal temperature and humidity changes. Recently, the effectiveness of nanocarbons in suppressing inflammatory responses was reported.
  • a British research team published research results showing that nano-sized graphene oxide inhibits the production of inflammatory cytokines, including IL-1 ( ACS Nano 2018, 12, 12, 11949-11962).
  • the inflammatory cytokines mentioned in this study are inflammatory cytokines that induce an immune response that causes symptoms of scalp diseases such as psoriasis, seborrheic dermatitis, and dandruff, and nano graphene oxide can be effectively used in the inflammatory response of scalp diseases. represents.
  • the present invention has made diligent efforts to develop a nano-carbon body that has an excellent moisturizing effect on the scalp and hair and has an anti-inflammatory and stratum corneum stabilizing effect in scalp cells.
  • the anti-inflammatory effect of the nano-carbon body on scalp diseases has been demonstrated.
  • the aminated or PEGylated nano-carbon material has a much better moisturizing and anti-inflammatory effect on the scalp and hair than the nano-carbon material itself and nano-carbon materials attached with various other functional groups, including oxygen, The invention was completed.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Publication No. 10-2021-0093746 (2021.07.16)
  • Patent Document 2 Republic of Korea Patent Publication No. 10-2021-0119705 (2020. 03. 25)
  • the purpose of the present invention is to provide a composition for scalp or hair care containing a nano-carbon structure, a pharmaceutical composition for preventing and treating scalp diseases, a method for treating scalp diseases, and a use for treating scalp diseases.
  • composition for scalp or hair care containing a nano-carbon structure as an active ingredient is provided.
  • the nano carbon structure may be characterized as being one or more selected from the group consisting of nano graphene oxide, nano graphene oxide variant, and graphene quantum dots.
  • the nano graphene oxide variant may be characterized as aminated nano graphene oxide or pegylated nano graphene oxide.
  • the nano-carbon structure may be characterized as having an average diameter of 1 to 100 nm.
  • the nano-carbon structure may have a thickness of 0.01 to 5 nm.
  • the nano carbon structure may be included at a concentration of 0.001 to 1000 ⁇ g/ml.
  • the aminated nano graphene oxide may be characterized as containing an amine functional group and the basic constituents of nano graphene oxide in a ratio of 1:10000 to 1:1.
  • the PEG functional group of the PEGylated (PEG) nano graphene oxide may be 4arm-PEG or 6arm-PEG.
  • the present invention provides a pharmaceutical composition for preventing and treating scalp diseases, comprising nano-carbon structures as an active ingredient.
  • the nano carbon structure may be characterized as being one or more selected from the group consisting of nano graphene oxide, nano graphene oxide variant, and graphene quantum dots.
  • the nano graphene oxide variant may be characterized as aminated nano graphene oxide or pegylated nano graphene oxide.
  • the nano-carbon structure may be characterized as having an average diameter of 1 to 100 nm.
  • the nano-carbon structure may have a thickness of 0.01 to 5 nm.
  • the nano carbon structure may be included at a concentration of 0.001 to 1000 ⁇ g/ml.
  • the aminated nano graphene oxide may be characterized as containing an amine functional group and the basic constituents of nano graphene oxide in a ratio of 1:10000 to 1:1.
  • the PEG functional group of the PEGylated (PEG) nano graphene oxide may be 4arm-PEG or 6arm-PEG.
  • the scalp disease may be characterized as one or more selected from the group consisting of psoriasis, seborrheic dermatitis, dandruff, and hair loss.
  • the present invention provides a method of treating scalp disease comprising administering a nano-carbon structure to a patient with a scalp disease.
  • the present invention provides a use of the nano-carbon structure to treat scalp diseases.
  • nano carbon structure may refer to a carbon structure having nano-sized fragments by treating the carbon structure with various nano-ization methods, and in the present invention, nano-sized carbon graphene, or
  • the concept may include nano-sized graphene oxide (nano-GO; NGO) or graphene quantum dot (GQD) obtained by oxidizing the carbon graphene. Additionally, it may include graphene particles having width, length, and height of several nanometers, manufactured through appropriate processing.
  • the nano-carbon structure may be particles having an average diameter of 10 to 50 nm and a thickness of 0.5 to 3 nm. Also, regarding the manufacturing method, carbon fiber can be obtained through thermo-oxidative cutting.
  • graphene oxide may be abbreviated as "GO” and may include a structure in which a functional group containing an oxygen atom such as a carboxyl group, a hydroxy group, or an epoxy group is bonded to graphene.
  • heat transfer occurs through the transfer medium of the crystal lattice of graphene formed through covalent bonds between carbon atoms.
  • the thermal conductivity of the graphene is about 5,300 W/mk, which means that the thermal conductivity is very excellent.
  • the graphene has an excellent ability to maintain the temperature of the hair and scalp and can alleviate changes in the condition of the scalp and hair due to temperature and humidity that change depending on the season.
  • the graphene oxide has oxygen-containing functional groups attached to the edges of carbon atoms, so it can combine with surrounding moisture through hydrogen bonding. Accordingly, the graphene oxide can effectively maintain moisture in the hair and scalp.
  • the term "scalp or hair care” includes improving sebum, dead skin cells, and troubles occurring on the scalp, and providing moisturizing and soothing effects on the scalp. In addition, preventing hair loss by improving hair protection and strength, It includes enhancing the lubrication effect of the hair (which prevents hair from tangling).
  • the nano carbon structure (nano graphene oxide) manufactured in the present invention is significantly anti-inflammatory, non-corrosive, non-irritating to the skin, especially the scalp, even in small amounts, improves skin barrier function, and acts against acne bacteria and seborrheic dandruff (scalp inflammatory bacteria). Because it has an antibacterial effect, it can provide excellent scalp or hair care effects, as well as scalp disease prevention and treatment effects.
  • the present invention can consistently provide a composition for scalp or hair care that includes a nano-carbon structure as an active ingredient.
  • the nano carbon structure may be characterized as being one or more selected from the group consisting of nano graphene oxide, nano graphene oxide variant, and graphene quantum dots.
  • the nano graphene oxide can retain moisture through -OH groups.
  • nano graphene oxide has better reactivity to functional groups than other carbon materials, allowing various functional groups to be attached.
  • the functional groups that can be attached are polyethylene glycol (-PEG), a protein type, or amine group (-NH 2 ). It can be.
  • the nano graphene oxide variant may be characterized as aminated nano graphene oxide or pegylated nano graphene oxide.
  • the nano-carbon structure may have an average diameter of 1 to 100 nm, preferably 5 to 75 nm, and more preferably 5 to 50 nm.
  • the average diameter refers to the average diameter in the lateral size of graphene oxide with a certain thickness
  • the lateral size refers to the length of graphene oxide with a certain thickness based on a rectangular frame. When measured, it can be interpreted as the relatively longer horizontal and vertical length or the longest distance connecting any two ends of graphene oxide with a certain thickness.
  • the nano-carbon structure may preferably have a thickness of 0.1 to 5 nm, and preferably 0.5 to 3 nm.
  • the nano-carbon structure is contained at a concentration of 0.001 to 1000 ⁇ g/ml, preferably 0.1 to 1000 ⁇ g/ml, more preferably 0.1 to 100 ⁇ g/ml, and most preferably 0.1 to 10 ⁇ g/ml. It can be characterized as: If the nanocarbon structure is contained in an amount of less than 0.001 ⁇ g/ml, the scalp or hair care effect may not appear, and if it is contained in an amount exceeding 1000 ⁇ g/ml, it may exhibit cytotoxicity.
  • the aminated nano graphene oxide contains the basic constituents of the amine functional group and the nano graphene oxide in a ratio of 1:10000 to 1:1, preferably 1:1000 to 1:1, more preferably It may be characterized as being included in a ratio of 1:100 to 1:1.
  • the ratio is a comparison value of the number of functional groups (eg, nitrogen) compared to the number of carbons.
  • the ratio of carbon number to nitrogen number can be 5 to 20 carbon number based on nitrogen number 1.
  • the PEG functional group of the PEGylated (PEG) nano graphene oxide may be 4arm-PEG or 6arm-PEG.
  • the present invention can provide a pharmaceutical composition for preventing and treating scalp diseases, which includes a nano-carbon structure as an active ingredient.
  • the nano carbon structure may be characterized as being one or more selected from the group consisting of nano graphene oxide, nano graphene oxide variant, and graphene quantum dots.
  • the nano graphene oxide variant may be characterized as aminated nano graphene oxide or pegylated nano graphene oxide.
  • the nano-carbon structure may have an average diameter of 1 to 100 nm, preferably 5 to 75 nm, and more preferably 5 to 50 nm.
  • the average diameter refers to the average diameter in the lateral size of graphene oxide with a certain thickness.
  • the nano-carbon structure may preferably have a thickness of 0.1 to 5 nm, and preferably 0.5 to 3 nm.
  • the nano-carbon structure is included at a concentration of 0.001 to 1000 ⁇ g/ml, preferably 0.1 to 1000 ⁇ g/ml, more preferably 0.1 to 100 ⁇ g/ml, and most preferably 0.1 to 10 ⁇ g/ml. It can be characterized as: If the nano-carbon structure is contained in an amount of less than 0.001 ⁇ g/ml, it may not be effective in preventing or treating scalp diseases, and if it is contained in an amount exceeding 1000 ⁇ g/ml, it may exhibit cytotoxicity.
  • the aminated nano graphene oxide contains the basic constituents of the amine functional group and the nano graphene oxide in a ratio of 1:10000 to 1:1, preferably 1:1000 to 1:1, more preferably It may be characterized as being included in a ratio of 1:100 to 1:1.
  • the ratio is a comparison value of the number of functional groups (eg, nitrogen) compared to the number of carbons.
  • the ratio of carbon number to nitrogen number can be 5 to 20 carbon number based on nitrogen number 1.
  • the PEG functional group of the PEGylated (PEG) nano graphene oxide may be 4arm-PEG or 6arm-PEG.
  • the scalp disease may be characterized as one or more selected from the group consisting of psoriasis, seborrheic dermatitis, dandruff, and hair loss.
  • compositions refers to a mixture containing the nano carbon structure of the present invention and pharmaceutically acceptable excipients such as diluents or carriers.
  • Pharmaceutical compositions include cosmetic compositions as well as compositions for therapeutic use. According to some embodiments, a method of administering a pharmaceutical composition comprising the composition of the present invention to a subject as needed is provided. In some embodiments, compositions of the present invention can be administered to humans.
  • compositions principally relates to pharmaceutical compositions for administration to humans, but those skilled in the art will understand that such compositions are generally suitable for administration to all types of animals.
  • a skilled veterinary pharmacologist with a good understanding of the modifications of pharmaceutical compositions for administration to various animals can design and/or perform such modifications, if necessary, simply by routine experimentation.
  • the pharmaceutical composition may be prepared by any method known in the field of pharmacology or discussed later in the text. Generally, these methods for tableting involve the steps of associating the active ingredient with excipients and/or one or more other auxiliary ingredients, followed by shaping and/or packaging the product into the desired single- or multi-dose units, if necessary or desired. Includes steps.
  • the pharmaceutical composition may be manufactured, packaged, and/or sold unpackaged as a single unit dose and/or multiple single unit doses.
  • “Unit dose” is a discrete amount of pharmaceutical composition containing a predetermined amount of active ingredient.
  • the amount of active ingredient is generally equal to the dosage of active ingredient administered to the subject and/or a convenient fraction of such dosage such as, for example, one-half or one-third of the dosage.
  • the relative amounts of the active ingredient, pharmaceutically acceptable excipients, and/or any additional ingredients in the pharmaceutical composition may vary depending on the identity, size, and/or disorder of the subject being treated and the route by which the composition is administered. It will change.
  • the composition may include 0.1% to 100% (w/w) active ingredient.
  • pharmaceutically acceptable excipients include any solvent, dispersion medium, diluent, or other liquid vehicle, dispersion or suspension aid, surface active agent, isotonic agent, thickener or emulsifier, preservative, or solid that is suitable for the purpose of the particular dosage form. Includes binders, lubricants, etc. Except that any conventional carrier medium cannot coexist with the substance or its derivatives, for example by imparting any undesirable biological effect or otherwise interacting in a deleterious manner with any other components of the pharmaceutical composition. It is considered to be within the scope of the present invention. Pharmaceutically acceptable excipients are at least 135%, 96%, 97%, 98%, 99%, or 100% pure.
  • the excipients are approved for human and veterinary use. In some embodiments, the excipient is approved by the Food and Drug Administration. In some embodiments, the excipient is pharmaceutical grade. In some embodiments, the excipient meets the standards of the United States Pharmacopeia (USP), European Pharmacopoeia (EP), British Pharmacopoeia, and/or International Pharmacopoeia (EP).
  • USP United States Pharmacopeia
  • EP European Pharmacopoeia
  • EP British Pharmacopoeia
  • EP International Pharmacopoeia
  • excipients are approved for human and veterinary use. In some embodiments, the excipient is approved by the Food and Drug Administration. In some embodiments, the excipient is pharmaceutical grade. In some embodiments, the excipient meets the standards of the United States Pharmacopeia (USP), European Pharmacopoeia (EP), British Pharmacopoeia, and/or International Pharmacopoeia (EP).
  • USP United States Pharmacopeia
  • EP European Pharmacopoeia
  • British Pharmacopoeia British Pharmacopoeia
  • EP International Pharmacopoeia
  • compositions include, but are not limited to, inert diluents, dispersants and/or granulating agents, surface active agents and/or emulsifiers, disintegrants, binders, preservatives, buffers, lubricants, and/or oils. Not limited.
  • excipients may optionally be included in the formulations of the present invention.
  • Excipients such as cocoa butter and suppository waxes, colorants, coating agents, sweeteners, flavors, and perfumers may be present in the composition at the discretion of the formulator.
  • Exemplary diluents include calcium carbonate, sodium carbonate, calcium phosphate, dicalcium phosphate, calcium sulfate, calcium hydrogen phosphate, sodium lactose, sucrose, cellulose, microcrystalline cellulose, kaolin, mannitol, sorbitol, inositol, sodium chloride, dried starch, Including, but not limited to, corn starch, powdered sugar, and combinations thereof.
  • Exemplary granulating and/or dispersing agents include potato starch, corn starch, tapioca starch, sodium starch glycolate, clay, alginic acid, guar gum, citrus pulp, agar, bentonite, cellulose and wood products, natural sponges, cation-exchange resins.
  • Exemplary surface active agents and/or emulsifiers include natural emulsifiers (e.g. acacia, agar, alginic acid, sodium alginate, tragacanth, chondrux, cholesterol, xanthan, pectin, gelatin, egg yolk, casein, wool fat, cholesterol, wax, and lecithin), colloidal clays (e.g. bentonite [aluminum silicate] and veegum [magnesium aluminum silicate]), long-chain amino acid derivatives, high molecular weight alcohols (e.g.
  • natural emulsifiers e.g. acacia, agar, alginic acid, sodium alginate, tragacanth, chondrux, cholesterol, xanthan, pectin, gelatin, egg yolk, casein, wool fat, cholesterol, wax, and lecithin
  • colloidal clays e.g. bentonite [aluminum silicate] and veeg
  • stearyl alcohol cetyl alcohol, oleyl alcohol
  • triacetin monostearate ethylene glycol distearate, glyceryl monostearate, and propylene glycol monostearate
  • polyvinyl alcohol polyvinyl alcohol
  • carbomers e.g. carboxy polymethylene, polyacrylic acid, acrylic acid polymer, and carboxyvinyl polymers
  • carrageenans e.g. carboxymethylcellulose sodium, powdered cellulose, hydroxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, hydroxypropyl methylcellulose, methylcellulose
  • sorbitan fatty acid esters e.g.
  • polyoxyethylene monostearate [mirz 45]) , polyoxyethylene hydrogenated castor oil, polyethoxylated castor oil, polyoxymethylene stearate, and solutol), sucrose fatty acid esters, polyethylene glycol fatty acid esters (e.g. cremophor), polyoxyethylene ethers, ( For example, polyoxyethylene lauryl ether [Brise 30]), poly(vinyl-pyrrolidone), diethylene glycol monolaurate, triethanolamine oleate, sodium oleate, potassium oleate, ethyl oleate, oleic acid, ethyl.
  • Exemplary binders include starches (e.g. corn starch and starch paste); gelatin; sugars (e.g. sucrose, glucose, dextrose, dextrin, molasses, lactose, lactitol, mannitol); Natural and synthetic gums (e.g.
  • acacia sodium alginate, extract of Irish moss, Farnwer gum, Shatty gum, Isapol Husk's slime, carboxymethylcellulose, methylcellulose, ethylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropyl) cellulose, hydroxypropyl methylcellulose, microcrystalline cellulose, cellulose acetate, poly(vinyl-pyrrolidone), magnesium aluminum silicate (bigum), and lachi arabogalactan); alginate; polyethylene oxide; polyethylene glycol; inorganic calcium salt; silicic acid; polymethacrylate; wax; water; Alcohol; and combinations thereof.
  • Exemplary preservatives may include antioxidants, chelating agents, antimicrobial preservatives, antifungal preservatives, alcohol preservatives, acidic preservatives, and other preservatives.
  • Exemplary antioxidants include alpha tocopherol, ascorbic acid, ascorbyl palmitate, butylated hydroxyanisole, butylated hydroxytoluene, monothioglycerol, potassium metabisulfite, propionic acid, propyl gallate, sodium ascorbate, bisulfite. Including, but not limited to, sodium sulfate, sodium metabisulfite, and sodium sulfite.
  • Exemplary chelating agents include ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA), citric acid monohydrate, disodium edetate, disodium edetate, edetic acid, fumaric acid, malic acid, phosphoric acid, sodium edetate, tartaric acid, and trisodium edetate. .
  • EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
  • citric acid monohydrate disodium edetate
  • disodium edetate disodium edetate
  • edetic acid fumaric acid, malic acid
  • phosphoric acid sodium edetate
  • tartaric acid tartaric acid
  • trisodium edetate trisodium edetate.
  • Exemplary antimicrobial preservatives include benzalkonium chloride, benzethonium chloride, benzyl alcohol, bronopol, cetrimide, cetylpyridinium chloride, chlorhexidine, chlorobutanol, chlorocresol, chloroxylenol, cresol, ethyl alcohol, glycerin, Includes, but is not limited to, hexetidine, imidurea, phenol, phenoxyethanol, phenylethyl alcohol, phenylmercuric nitrate, propylene glycol, and thimerosal.
  • Exemplary antifungal preservatives include, but are not limited to, butyl paraben, methyl paraben, ethyl paraben, propyl paraben, benzoic acid, hydroxybenzoic acid, potassium benzoate, potassium sorbate, sodium benzoate, sodium propionate, and sorbic acid.
  • Exemplary alcohol preservatives include, but are not limited to, ethanol, polyethylene glycol, phenol, phenolic compounds, bisphenol, chlorobutanol, hydroxybenzoate, and phenylethyl alcohol.
  • Exemplary acidic preservatives include, but are not limited to, vitamin A, vitamin C, vitamin E, beta-carotene, citric acid, acetic acid, dehydroacetic acid, ascorbic acid, sorbic acid, and phytic acid.
  • preservatives include tocopherol, tocopherol acetate, deteroxyme mesylate, cetrimide, butylated hydroxyanisole (BHA), butylated hydroxytoluende (BHT), ethylenediamine, sodium lauryl sulfate (SLS), Sodium Lauryl Ether Sulfate (SLES), Sodium Bisulfite, Sodium Metabisulfite, Potassium Sulfite, Potassium Metabisulfite, Glydant Plus, Fenonib, Methylparaben, Low Mol 115, Germaben II, Neolon, Katon, and E Including, but not limited to, Uxil.
  • the preservative is an antioxidant.
  • the preservative is a chelating agent.
  • Exemplary buffering agents include citrate buffer solution, acetate buffer solution, phosphate buffer solution, ammonium chloride, calcium carbonate, calcium chloride, calcium citrate, calcium gluvionate, calcium gluceptate, calcium gluconate, D-gluconic acid, glyceroside.
  • Exemplary lubricants include magnesium stearate, calcium stearate, stearic acid, silica, talc, malt, glyceryl behanate, hydrogenated vegetable oil, polyethylene glycol, sodium benzoate, sodium acetate, sodium chloride, leucine, magnesium lauryl sulfate, sodium. Including, but not limited to, lauryl sulfate, and combinations thereof.
  • oils include almond, apricot kernel, avocado, babassu palm, bergamot, black currant seed, borage, cayenne, chamomile, canola, caraway, carnauba, castor, cinnamon, cocoa butter, coconut, cod liver, coffee. , corn, cotton seed, emu, eucalyptus, evening primrose, fish, flax seed, geraniol, pumpkin, grape seed, hazelnut, hyssop, isopropyl myristate, jojoba, kukui nut, lavandin, lavender, lemon, litthea cucumber.
  • oils include butyl stearate, caprylic triglyceride, capric triglyceride, cyclomethicone, diethyl sebacate, dimethicone 360, isopropyl myristate, mineral oil, octyldodecanol, oleyl alcohol, silicone oil. , and combinations thereof.
  • Liquid dosage forms for oral and parenteral administration include, but are not limited to, pharmaceutically acceptable emulsions, microemulsions, solutions, suspensions, syrups, and elixirs.
  • liquid dosage forms may contain inert diluents such as, for example, water or other solvents, solubilizers and emulsifiers commonly used in the art such as ethyl alcohol, isopropyl alcohol, ethyl carbonate, ethyl acetate, benzyl.
  • compositions may include adjuvants such as wetting agents, emulsifying and suspending agents, sweetening, flavoring, and perfuming agents.
  • the nanocarbon structures of the invention are mixed with solubilizing agents such as cremophor, alcohols, oils, denatured oils, glycols, polysorbates, cyclodextrins, polymers, and combinations thereof.
  • solubilizing agents such as cremophor, alcohols, oils, denatured oils, glycols, polysorbates, cyclodextrins, polymers, and combinations thereof.
  • dosage forms for topical and/or transdermal administration of nanocarbon structures may include ointments, pastes, creams, lotions, gels, powders, solutions, sprays, inhalants, and/or patches.
  • the active ingredient is admixed under conditions of sterility with a pharmaceutically acceptable carrier and/or any necessary preservatives and/or buffering agents that may be required.
  • the present invention contemplates the use of transdermal patches, which often have the additional advantage of providing controlled delivery of the active ingredient to the body.
  • Such dosage forms can be prepared, for example, by dissolving and/or dispersing the active ingredient in a suitable medium.
  • the rate may be controlled by providing a rate controlling membrane and/or dispersing the active ingredient in a polymer matrix and/or gel.
  • Formulations for topical administration include, but are not limited to, liquid and/or semi-liquid preparations such as liniments, lotions, oil-in-water and/or water-in-oil emulsions such as creams, ointments/or pastes, and/or solutions and/or suspensions.
  • concentration of the active ingredient may be as high as the solubility limit of the active ingredient in the solvent
  • topically-administrable formulations may also comprise, for example, from about 1% to about 10% (w/w) of the active ingredient.
  • Formulations for topical administration may further comprise one or more additional ingredients described herein.
  • the nanocarbon structures are typically prepared in dosage unit form for easy and uniform administration.
  • the total daily dosage of the composition of the present invention will be determined by the attending physician within the scope of sound medical judgment.
  • the particular therapeutically effective dose level for any particular subject will depend on a variety of factors, including the disease, disorder, or disorder being treated and the severity of the disorder; the activity of the specific active ingredient employed; the specific composition employed; The subject's age, weight, general health, gender, and diet; the time of administration, route of administration, and rate of excretion of the particular active ingredient employed; duration of treatment; Drugs used in combination or simultaneously with the specific active ingredients employed; and factors well known in the medical field.
  • the pharmaceutical composition comprising the nanocarbon structure of the present invention is administered at a daily dose of about 0.001 mg/kg to about 100 mg/kg, about 0.01 mg/kg to about 50 mg/kg, or about 0.1 mg/kg of the subject's body weight. kg to about 40 mg/kg, about 0.5 mg/kg to about 30 mg/kg, about 0.01 mg/kg to about 10 mg/kg, about 0.1 mg/kg to about 10 mg/kg, or about 1 mg/kg.
  • the desired therapeutic effect may be obtained by administering from about 25 mg/kg at a dosage level sufficient to deliver once or more per day.
  • the intended dosage may be delivered three times a day, twice a day, daily, every two days, every three days, weekly, every two weeks, every three weeks, or every four weeks.
  • the desired dosage may be delivered via multiple administrations (e.g., 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 or more administrations). .
  • the dosage ranges provide guidance for administration of the provided pharmaceutical composition to adults.
  • the amount administered to a child or adolescent may be determined by a physician or person skilled in the art, and may be less or the same as that administered to an adult.
  • the exact amount of a peptide according to the invention required to achieve an effective amount will vary from subject to subject, depending, for example, on the subject's species, age, and overall disorder, severity of side effects or disorders, identity of the specific compound, mode of administration, etc.
  • composition containing the nano carbon structure in the present invention can be used in combination therapy.
  • the particular combination of treatments (treatments or procedures) for use in combination therapy will take into account the desired therapeutic effect to be achieved and the suitability of the desired treatments and/or procedures.
  • compositions of the invention may be administered alone or in combination with one or more therapeutically active agents.
  • “combination” it is not intended to imply that the agents must be administered at the same time and/or be formulated for delivery together, although the following delivery methods are within the scope of the present invention.
  • the composition may be administered concurrently with, prior to, or subsequent to one or more other therapeutic agents or medical procedures. Generally, each agent will be administered at a dose and/or time schedule established for that agent.
  • the present invention provides a pharmaceutical form of the present invention in combination with agents capable of improving its bioavailability, reducing and/or modifying its metabolism, inhibiting its secretion, and/or modifying its distribution within the body. It encompasses delivering the composition. It will be further understood that the nanocarbon structures and the therapeutically active agents of the present invention used in this combination may be administered together in a single composition or may be administered separately in different compositions.
  • the particular combination used in combination therapy will take into account the desired therapeutic effect to be achieved and/or the suitability of the procedure and/or therapeutically active agent comprising the peptide of the invention.
  • the combination used may achieve the desired effect for the same disorder (e.g., the nanocarbon structures of the present invention may be administered in combination with another therapeutically active agent used to treat the same disorder), and/ Alternatively, it will be understood that they may achieve different effects (eg, control of any side effects).
  • therapeutically active agent refers to any substance used as a medicine to treat, prevent, delay, reduce or ameliorate a disorder, and refers to substances used in treatment, including prophylactic and curative treatments. .
  • the pharmaceutical compositions of the present invention treat, alleviate, ameliorate, alleviate, delay the onset, inhibit the progression, reduce the severity, and/or one or more symptoms or characteristics of a scalp disease. It can be administered in combination with any therapeutically active agent or procedure (e.g., surgery, radiation therapy) useful to reduce its incidence.
  • any therapeutically active agent or procedure e.g., surgery, radiation therapy
  • the present invention provides a method of treating scalp disease comprising administering a nano-carbon structure to a patient with a scalp disease.
  • nano-carbon structure is the same as the nano-carbon structure used in the scalp or hair care composition, the description is replaced with the description.
  • the scalp disease may be characterized as one or more selected from the group consisting of psoriasis, seborrheic dermatitis, dandruff, and hair loss.
  • the present invention provides a use of the nano-carbon structure to treat scalp diseases.
  • nano-carbon structure is the same as the nano-carbon structure used in the scalp or hair care composition, the description is replaced with the description.
  • the scalp disease may be characterized as one or more selected from the group consisting of psoriasis, seborrheic dermatitis, dandruff, and hair loss.
  • the nano carbon structure of the present invention e.g., aminated nano graphene oxide and pegylated nano graphene oxide
  • aminated nano graphene oxide and pegylated nano graphene oxide is absorbed into the keratin surface of the scalp even in small amounts and affects skin cells that cause inflammation and psoriasis of the scalp. It can prevent scalp diseases.
  • the nano carbon structure of the present invention can induce hair growth and prevent hair loss by strengthening pores, hair roots, or hair even in small amounts, and has lubricating properties that prevent hair from becoming tangled, so it can be used in scalp and hair care products. .
  • the present invention has the advantage that dispersibility problems do not occur even with proteins and other mixtures by using a nano-carbon structure with maximized dispersibility to increase the scalp and hair care effect.
  • Figure 1 shows that the nano-carbon structure of the present invention is in the shape of a coin with a size of 6 nm, as a result of photographing it using a TEM method.
  • Figure 2 relates to the results of analyzing the nano-carbon structure using X-ray diffractometer (XRD).
  • Figure 3 relates to the results of analyzing the nano-carbon structure using X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS).
  • XPS X-ray Photoelectron Spectroscopy
  • Figure 4 relates to the results of Raman analysis of the nano-carbon structure.
  • Figure 5 relates to the results of analyzing the nano-carbon structure using Fourier Transform Infra-red (FTIR) spectroscopy.
  • FTIR Fourier Transform Infra-red
  • Figure 6 relates to the results of analyzing the nano-carbon structure by atomic force microscopy (AFM) method.
  • AFM atomic force microscopy
  • Figure 7 relates to the results of analyzing the nano-carbon structure using a particle size analysis method (laser diffraction method).
  • Figure 8 relates to the results of analyzing the pegylated nanocarbon structure using FT-IR analysis.
  • Figure 9 relates to the results of analyzing the aminated nano-carbon structure using FT-IR analysis.
  • Figure 10 shows the results of controlling the Zeta Potential of the interface of the graphene monolayer of the nanocarbon structure of the present invention to -50mV or more.
  • Figure 11 shows that agglomeration that occurred in the solution state of the uncontrolled nano carbon structure did not occur in the controlled nano carbon structure of the present invention up to a concentration of 7,000 ⁇ g/ml (0.7 wt%) in the solution state. .
  • Figure 12 shows the results of confirming the cytotoxicity of the nanocarbon structure and its variants ((NGO-PEG and NGO-NH 2 ) of the present invention.
  • the dotted line represents the cut-off.
  • Figure 13 relates to the effect of nano-carbon structures on the differentiation rate of T helper 2 cell cells that cause immune responses in skin inflammation.
  • Figure 14 relates to the effect of nano-carbon structures on the expression of IL-8 in keratinocytes induced by inflammation.
  • Figure 15 shows the cell survival rate when the nano carbon structure of the present invention was applied to an artificial skin model for 3 minutes in a skin corrosion test.
  • the dotted line represents the cut-off.
  • Figure 16 shows the cell survival rate when the nano carbon structure of the present invention was applied to an artificial skin model for 1 hour in a skin corrosion test.
  • the dotted line represents the cut-off.
  • Figure 17 shows the cell survival rate when the nano carbon structure of the present invention was applied to an artificial skin model in a skin irritation test.
  • the dotted line represents the cut-off.
  • Figure 18 shows the interepithelial electrical resistance (TEER) when the nano carbon structure and carbon structure of the present invention were applied to an artificial skin model in the evaluation of the efficacy of improving skin barrier function.
  • TEER interepithelial electrical resistance
  • Figure 19 shows the transepidermal water loss (TEWL) when the nano-carbon structure and carbon structure of the present invention were applied to an artificial skin model in an evaluation of the efficacy of improving skin barrier function.
  • TEWL transepidermal water loss
  • Figure 20 shows the H&E staining results when the nano carbon structure and carbon structure of the present invention were applied to an artificial skin model in the skin barrier function improvement efficacy evaluation.
  • Figure 21 shows the antibacterial effect of the nano-carbon structure of the present invention against Cutibacterium acnes acnes.
  • Figure 22 shows the antibacterial effect of the nano-carbon structure of the present invention against Malassezia furfur seborrheic dandruff bacteria.
  • Graphite (Qingdao Kropfmuehl, China) was used as the carbon structure, and nano-carbon structure (nano graphene oxide) was synthesized through the Tayler Couette flow method.
  • the method of forming a nano carbon structure is as follows. Graphite (graphite) is mixed with sulfuric acid (H 2 SO 4 ) at a ratio of 1:40 to 70, and sodium nitrate (NaNO 3 ) is mixed with graphite (graphite) at a ratio of 1:0.2 to 0.7.
  • potassium permanganate (KMnO 4 ) is mixed at a ratio of 1:5 to 8, and then manufactured by applying a rotational force of 150 rpm to 550 rpm for 1 to 72 hours.
  • the conditions and equipment for applying the rotational force depend on the quality of the graphene oxide.
  • the graphene oxide produced through the above process is nanoscaled through a physical process. Nanoization conditions vary depending on the size of the graphene oxide being nanoized.
  • the obtained carbon structure is nano-ized through the following process.
  • a solvent is added to the obtained graphene oxide to strengthen the frictional force.
  • the commonly used solvent is DI Water, but it is set to suit the purpose of nanoscale graphene oxide.
  • various solvents such as ethanol, acetone, and DMF can be used.
  • the ratio of solvent used can be from the same amount to 1,000 times that of graphene oxide. This may vary depending on the nanoscale characteristics of graphene oxide.
  • a certain amount of graphene oxide mixed in a solvent is put into equipment that uses a physical method to reduce the particle size of the graphene oxide using a physical method.
  • the ratio of each material applied when producing graphene oxide can act as a ratio that promotes nanoization of graphene oxide.
  • nano graphene oxide can be separated through a filter. Additionally, it can be separated by size through a centrifugal process. At this time, the centrifuge can be used by applying the number of rotations depending on the size.
  • EDC-HCl is additionally added to 30 to 60% (weight ratio) of the PEG powder and mixed for 12 to 24 hours. At this time, the rotational force proceeds under the same conditions as above.
  • the non-reacting solvent is removed from the mixture through high-speed centrifugation or a filter, and then a slurry-type material is used.
  • a slurry-type material is used.
  • material suspended at the top is used.
  • graphene oxide and PEG react, it is hydrophilic and has the property of floating in DI, so when applying centrifugation, the upper material is used.
  • graphene oxide dispersed in DI and sodium hydrogen sulfate are mixed (graphene oxide dispersed in DI - concentration is 0.01 to 1.0 by weight).
  • the mixed mixture was mixed with ammonia water at a ratio (weight ratio) of 1 (graphene oxide dispersed in DI): 0.1 to 0.5 (ammonia water with a concentration of 25 to 30%) and heated to 150°C in a high pressure reactor to form graphene oxide.
  • the process of attaching an amine group to graphene oxide is carried out by reacting ammonia water. At this time, conditions must be set so that the pressure of the high pressure reactor does not exceed a maximum of 20 bar. The time required for the reaction varies depending on the amount, but ranges from 12 to 24 hours. The process is completed by filtering the reacted mixture through a filter with 0.22 mm pores to remove unreacted sodium hydrogen sulfate and aqueous ammonia.
  • X-ray diffractometer X-ray diffractometer
  • XPS X-ray Photoelectron Spectroscopy
  • Raman analysis Raman analysis
  • FT-IR Fourier-transform infrared spectroscopy
  • the D peak was formed at 1342 cm -1 and the G peak was formed at 1584 cm -1 ( Figure 4).
  • the nanocarbon structure of the present invention was manufactured in a small size using strong energy. As the particle size gets smaller, the disordered surface structure increases, so it can be seen that the ratio of ID/IG gradually increases. Additionally, the ID/IG ratio of the nanocarbon structure shows a value of 0.98.
  • the particle size of the nano-carbon structure was less than 35 nm in diameter, the thickness of the nano-carbon structure was 0.34 nm, and the gap between layers was 0.7 nm. .
  • the gap between layers measured by AFM is about 1.2 nm or less, it is a single layer. Therefore, the area and number of layers of the nanocarbon structure of the present invention were minimized for nanoization, and it was confirmed that it was mostly composed of a single layer (FIG. 6).
  • the particle size of the nano carbon structure was confirmed to be less than 35 nm as measured with more than 20,000 parameters, and the average particle size was 16 nm (FIG. 7).
  • nano graphene oxide variant As a nano carbon structure, in addition to nano graphene oxide, a nano graphene oxide variant was produced, and its properties were confirmed using FT-IR analysis. The characteristics of PEGylated nano graphene oxide were confirmed through peaks seen in typical PEG, which do not appear in nano graphene oxide ( Figure 8). In addition, it was confirmed that a typical amide peak was formed in aminated nano graphene oxide ( Figure 9).
  • the nano carbon structure of the present invention is graphene oxide manufactured by a chemical exfoliation method.
  • the technology required is not only technology to control the size of several to tens of nanometers, but also technology to disperse nano graphene oxide in a solvent.
  • Graphene oxide basically exists dispersed rather than dissolved in a solvent.
  • Graphene oxide has the characteristics of high surface chemical activity and low sheet resistance, which is dominated by attractive forces such as van der Waals forces and ⁇ - ⁇ interaction, resulting in single-layer structure of graphene oxide. A side effect of agglomeration of the laminated structure occurs.
  • the high chemical activity of the surface of the carbon nanostructure was adjusted to control the surface charge (Zeta Potential) of the interface of the graphene monolayer to more than -50mV (FIG. 10). It was confirmed that the agglomeration that previously occurred in the solution state of the carbon nanostructure controlled in this way did not occur up to a concentration of 7,000 ⁇ g/ml (0.7 wt%) (FIG. 11).
  • the survival rate was measured at various concentrations using the MTT method.
  • Nano graphene oxide (NGO) and functionalized nano graphene oxide (NGO-PEG and NGO-NH 2 ) showed a cell survival rate of more than 50% up to a concentration of 10 ⁇ g/ml.
  • NGO nano graphene oxide
  • NGO-PEG and NGO-NH 2 functionalized nano graphene oxide
  • the cell viability decreases rapidly starting from a concentration of 1 ⁇ g/ml, and it was confirmed that the cell viability dropped to less than 30% at a concentration of 10 ⁇ g/ml. In other words, it was confirmed that cytotoxicity occurred and that it was not biocompatible (FIG. 12).
  • T helper 2 cells are known to be the main cells that cause immune responses in skin inflammation.
  • T helper 2 cells express the GATA3 (GATA binding protein 3) transcription factor and produce IL-4 through IL-10 signaling.
  • GATA3 GATA binding protein 3
  • hPBMC Human Peripheral Blood Mononuclear Cells; Lonza, Switzerland
  • nano-carbon structures were treated to confirm the T helper 2 cell differentiation rate.
  • positive selection was performed immediately using CD4 microbeads and negative depletion was performed using MHC class II anti-B220, F4/80 antibodies to isolate naive T cells (Th0).
  • CD4+ cells were isolated using the human CD4 + T Cell Isolation Kit (Miltenyi Biotec). Next, 5 The culture medium was RPMI 1640 media (0.5 ⁇ 1ml/well; Gibco) and cultured for 5 days under the conditions below. At this time, to induce CD4+ IL-4+ cells, rhIL-2 20ng/ml, rhIL-4 20ng/ml, and rhIL-6 20ng/ml additives were used, and Dynabeads Human T-Activator CD3/CD28 (1:50) was used. Added. At this time, an experimental group to which the above additives and nano-carbon structures were added and a negative control group to which only the additives were added were divided into two groups, cultured for 5 days, and the experiment was conducted.
  • the differentiation rate of T helper 2 cell cells that cause skin inflammation in the negative control group was about 20%, it was over 60% in the positive control group (T helper 2 cell) after T helper 2 cell polarization. It was confirmed that it increased (Figure 13).
  • the differentiation rate of T helper 2 cells, which cause skin inflammation was confirmed to be significantly reduced to less than 40% (FIG. 13).
  • the differentiation rate of T helper 2 cells was found to decrease at all four different graphene concentrations (1:25, 1:50, 1:100, and 1:200). In other words, the nanocarbon structure can significantly inhibit differentiation into T helper 2 cells and the development of T helper 2 cells, which cause skin inflammation.
  • HaCat cells a keratinocyte cell line that accounts for about 80% of the epidermis.
  • HaCat cells were cultured in DMEM high glucose culture medium with 10% FBS. At this time, the confluency of the cells used in the experiment was maintained below 70%.
  • IFN-gamma (10ng/ml) and TNF-alpha (10ng/ml) were stimulated by treating the culture medium with IFN-gamma (10ng/ml) and TNF-alpha (10ng/ml) for 24 hours.
  • IFN-gamma 10ng/ml
  • TNF-alpha 10ng/ml
  • IL-8 interleukin-8
  • IL-8 a post-inflammatory cytokine expressed in cells
  • the expression level of IL-8 a post-inflammatory cytokine
  • the expression level of IL-8 was confirmed to decrease depending on the concentration of the treated nano-carbon structures (0.3 ⁇ g/ml, 0.6 ⁇ g/ml, 1.5 ⁇ g/ml) ( Figure 14).
  • the concentration of the treated nano-carbon structures 0.3 ⁇ g/ml, 0.6 ⁇ g/ml, 1.5 ⁇ g/ml
  • Figure 14 when treated with the nano-carbon structure at a concentration of 1.5 ⁇ g/ml, it was confirmed that the expression level of IL-8 was reduced to the same level as the negative control group that was not treated with stimulation (FIG. 14).
  • the nanocarbon structure of the present invention can inhibit the expression of IL-8 in keratinocytes induced by inflammation so that IL-8 is expressed at a level similar to that in cells without inflammation. Furthermore, the nano-carbon structure of the present invention can effectively alleviate the inflammatory response of scalp diseases by reducing the production of inflammatory cytokines that induce immune responses that cause symptoms of scalp diseases such as psoriasis, seborrheic dermatitis, and dandruff.
  • Keraskin is an artificial skin model that reproduces the skin's epithelium using human-derived skin keratinocytes and is manufactured to be similar to real skin in terms of morphology, microstructure, and biomarker expression.
  • the cell viability of the negative control material (Deionized water) is set to 100%, and when the test substance is applied for 3 min, the cell viability is less than 50%, when applied for 3 min, the cell viability is greater than 50%, and when applied for 1 hour, the cell viability is 15%.
  • % or less was judged to be a corrosive substance, and if the cell viability was less than 50% when applied for 3 min, it was judged to be a non-corrosive substance.
  • the average absorbance value of the negative control substance is 0.890, and when the test substance is applied for 1 hour, the average absorbance value of the negative control substance is 0.785, so it is appropriate within the suggested negative control absorbance value acceptance criteria (0.7 ⁇ OD NC ⁇ 1.6). The test results were obtained.
  • the cell viability of the negative control substance is 100%
  • the cell viability of the positive control substance (8N KOH, Potassium hydroxide)
  • the cell viability of the negative control substance is 100.0.
  • the cell viability of the positive control material was 0.6%. The test was performed appropriately.
  • the present inventors evaluated the skin irritation of nano-carbon structures using the artificial skin model KeraSkin.
  • the cell viability is greater than 50%, it is judged to be a non-irritant, and if it is less than 50%, it is judged to be a skin irritant. Since the average absorbance value of the negative control material is 1.043, appropriate test results were obtained within the suggested negative control absorbance value acceptance criteria (0.7 ⁇ OD NC ⁇ 1.6). The cell viability of the negative control material was 100%, and the cell viability of the positive control material (5% SDS) was 1.043. , sodium dodecyl sulfate), the cell viability was 1.6%, and the test was performed appropriately.
  • Keraskin is a human tissue model in which skin keratinocytes are separated from human skin tissue, amplified in vitro, and cultured in three dimensions. It is structurally and functionally similar to the actual human skin epidermis. It has a multi-layer structure of basal layer, spinous layer, granular layer, and stratum corneum, and contains marker factors such as skin differentiation, stem cell function, barrier function, and intercellular bonding ability (cytokeratin 10, cytokeratin 14, p63, E-cadherin, filaggrin, loricrin, involucrin) ) is expressed.
  • the test was conducted in compliance with the evaluation standards for functional cosmetics presented in the Guidelines for Evaluation of Effectiveness of Functional Cosmetics (Ministry of Food and Drug Safety, 2005) and the test methods in famous academic reports related to skin research at home and abroad.
  • SDS sodium dodecyl sulfate
  • an anionic surfactant to weaken the skin's natural barrier function
  • a positive control material (10 ⁇ M retinoic acid)
  • a test material (0.01 wt% NGO
  • the epithelial cell layer has developed tight junctions, one of the forms of bonding between cells. These tight junctions form a physical and chemical barrier, and the strength and integrity of this barrier can be assessed through the degree of electrical resistance across cell layers, called “transepithelial electrical resistance (TEER).” You can. The better the barrier function, the higher the interepithelial electrical resistance value.
  • the interepithelial electrical resistance of the normal artificial skin model was found to be 1726.8 ⁇ 85.3 ⁇ .cm 2
  • the interepithelial electrical resistance of the barrier damaged group treated with 2% SDS was 69.2 ⁇ 2.1 ⁇ .cm 2 .
  • the interepithelial electrical resistance was 347.0 ⁇ 15.7 ⁇ .cm 2 , 313.7 ⁇ 10.2 ⁇ .cm 2 , and 300.5 ⁇ 3.4 ⁇ .cm 2 , respectively (FIG. 18).
  • the barrier damage group caused by 2% SDS had a 96.0% decrease in interepithelial electrical resistance compared to the negative control group.
  • 10 ⁇ M retinoic acid was applied to the barrier damaged skin model
  • the interepithelial electrical resistance increased by 16.1% compared to the barrier damaged group.
  • 0.01 wt% NGO was applied to the barrier damaged skin model
  • the interepithelial electrical resistance increased by 14.2% and 13.4% compared to the barrier damaged group.
  • Transdermal moisture is an essential element for the skin to perform its barrier function normally.
  • TEWL transepidermal water loss
  • the enzyme function required for normal exfoliation is damaged and the skin barrier functions normally. You won't be able to do it. Therefore, transepidermal water loss is used as an important physiological indicator during the damage and recovery process of the skin barrier.
  • the transepidermal water loss of the barrier damaged group treated with 2% SDS on a normal artificial skin model increased to 133.7 ⁇ 3.2% compared to the negative control group, and when 10 ⁇ M retinoic acid and 0.01wt% NGO were applied to the barrier damaged group, the transepidermal water loss was Compared to the negative control group, it was 122.9 ⁇ 6.5%, 126.6 ⁇ 4.0%, and 123.9 ⁇ 3.8%, respectively ( Figure 19).
  • the barrier damage group caused by 2% SDS had a 33.7% increase in transepidermal water loss compared to the negative control group.
  • 10 ⁇ M retinoic acid was applied to the barrier damaged skin model
  • transepidermal water loss was reduced by 10.8% compared to the barrier damaged group.
  • 0.01 wt% NGO was applied to the barrier damaged skin model, transepidermal water loss was reduced by 7.1% and 9.8% compared to the barrier damaged group.
  • H&E staining (hematoxylin & eosin stain) is a basic staining method used in histology. Hematoxylin stains the cell nucleus blue, and eosin serves as a counterstain for areas other than the nucleus. Immunohistochemical staining is a method used to determine the expression and location of a specific antigen in a tissue based on a specific antigen-antibody combination. It is used to determine the expression and pattern of tissue pathology and skin barrier function-related factors. I want to check.
  • filaggrin is an essential factor in regulating epidermal homeostasis and is used as a component of the lipid envelope within the stratum corneum to perform moisturizing and skin barrier functions.
  • p63 is a protein that regulates cell proliferation and is mainly expressed in the nucleus of cells
  • E-cadherin is an intercellular junction protein expressed in the cell membrane as an indicator of cell cell contact
  • cytokeratin 14 (CK14) forms the skeleton of epidermal cells. It is a protein expressed in the basal layer and stratum spinosum.
  • the normal artificial skin model had close adhesion between cells and formed four differentiated layers including the stratum corneum.
  • the basal layer was damaged and vacuoles were formed between cells ( Figure 20).
  • 10 ⁇ M retinoic acid and 0.01 wt% NGO were applied after barrier damage with 2% SDS, it was confirmed that the recovery of the basal layer and vacuoles between cells were improved compared to the barrier damage group.
  • filaggrin was found in the stratum corneum, p63 in the cell nucleus, and E-cadherin in the normal artificial skin model.
  • CK14 was expressed in the epidermis except the stratum corneum ( Figure 20).
  • the antibacterial activity of the nanocarbon structure (0.1 wt% daNGO) of the present invention was confirmed against two representative strains ( Cutibacterium acnes and Malassezia furfur ) present in the skin and oral cavity.
  • Cutibacterium acnes acnes was cultured in Sheep blood TSA medium under anaerobic, 37 degree conditions.
  • Malassezia furfur seborrheic dandruff bacteria were cultured in mLNA medium under aerobic conditions and 30 degrees.
  • the nanocarbon structures were exposed to bacteria cultured for 6 days each for 48 hours, and then the reduction rate was measured. The reduction rate was calculated as a percentage by subtracting the number of bacteria over time from the initial number of bacteria.
  • the nano carbon structure (nano carbon graphene, nano graphene oxide) manufactured in the present invention is significantly anti-inflammatory, non-corrosive, non-irritating, and improves skin barrier function on the skin, especially the scalp, even in small amounts, and promotes acne and seborrheic dandruff bacteria ( Since it has an antibacterial effect against scalp inflammatory bacteria), it can provide excellent scalp or hair care effects and scalp disease prevention and treatment effects, so it has industrial applicability.

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Abstract

본 발명은 나노 탄소구조체를 포함하는 두피 또는 모발 케어용 조성물에 관한 것으로, 본 발명의 나노 탄소구조체는 소량으로도 두피 또는 모발의 수분을 유지시키고, 두피의 염증을 완화시켜 모발 및 두피 케어 효과를 증대시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 나노 탄소 구조체는 분산성이 극대화되어 다양한 혼합물에서도 적용할 수 있다는 장점이 있다.

Description

나노 탄소 구조체를 포함하는 두피 또는 모발 케어용 조성물
본 출원은 2022년 03월 15일 출원된 대한민국 특허출원 제 10-2022-0032266호 를 우선권으로 주장하고, 상기 명세서 전체는 본 출원의 참고문헌이다.
본 발명은 나노 탄소 구조체를 포함하는 두피 또는 모발 케어용 조성물에 관한 것으로, 더 상세하게는 나노 산화그래핀, 나노 산화그래핀 변이체 또는 그래핀 양자점을 포함하는 두피 또는 모발 케어용 조성물, 두피질환 예방 및 치료용 약학적 조성물, 두피질환 치료 방법 내지 두피 질환 치료에 사용하기 위한 용도에 관한 것이다.
두피는 두부 표면을 둘러 싸며 외부 마찰에 대응하고 외부 환경으로부터 두피 내부를 보호하는 피부조직이다. 두피는 자외선 등의 피부유해 광선, 미용을 위한 화학제품 및 다양한 외부 환경 변화에 빈번하게 노출되며, 모발의 당김 등의 다양한 물리적 자극으로 인하여 모발의 큐티클 층을 비롯한 모근, 모공이 손상되기 쉬우며, 이는 염증 발생 등 두피 질환으로 발전하기도 한다.
대다수의 사람들은 두피 또는 모발에 수분이 적당할 때 피부 또는 모발의 상태가 가장 좋다고 느끼는 데, 계절에 따라 온도 및/또는 습도의 변화가 급격하게 이루어지는 봄이나 가을에는 많은 사람들이 두피 또는 모발의 수분 및 윤기가 저하된다고 느낀다. 또한, 환경오염 등의 외부 자극, 스트레스, 영양 또는 호르몬의 불균형은 두피에 분포한 피지선의 과도한 발달을 유도하거나 각질세포의 과다한 증식 및 염증반응 발생을 유도한다. 이는 건선, 지루성 피부염, 비듬 등 두피 질환의 원인으로 발진, 홍반, 가려움증의 증상을 유발하고 두피의 건강 상태를 악화시켜 결과적으로 모발의 가늘어짐, 탈모를 발생시킨다. 이러한 두피 질환의 주요 치료법은 꾸준한 생활 속 관리를 통하여 증상을 완화시키는 것이므로 두피의 수분관리 및 세정 효과가 우수한 약용샴푸가 필요한 실정이다.
일반적으로 보습제 성분을 강화한 모발용 제품을 이용하여 저하된 두피 및 모발의 수분 및 윤기를 보충한다. 그래핀(graphene)은 탄소의 동소체 중 하나이며 탄소 원자들이 모여 2차원 평면을 이루고 있는 구조를 의미하며, 나노 그래핀은 나노 크기의 그래핀으로 나노 탄소 구조체의 한 종류이다. 나노 그래핀은 물을 구성하는 산소가 다량 함유되어 있어 두피 및 모발의 수분 유지 및 수분 함유량 조절에 도움을 줄 수 있으므로 자체적으로도 보습 효과를 나타낸다. 또한, 그래핀의 특성 중의 하나인 전기 전도성을 활용하여 인체에서 발생하는 미세 전류의 영향성을 증가시켜 인체 및 모발 세포의 활동성을 증가시킬 수 있다. 나아가, 그래핀은 계절에 따라 변화하는 온도와 습도로 인한 두피 및 모발 상태의 변화를 완화시킬 수 있다. 최근 염증반응을 억제하는 나노 탄소체의 효과가 보고되었다. 2018년 영국 연구팀에서 나노 크기의 산화그래핀이 IL-1을 비롯한 염증 사이토카인의 생성을 저해한다는 연구 결과를 발표하였다(ACS Nano 2018, 12, 12, 11949-11962). 이 연구에서 언급된 염증 사이토카인은 건선, 지루성 피부염, 비듬 등의 두피질환의 증상을 유발하는 면역반응을 유도하는 염증 사이토카인으로, 나노 산화그래핀이 두피 질환의 염증반응에 효과적으로 활용될 수 있음을 나타낸다.
이에, 본 발명은 두피 및 모발에 보습효과가 매우 우수하고, 두피 세포에서 항염증 및 각질층 안정화 효과를 나타내는 나노 탄소체를 개발하기 위해 예의 노력한 결과, 나노 탄소체의 두피질환에 대한 항염증 효과를 확인하고 아민화 또는 페길화된 나노 탄소체가 나노 탄소체 그 자체 및 산소를 포함한 다양한 다른 기능기를 부착한 나노 탄소체에 비하여 두피 및 모발에 보습효과 및 항염증 효과가 훨씬 우수하다는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하였다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허공보 제10-2021-0093746호 (2021.07.16)
(특허문헌 2) 대한민국 공개특허공보 제10-2021-0119705호 (2020. 03. 25)
본 발명의 목적은 나노 탄소 구조체를 포함하는 두피 또는 모발 케어용 조성물, 두피질환 예방 및 치료용 약학적 조성물, 두피질환 치료 방법 내지 두피 질환 치료에 사용하기 위한 용도를 제공하는 것이다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 나노 탄소 구조체를 유효성분으로 포함하는, 두피 또는 모발 케어용 조성물을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 나노 탄소 구조체는 나노 산화그래핀, 나노 산화그래핀 변이체 및 그래핀 양자점으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 나노 산화 그래핀 변이체는 아민화된 나노 산화그래핀 또는 페길화된 나노 산화그래핀인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 나노 탄소 구조체는 평균 직경이 1 내지 100 nm 인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 나노 탄소 구조체는 두께가 0.01~ 5nm 인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 나노 탄소 구조체를 0.001~ 1000μg/ml의 농도로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 아민화된 나노 산화그래핀은 아민기 기능기와 나노 산화 그래핀의 기본구성 성분을 1:10000 내지 1:1의 비율로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 페길화(PEGylation; PEG)된 나노 산화그래핀의 PEG 기능기는 4arm-PEG 또는 6arm-PEG인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 나노 탄소 구조체를 유효성분으로 포함하는, 두피질환 예방 및 치료용 약학적 조성물을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 나노 탄소 구조체는 나노 산화그래핀, 나노 산화그래핀 변이체 및 그래핀 양자점으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 나노 산화그래핀 변이체는 아민화된 나노 산화그래핀 또는 페길화된 나노 산화그래핀인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 나노 탄소 구조체는 평균 직경이 1 내지 100 nm 인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 나노 탄소 구조체는 두께가 0.01~ 5nm 인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 나노 탄소 구조체를 0.001~ 1000μg/ml의 농도로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 아민화된 나노 산화그래핀은 아민기 기능기와 나노 산화그래핀의 기본구성 성분을 1:10000 내지 1:1의 비율로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 페길화(PEGylation; PEG)된 나노 산화그래핀의 PEG 기능기는 4arm-PEG 또는 6arm-PEG인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 두피 질환은 건선, 지루성 피부염, 비듬 및 탈모로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 나노 탄소 구조체를 두피질환 환자에 투여하는 단계를 포함하는 두피질환 치료방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 나노 탄소 구조체를 두피질환 치료에 사용하기 위한 용도를 제공한다.
다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.
본 발명에서 용어 “나노 탄소 구조체(나노 산화그래핀)”는 탄소 구조체를 다양한 나노화 방법으로 처리하여 나노-크기 단편을 가지는 탄소 구조체를 의미할 수 있으며, 본 발명에서는 나노 크기의 탄소 그래핀, 또는 상기 탄소 그래핀을 산화시킨 나노 크기의 산화그래핀(nano-sized graphene oxide; nano-GO; NGO) 또는 그래핀 양자점(graphene quantum dot; GQD)을 포함하는 개념일 수 있다. 또한, 적절한 가공을 통해 제조되는 수 nm 수준의 가로, 세로 및 높이를 갖는 그래핀 입자를 포함할 수 있다. 본 발명에서는 상기 나노 탄소 구조체는 10 내지 50 nm의 평균 직경 및 0.5 내지 3 nm의 두께를 갖는 입자일 수 있다. 또한 제조방법과 관련하여 탄소섬유를 열산화 절단(thermo-oxidative cutting)에 의하여 획득할 수 있으다.
본 발명에서 용어 "산화그래핀(graphene oxide)은 "GO"로 약칭될 수 있으며, 그래핀 상에 카르복실기, 히드록시기, 또는 에폭시기 등의 산소 원자를 함유하는 작용기가 결합된 구조를 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 그래핀은 탄소 원자들간의 공유결합을 통해서 형성된 결정격자의 전달 매질을 통해 열 전달이 이루어진다. 상기 그래핀의 열전도도는 약 5,300W/mk로 연전도능이 매우 우수하다. 상기 그래핀은 모발 및 두피의 온도를 유지하는 능력이 우수하여 계절에 따라 변화하는 온도와 습도로 인한 두피 및 모발 상태의 변화를 완화시킬 수 있다. 나아가, 상기 산화그래핀은 탄소원자 가장자리에 산소가 포함된 기능기들이 부착되어 있어 수소 결합 등을 통해 주변의 수분들과 결합할 수 있다. 이에, 상기 산화그래핀은 모발과 두피의 수분을 효과적으로 유지할 수 있다.
본 발명에서 용어 "두피 또는 모발 케어”는 두피에서 발생하는 피지, 각질, 트러블을 개선시키고, 두피의 보습 및 진정 효과가 나타나는 것을 포함한다. 또한, 모발 보호 및 강도를 개선하여 탈모를 예방하고, 모발의 윤활 효과(머리카락이 엉키지 않는 것)를 증강시키는 것을 포함한다.
본 발명에서 제조된 나노 탄소 구조체(나노 산화그래핀)은 소량으로도 피부, 특히 두피에 대하여 유의적인 항염증, 비부식, 비자극, 피부장벽능 개선 및 여드름균과 지루성 비듬균(두피염균)에 대한 항균 효과를 나타내므로, 우수한 두피 또는 모발 케어 효과 내지 두피질환 예방 및 치료 효과를 제공할 수 있다.
따라서, 본 발명은 일관점에서 나노 탄소 구조체를 유효성분으로 포함하는, 두피 또는 모발 케어용 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 나노 탄소 구조체는 나노 산화그래핀, 나노 산화그래핀 변이체 및 그래핀 양자점으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 나노 산화그래핀은 -OH기를 통해 수분을 유지시킬 수 있다.
또한, 나노 산화그래핀은 다른 탄소 소재보다 작용기에 대한 반응성이 우수하여, 다양한 작용기를 부착할 수 있으며, 부착할 수 있는 작용기는 단백질 종류인 폴리에틸렌글리콜(-PEG) 또는 아민기(-NH2) 일 수 있다.
이에 본 발명에 있어서, 상기 나노 산화그래핀 변이체는 아민화된 나노 산화그래핀 또는 페길화된 나노 산화그래핀인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 나노 탄소 구조체는 평균 직경이 1 ~ 100nm, 바람직하게는 5 ~ 75nm, 더 바람직하게는 5 ~ 50nm 인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 평균 직경은 일정 두께를 가진 산화그래핀의 측면 크기(lateral size)에서 평균직경을 의미하고, 측면 크기(Lateral size)란 일정 두께를 가진 산화그래핀의 길이를 직사각형 프레임 기준으로 측정했을 때 가로 및 세로 길이 중 상대적으로 더욱 긴 길이 또는 일정 두께를 가진 산화그래핀의 임의의 양단을 연결한 거리 중 최장 거리로 해석될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 나노 탄소 구조체는 두께가 바람직하게는 0.1 ~ 5nm, 바람직하게는 0.5 ~ 3nm인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 나노 탄소 구조체를 0.001~ 1000μg/ml, 바람직하게는 0.1 ~ 1000μg/ml, 더 바람직하게는 0.1 ~ 100μg/ml, 가장 바람직하게는 0.1 ~ 10 μg/ml 의 농도로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 나노 탄소 구조체가 0.001 μg/ml 미만으로 포함되는 경우 두피 또는 모발 케어 효과가 나타나지 않을 수 있으며, 1000 μg/ml 초과로 포함되는 경우 세포 독성을 나타낼 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 아민화된 나노 산화그래핀은 아민기 기능기와 나노 산화그래핀의 기본구성 성분을 1:10000 내지 1:1, 바람직하게는 1:1000 내지 1:1, 더 바람직하게는 1:100 내지 1:1의 비율로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 비율은 탄소 수 대비 기능기(예컨대, 질소)의 수 비교 값이다. NGO-NH2에서 탄소수와 질소수의 비율은 질수 1기준 탄소수는 5~20일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 페길화(PEGylation; PEG)된 나노 산화그래핀의 PEG 기능기는 4arm-PEG 또는 6arm-PEG인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 다른 관점에서 나노 탄소 구조체를 유효성분으로 포함하는, 두피질환 예방 및 치료용 약학적 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 나노 탄소 구조체는 나노 산화그래핀, 나노 산화그래핀 변이체 및 그래핀 양자점으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 나노 산화그래핀 변이체는 아민화된 나노 산화그래핀 또는 페길화된 나노 산화그래핀인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 나노 탄소 구조체는 평균 직경이 1 ~ 100nm, 바람직하게는 5 ~ 75nm, 더 바람직하게는 5 ~ 50nm 인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 평균 직경은 일정 두께를 가진 산화그래핀의 측면 크기(lateral size)에서 평균직경을 의미한다.
본 발명에 있어서, 상기 나노 탄소 구조체는 두께가 바람직하게는 0.1 ~ 5nm, 바람직하게는 0.5 ~ 3nm인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 나노 탄소 구조체를 0.001~ 1000μg /ml, 바람직하게는 0.1 ~ 1000 μg/ml, 더 바람직하게는 0.1 ~ 100μg/ml, 가장 바람직하게는 0.1 ~ 10 μg/ml 의 농도로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 나노 탄소 구조체가 0.001 μg/ml 미만으로 포함되는 경우 두피질환 예방 및 치료 효과가 나타나지 않을 수 있으며, 1000 μg/ml 초과로 포함되는 경우 세포 독성을 나타낼 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 아민화된 나노 산화그래핀은 아민기 기능기와 나노 산화그래핀의 기본구성 성분을 1:10000 내지 1:1, 바람직하게는 1:1000 내지 1:1, 더 바람직하게는 1:100 내지 1:1의 비율로 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 비율은 탄소 수 대비 기능기(예컨대, 질소)의 수 비교 값이다. NGO-NH2에서 탄소수와 질소수의 비율은 질수 1기준 탄소수는 5~20일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 페길화(PEGylation; PEG)된 나노 산화그래핀의 PEG 기능기는 4arm-PEG 또는 6arm-PEG인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 두피 질환은 건선, 지루성 피부염, 비듬 및 탈모로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 용어 “약학적 조성물(pharmaceutical composition)”은 본 발명의 나노 탄소구조체와 희석제 또는 담체와 같은 제약상 허용되는 부형제를 포함하는 혼합물을 의미한다. 약학적 조성물은 치료 용도를 위한 조성물뿐만 아니라 화장품 조성물을 포함한다. 일부 실시예에 따르면, 본 발명의 조성물을 포함하는 약학적 조성물을 그 필요에 따라 대상체에게 투여하는 방법이 제공되어 있다. 일부 실시예에서, 본 발명의 조성물은 인간에게 투여할 수 있다.
본 발명에 있어서, 약학적 조성물의 설명은 원칙적으로 인간에게 투여하기 위한 약학적 조성물에 관한 것이지만, 통상의 기술자는 이러한 조성물이 일반적으로 모든 종류의 동물에게 투여하기 적합함을 이해하게 될 것이다. 다양한 동물에게 투여하기 위한 약학적 조성물의 변형을 잘 이해하고, 숙련된 수의학 약리학자는 필요하다면 단순히 통상적인 실험으로 이러한 변형을 설계 및/또는 수행할 수 있다.
본 발명에 있어서, 약학적 조성물은 약리학 분야에 알려져 있거나 이후 내용에서 전개되는 임의의 방법에 의해 제조될 수도 있다. 일반적으로, 이러한 정제용 방법은 활성 성분을 부형제 및/또는 하나 이상의 다른 보조 성분과 연관시키는 단계를 포함하고, 이어서 필요하거나 원하는 경우 생성물을 원하는 단일- 또는 다중-용량 단위로 성형 및/또는 포장하는 단계를 포함한다.
본 발명에 있어서, 약학적 조성물은 단일 단위 용량 및/또는 복수의 단일 단위 용량으로서 제조, 포장, 및/또는 포장하지 않은 채로 판매될 수도 있다. "단위 용량"은 사전 설정된 양의 활성 성분을 포함하는 약학적 조성물의 개별적인 양이다. 활성 성분의 양은 대상체에게 투여되는 활성 성분의 투여량 및/또는 그러한 투여량의 편리한 분획 예컨대 예를 들어 투여량의 1/2 또는 1/3과 일반적으로 동일하다.
본 발명에 있어서, 약학적 조성물 내 활성 성분, 제약상 허용되는 부형제, 및/또는 임의의 추가 성분의 상대량은 치료 대상체의 동일성, 크기, 및/또는 장애에 따라 그리고 조성물이 투여되는 경로에 따라 변할 것이다. 예로서, 조성물은 0.1％ 내지 100％ (w/w) 활성 성분을 포함할 수도 있다.
본 발명에 있어서, 제약상 허용되는 부형제는 특정한 투여 형태 목적에 적합한 임의의 모든 용매, 분산 매질, 희석제, 또는 다른 액체 비히클, 분산액 또는 현탁 보조제, 표면 활성제, 등장화제, 증점제 또는 유화제, 보존제, 고체 결합제, 윤활제 등을 포함한다. 임의의 통상적인 담체 배지가 예컨대 임의의 원하지 않는 생물학적 효과를 제공하거나 다르게는 약학적 조성물의 임의의 다른 성분과 유해한 방식으로 상호작용함으로써 물질 또는 그 유도체와 공존할 수 없는 것을 제외하고, 그 용도는 본 발명의 범위 내에 있는 것으로 고려한다. 제약상 허용되는 부형제는 적어도 135％, 96％, 97％, 98％, 99％, 또는 100％ 순수하다.
상기 부형제는 인간 및 수의학적 용도에서 승인되어 있다. 일부 실시예에서, 부형제는 미국식품의 약품국에 의해 승인되어 있다. 일부 실시예에서, 부형제는 제약 등급이다. 일부 실시예에서, 부형제는 미국 약전(USP), 유럽 약전(EP), 영국 약전, 및/또는 국제 약전(EP)의 표준을 충족한다.
일부 실시예에서, 부형제는 인간 및 수의학적 용도에서 승인되어 있다. 일부 실시예에서, 부형제는 미국식품의 약품국에 의해 승인되어 있다. 일부 실시예에서, 부형제는 제약 등급이다. 일부 실시예에서, 부형제는 미국 약전(USP), 유럽 약전(EP), 영국 약전, 및/또는 국제 약전(EP)의 표준을 충족한다.
약학적 조성물의 제조에 사용된 제약상 허용되는 부형제는 불활성 희석제, 분산제 및/또는 과립화제, 표면 활성제 및/또는 유화제, 붕해제, 결합제, 보존제, 완충제, 윤활제, 및/또는 오일을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
이러한 부형제는 임의로 본 발명의 제제에 포함될 수도 있다. 부형제 예컨대 코코아 버터 및 좌제 왁스, 착색제, 코팅제, 감미제, 향미제, 및 퍼퓸제는 조제사의 판단에 따라 조성물에 존재할 수 있다.
예시적인 희석제는 탄산칼슘, 탄산나트륨, 인산칼슘, 인산이칼슘, 황산칼슘, 칼슘 히드로겐 포스페이트, 인산나트륨 락토스, 수크로스, 셀룰로스, 미세결정질 셀룰로스, 카올린, 만니톨, 소르비톨, 이노시톨, 염화나트륨, 건조 전분, 옥수수 전분, 분말형 당, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
예시적인 과립화제 및/또는 분산제는 감자 전분, 옥수수 전분, 타피오카 전분, 소듐 스타치 글리콜레이트, 점토, 알긴산, 구아 검, 시트러스 펄프, 한천, 벤토나이트, 셀룰로스 및 목재 생성물, 천연 스폰지, 양이온-교환 수지, 탄산칼슘, 규산염, 탄산나트륨, 가교-결합형 폴리(비닐-피롤리돈) (크로스포비돈), 소듐 카르복시메틸전분 (소듐 스타치 글리콜레이트), 카르복시메틸 셀룰로스, 가교-결합형 소듐 카르복시메틸 셀룰로스 (크로스카르멜로스), 메틸셀룰로스, 예비젤라틴화 전분 (전분 1500), 미세결정질 전분, 수불용성 전분, 칼슘 카르복시메틸 셀룰로스, 규산알루미늄마그네슘 (비검), 소듐 라우릴 술페이트, 4급 암모늄 화합물, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
예시적인 표면 활성제 및/또는 유화제는 천연 유화제 (예를 들어 아카시아, 한천, 알긴산, 알긴산나트륨, 트라가칸트, 촌드럭스(chondrux), 콜레스테롤, 크산탄, 펙틴, 젤라틴, 난황, 카세인, 양모 지방, 콜레스테롤, 왁스, 및 레시틴), 콜로이드성 점토 (예를 들어 벤토나이트 [규산알루미늄] 및 비검 [규산알루미늄마그네슘]), 장쇄 아미노산 유도체, 고분자량 알콜 (예를 들어 스테아릴 알콜, 세틸 알콜, 올레일 알콜, 트리아세틴 모노스테아레이트, 에틸렌 글리콜 디스테아레이트, 글리세릴 모노스테아레이트, 및 프로필렌 글리콜 모노스테아레이트, 폴리비닐 알콜), 카르보머 (예를 들어 카르복시 폴리메틸렌, 폴리아크릴산, 아크릴산 중합체, 및 카르복시비닐 중합체), 카라기난, 셀룰로스 유도체 (예를 들어 카르복시메틸셀룰로스 소듐, 분말화 셀룰로스, 히드록시메틸 셀룰로스, 히드록시프로필 셀룰로스, 히드록시프로필 메틸셀룰로스, 메틸셀룰로스), 소르비탄 지방산 에스테르 (예를 들어 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노라우레이트 [트윈 20], 폴리옥시에틸렌 소르비탄 [트윈 60], 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노올레에이트 [트윈 80], 소르비탄 모노팔미테이트 [스팬 40], 소르비탄 모노스테아레이트 [스팬 60], 소르비탄 트리스테아레이트 [스팬 65], 글리세릴 모노올레에이트, 소르비탄 모노올레에이트 [스팬80]), 폴리옥시에틸렌 에스테르 (예를 들어 폴리옥시에틸렌 모노스테아레이트 [미르즈 45], 폴리옥시에틸렌 수소화 피마자 오일, 폴리에톡실화 피마자 오일, 폴리옥시메틸렌 스테아레이트, 및 솔루톨), 수크로스 지방산 에스테르, 폴리에틸렌 글리콜 지방산 에스테르 (예를 들어 크레모포르), 폴리옥시에틸렌 에테르, (예를 들어 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르 [브리즈 30]), 폴리(비닐-피롤리돈), 디에틸렌 글리콜 모노라우레이트, 트리에탄올아민 올레에이트, 올레산나트륨, 칼륨 올레에이트, 에틸 올레에이트, 올레산, 에틸 라우레이, 소듐 라우릴 술페이트, 플루로닉 F 68, 폴록사머 188, 세트리모늄 브로마이드, 세틸피리디늄 클로라이드, 벤즈알코늄클로라이드, 도큐세이트 소듐, 및/또는 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
예시적인 결합제는 전분 (예를 들어 옥수수 전분 및 전분 페이스트); 젤라틴; 당 (예를 들어 수크로스, 글루코스, 덱스트로스, 덱스트린, 당밀, 락토스, 락티톨, 만니톨); 천연 및 합성 검 (예를 들어 아카시아, 알긴산나트륨, 아이리쉬 모스의 추출물, 판워 검, 섀티 검, 이사폴 후스크스의 점액, 카르복시메틸셀룰로스, 메틸셀룰로스, 에틸셀룰로스, 히드록시에틸셀룰로스, 히드록시프로필 셀룰로스, 히드록시프로필 메틸셀룰로스, 미세결정질 셀룰로스, 셀룰로스 아세테이트, 폴리(비닐-피롤리돈), 규산알루미늄마그네슘 (비검), 및 라치 아라보갈락탄); 알기네이트; 폴리에틸렌 옥시드; 폴리에틸렌 글리콜; 무기 칼슘 염; 규산; 폴리메타크릴레이트; 왁스; 물; 알콜; 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
예시적인 보존제는 항산화제, 킬레이트화제, 항미생물 보존제, 항진균 보존제, 알콜 보존제, 산성 보존제, 및 다른 보존제를 포함할 수도 있다. 예시적인 항산화제는 알파 토코페롤, 아스코르브산, 아스코르빌 팔미테이트, 부틸화 히드록시아니솔, 부틸화 히드록시톨루엔, 모노티오글리세롤, 메타중아황산칼륨, 프로피온산, 프로필 갈레이트, 아스코르브산나트륨, 중아황산나트륨, 메타중아황산나트륨, 및 아황산나트륨을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 예시적인 킬레이트화제는 에틸렌디아민테트라아세트산 (EDTA), 시트르산 1수화물, 이나트륨 에데테이트, 이칼륨 에데테이트, 에데트산, 푸마르산, 말산, 인산, 소듐 에데테이트, 타르타르산, 및 트리소듐 에데테이트를 포함한다. 예시적인 항미생물 보존제는 벤즈알코늄 클로라이드, 벤제토늄 클로라이드, 벤질 알콜, 브로노폴, 세트리미드, 세틸피리디늄 클로라이드, 클로르헥시딘, 클로로부탄올, 클로로크레졸, 클로로크실레놀, 크레졸, 에틸 알콜, 글리세린, 헥세티딘, 이미드우레아, 페놀, 페녹시에탄올, 페닐에틸 알콜, 페닐질산수은 (phenylmercuric nitrate), 프로필렌 글리콜, 및 티메로살을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 예시적인 항진균 보존제는 부틸 파라벤, 메틸 파라벤, 에틸 파라벤, 프로필 파라벤, 벤조산, 히드록시벤조산, 칼륨 벤조에이트, 소르브산칼륨, 벤조산나트륨, 프로피온산나트륨, 및 소르브산을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 예시적인 알콜 보존제는 에탄올, 폴리에틸렌 글리콜, 페놀, 페놀계 화합물, 비스페놀, 클로로부탄올, 히드록시벤조에이트, 및 페닐에틸 알콜을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 예시적인 산성 보존제는 비타민 A, 비타민 C, 비타민 E, 베타-카로틴, 시트르산, 아세트산, 데히드로아세트산, 아스코르브산, 소르브산, 및 피트산을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 다른 보존제는 토코페롤, 토코페롤 아세테이트, 데테록시메 메실레이트, 세트리미드, 부틸화 히드록시아니솔 (BHA), 부틸화 히드록시톨루엔드 (BHT), 에틸렌디아민, 소듐 라우릴 술페이트 (SLS), 소듐 라우릴 에테르 술페이트 (SLES), 중아황산나트륨, 메타중아황산나트륨, 칼륨 술파이트, 메타중아황산칼륨, 글리단트 플러스, 페노닙, 메틸파라벤, 저몰 115, 게르마벤 II, 네올론, 카톤, 및 에욱실을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 특정 실시예에서, 보존제는 항-산화제이다. 다른 실시예에서, 보존제는 킬레이트화제이다.
예시적인 완충제는 시트레이트 완충 용액, 아세테이트 완충 용액, 포스페이트 완충제 용액, 염화암모늄, 탄산칼슘, 염화칼슘, 칼슘 시트레이트, 칼슘 글루비오네이트, 칼슘 글루셉테이트, 칼슘 글루코네이트, D-글루콘산, 글리세로인산칼슘, 락트산칼슘, 프로판산, 칼슘 레불리네이트, 펜탄산, 이염기성 인산칼슘, 인산, 삼염기성 인산칼슘, 수산화칼슘 포스페이트, 아세트산칼륨, 염화칼륨, 글루콘산칼륨, 칼륨 혼합물, 이염기성 인산칼륨, 일염기성 인산칼륨, 인산칼륨 혼합물, 아세트산나트륨, 중탄산나트륨, 염화나트륨, 시트르산나트륨, 락트산나트륨, 이염기성 인산나트륨, 일염기성 인산나트륨, 인산나트륨 혼합물, 트로메타민, 수산화마그네슘, 수산화알루미늄, 알긴산, 피로겐-자유수, 등장성 염수, 링거(Ringer's) 용액, 에틸 알콜, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
예시적인 윤활제는 스테아르산마그네슘, 스테아르산칼슘, 스테아르산, 실리카, 활석, 맥아, 글리세릴 베하네이트, 수소화 식물성 오일, 폴리에틸렌 글리콜, 벤조산나트륨, 아세트산나트륨, 염화나트륨, 류신, 마그네슘 라우릴 술페이트, 소듐 라우릴 술페이트, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
예시적인 오일은 아몬드, 살구 커넬, 아보카도, 바바수야자, 베르가모트, 흑색 커런트 종자, 보리지, 케이드, 카모마일, 카놀라, 카라웨이, 카르나우바, 카스토르, 시나몬, 코코아 버터, 코코넛, 대구 간, 커피, 옥수수, 목화 종자, 에뮤, 유칼립투스, 달맞이꽃, 생선, 아마 씨, 게라니올, 호박, 포도 종자, 개암, 히솝, 이소프로필 미리스테이트, 호호바, 쿠쿠이 넛, 라반딘, 라벤더, 레몬, 리트세아 쿠베바, 마카데미아 넛, 아욱, 망고 종자, 메도우폼 종자, 밍크, 넛멕, 올리브, 오렌지색의 오렌지색 라피, 팜, 팜핵, 복숭아 커넬, 땅콩, 양귀비 종자, 호박 종자, 평지씨, 쌀겨, 로즈마리, 홍화, 샌달우드, 사스쿠아나, 세이보리, 산자나무, 참깨, 시어 버터, 실리콘, 대두, 해바라기, 티트리, 엉겅퀴, 쓰바키, 베티버, 호두, 및 밀 배아 오일을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 예시적인 오일은 부틸 스테아레이트, 카프릴산 트리글리세리드, 카프르산 트리글리세리드, 시클로메티콘, 디에틸 세바케이트, 디메티콘 360, 이소프로필 미리스테이트, 미네랄 오일, 옥틸도데칸올, 올레일 알콜, 실리콘 오일, 및 이들의 조합을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
경구 및 비경구 투여를 위한 액체 투여 형태는 제약상 허용되는 에멀젼, 마이크로에멀젼, 용액, 현탁액, 시럽 및 엘릭시르를 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 활성 성분 외에, 액체 투여 형태는 본 기술분야에 공동으로 사용된 불활성 희석제 예컨대, 예를 들어, 물 또는 다른 용매, 가용화제 및 유화제 예컨대 에틸 알콜, 이소프로필 알콜, 에틸 카르보네이트, 에틸 아세테이트, 벤질 알콜, 벤질 벤조에이트, 프로필렌 글리콜, 1,3-부틸렌 글리콜, 디메틸포름아미드, 오일 (특히, 목화씨, 땅콩, 옥수수, 싹, 올리브, 아주까리, 및 참깨 오일), 글리세롤, 테트라히드로푸르푸릴 알콜, 소르비탄의 폴리에틸렌 글리콜 및 지방산 에스테르, 및 이들의 혼합물을 포함할 수도 있다. 불활성 희석제 외에, 경구 조성물은 아주반트 예컨대 습윤제, 유화제 및 현탁화제, 감미제, 향미제, 및 퍼퓸제를 포함할 수 있다. 비경구 투여를 위한 특정 실시예에서, 본 발명의 나노 탄소구조체는 가용화제 예컨대 크레모포르, 알콜, 오일, 변성 오일, 글리콜, 폴리소르베이트, 시클로덱스트린, 중합체, 및 이들의 조합과 혼합된다.
약물의 효과를 연장하기 위하여, 흔히 피하 또는 근육내 주사로부터 약물의 흡수를 느리게 하는 것이 바람직하다. 이는 낮은 수용해도를 갖는 결정질 또는 무정형 물질의 액체 현탁액을 사용함으로써 이루어진다. 그러면 약물의 흡수율은 결국 결정 크기 및 결정질 형태에 좌우될 수 있는 용해율에 좌우된다. 대안으로, 비경구 투여 약물의 지연된 흡수는 오일 비히클에서 약물을 용해 또는 현탁화함으로써 이루어진다.
본 발명에 있어서, 나노 탄소구조체의 국소 및/또는 경피 투여를 위한 투여 형태는 연고, 페이스트, 크림, 로션, 겔, 분말, 용액, 스프레이, 흡입제 및/또는 패치를 포함할 수도 있다. 일반적으로, 활성 성분은 멸균 장애하에서 제약상 허용되는 담체 및/또는 임의의 필요한 보존제 및/또는 요구될 수도 있는 완충제와 혼합되어 있다. 추가로, 본 발명은 흔히 활성 성분의 몸체로의 제어된 전달을 제공하는 추가 장점을 갖는 경피 패치의 사용을 고려한다. 이러한 투여 형태는 예를 들어 활성 성분을 적당한 배지에 융해 및/또는 분산시킴으로써 제조될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 비율 제어 막을 제공하고/거나 활성 성분을 중합체 매트릭스 및/또는 겔에 분산시킴으로써 비율이 제어될 수도 있다.
국소 투여를 위한 제제는 액체 및/또는 세미 액체 제제 예컨대 도찰제, 로션, 수중유 및/또는 유중수 에멀젼 예컨대 크림, 연고/또는 페이스트, 및/또는 용액 및/또는 현탁액을 포함하지만 이에 제한되지 않는다. 활성 성분의 농축이 용매 내 활성 성분의 용해도 한계만큼 높을 수도 있지만, 국소-투여가능한 제제는 예를 들어 약 1％ 내지 약 10％ (w/w) 활성 성분을 포함할 수도 있다. 국소 투여를 위한 제제는 본원에서 기술한 하나 이상의 추가 성분을 추가로 포함할 수도 있다.
본 발명에 있어서, 나노 탄소구조체는 전형적으로 쉬운 투여 및 균일한 투여를 위하여 투여 단위 형태로 제조된다. 그러나 본 발명의 조성물의 총 일일 용법은 타당한 의학적 판단의 범위 내에서 담당의에 의해 결정될 것임을 이해하게 될 것이다. 임의의 특정 대상체에 대한 특정한 치료 유효 용량 수준은 질환, 장애, 또는 치료 중인 장애 및 장애의 심각도를 포함하는 다양한 인자; 채택된 특정 활성 성분의 활성; 채택된 특정 조성물; 대상체의 나이, 체중, 전반적인 건강, 성별 및 다이어트; 채택된 특정 활성 성분의 투여 시간, 투여 경로, 및 배설율; 치료 기간; 채택된 특정 활성 성분과 조합하거나 동시에 사용한 약물; 및 의료 분야에 잘 알려진 인자 등에 좌우될 것이다.
특정 실시예에서, 본 발명의 나노 탄소구조체를 포함하는 약학적 조성물은 매일 대상체 체중의 약 0.001 mg/kg 내지 약 100 mg/kg, 약 0.01 mg/kg 내지 약 50 mg/kg, 약 0.1 mg/kg 내지 약 40 mg/kg, 약 0.5 mg/kg 내지 약 30 mg/kg, 약 0.01 mg/kg 내지 약 10 mg/kg, 약 0.1 mg/kg 내지 약 10 mg/kg, 또는 약 1 mg/kg 내지 약 25 mg/kg을 하루에 1회 이상 전달하기 충분한 투여량 수준으로 투여하여 원하는 치료 효과를 얻을 수도 있다. 목적 투여량은 하루에 세 번, 하루에 두 번, 하루마다, 이틀마다, 삼일마다, 매주마다, 2주마다, 3주마다, 또는 4주마다 전달될 수도 있다. 특정 실시양태에서, 목적 투여량은 다중 투여(예를 들어 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14 회 이상의 투여)를 통해 전달될 수도 있다.
본 발명에 있어서, 용량 범위는 성인에게 제공된 약학적 조성물의 투여에 대한 가이던스를 제공함을 이해하게 될 것이다. 예를 들어 어린이 또는 청소년에게 투여되는 양은 전문의 또는 본 기술분야의 숙련자에 의해 결정될 수 있고, 성인에게 투여되는 것보다 적거나 동일할 수 있다. 유효량을 달성하는 데 요구되는 본 발명에 따른 펩타이드의 정확한 양은 예를 들어 대상체의 종, 나이, 및 전반적인 장애, 부작용 또는 장애의 심각도, 특성 화합물의 동일성, 투여 방식 등에 따라 대상체마다 다를 것이다.
본 발명에 있어서 나노 탄소구조체을 포함하는 약학적 조성물은 조합 요법으로 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 조합 요법에 사용되기 위한 치료의 특정한 조합(치료제 또는 절차)은 달성될 목적 치료 효과 및 목적 치료제 및/또는 절차의 적합성을 고려할 것이다.
본 발명의 약학적 조성물은 단독으로 또는 하나 이상의 치료 활성제와 조합하여 투여될 수 있다. "조합"의 경우, 다음 전달 방법이 본 발명의 범위에 속하긴 하지만, 작용제가 꼭 동일한 시간에 투여되어야 하고/하거나 같이 전달되기 위해 제형화되어야 한다는 것을 시사하도록 의도되진 않는다. 조성물은 하나 이상의 다른 목적 치료제 또는 의료 절차와 동시에, 그보다 먼저, 또는 그 이후에 투여될 수 있다. 일반적으로, 각 작용제는 그 작용제에 대해 정해진 투여량 및/또는 시간 스케쥴로 투여될 것이다. 추가로, 본 발명은 신체 내에서 그의 생체이용률을 개선시키고, 그의 대사를 감소 및/또는 수정하고, 그의 분비를 억제하고, 및/또는 그의 분포를 수정할 수 있는 작용제와 조합하여 본 발명의 약학적 조성물을 전달하는 것을 아우른다. 이 조합에서 사용되는 본 발명의 나노 탄소구조체 및 치료 활성제는 단일 조성물로 같이 투여되거나 상이한 조성물로 별도로 투여될 수 있다는 것이 더 이해될 것이다.
조합 요법에 사용되는 특정한 조합은 달성될 목적 치료 효과 및/또는 본 발명의 펩타이드를 포함하는 절차 및/또는 치료 활성제의 적합성을 고려할 것이다. 사용되는 조합은 동일한 장애에 대해 목적 효과를 달성할 수 있고(예를 들어, 본 발명의 나노 탄소구조체는 동일한 장애를 치료하는 데 사용되는 또 다른 치료 활성제와 병용하여 투여될 수 있다), 및/또는 이것들은 상이한 효과를 달성할 수 있다(예를 들어, 임의의 부작용 제어)는 것이 이해될 것이다.
본 발명에 있어서, "치료 활성제"는 장애를 치료, 예방, 지연, 환원 또는 개선시키기 위한 의약으로서 사용되는 임의의 물질을 가리키고, 예방적 및 치유적 치료를 포함하는, 치료에 사용되는 물질을 가리킨다.
일부 실시예에서, 본 발명의 약학적 조성물은 하나 이상의 증상 또는 두피 질환 특징을 치료, 경감, 개선, 완화시키고, 그 개시를 지연시키고, 그 진행을 억제시키고, 그 중증도를 감소시키고, 및/또는 그 발생률을 감소시키는 데 유용한 임의의 치료 활성제 또는 절차 (예를 들어, 수술, 방사선 요법)와 조합하여 투여될 수 있다.
또한, 본 발명은 나노 탄소 구조체를 두피질환 환자에 투여하는 단계를 포함하는 두피질환 치료방법을 제공한다.
상기 나노 탄소 구조체는 상기 두피 또는 모발 케어용 조성물에서 사용된 나노 탄소 구조체와 동일하므로 설명은 그 기재로 대신한다.
상기 두피질환은 건선, 지루성 피부염, 비듬 및 탈모로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 본 발명은 나노 탄소 구조체를 두피질환 치료에 사용하기 위한 용도를 제공한다.
상기 나노 탄소 구조체는 상기 두피 또는 모발 케어용 조성물에서 사용된 나노 탄소 구조체와 동일하므로 설명은 그 기재로 대신한다.
상기 두피질환은 건선, 지루성 피부염, 비듬 및 탈모로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 나노 탄소 구조체(예컨대, 아민화된 나노 산화그래핀 및 페길화된 나노 산화그래핀)는 소량으로도 두피의 각질표면에 흡수되어 두피의 염증 및 건선을 유발하는 피부세포에 영향을 미쳐 두피 질환을 예방할 수 있다.
또한, 본 발명의 나노 탄소 구조체는 소량으로도 모공, 모근 또는 모발을 강화시켜 모발의 성장을 유도하고 탈모를 방지할 수 있으며 머리카락이 엉키지 않도록 하는 윤활특성이 있어 두피 및 모발 케어 제품에 활용할 수 있다.
나아가, 본 발명은 두피 및 모발 케어 효과를 증대시키기 위해 분산성을 극대화시킨 나노 탄소 구조체를 사용하여 단백질 및 기타 혼합물에 의해서도 분산성에 문제가 발생되지 않는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 나노 탄소 구조체를 TEM 방법으로 촬영한 결과, 6nm의 크기의 동전 모양인 것을 나타낸다.
도 2는 나노 탄소 구조체를 엑스선 회절법(X-ray diffractometer; XRD)으로 분석한 결과에 관한 것이다.
도 3은 나노 탄소 구조체를 엑스선 광전자 분광법(X-ray Photoelectron Spectroscopy; XPS)으로 분석한 결과에 관한 것이다.
도 4는 나노 탄소 구조체를 Raman 분석한 결과에 관한 것이다.
도 5는 나노 탄소 구조체를 푸리에 변환 적외선 분광법 (Fourier Transform Infra-red; FTIR)으로 분석한 결과에 관한 것이다.
도 6은 나노 탄소 구조체를 원자현미경(Atomic Force Microscopy, AFM) 방법에 의해 분석한 결과에 관한 것이다.
도 7은 나노 탄소 구조체를 입도분석 방법(레이저 회절법)으로 분석한 결과에 관한 것이다.
도 8은 페길화된 나노 탄소 구조체를 FT-IR 분석법으로 분석한 결과에 관한 것이다.
도 9는 아민화된 나노 탄소 구조체를 FT-IR 분석법으로 분석한 결과에 관한 것이다.
도 10은 본 발명의 나노 탄소 구조체의 그래핀 단층의 계면의 Zeta Potential을 -50mV 이상으로 제어한 결과를 나타낸다.
도 11은 제어되지 않은 기존 나노 탄소 구조체의 용액상태에서 발생했던 덩어리화가 본 발명의 제어된 나노 탄소 구조체의 경우 용액상태에서 최대 7,000μg/ml(0.7wt%) 농도까지 덩어리화가 발생하지 않는 것을 나타낸다.
도 12는 본 발명의 나노 탄소 구조체 및 이의 변이체((NGO-PEG 및 NGO-NH2)의 세포 독성을 확인한 결과를 나타낸다. 점선은 cut-off 를 나타낸다.
도 13은 나노 탄소 구조체가 피부 염증에서 면역반응을 일으키는 T helper 2 cell 세포의 분화율에 미치는 영향에 관한 것이다.
도 14는 나노 탄소 구조체가 염증이 유발된 각질형성세포(Keratinocyte)에서 IL-8의 발현에 미치는 영향에 관한 것이다.
도 15는 피부부식시험에서 본 발명의 나노 탄소 구조체를 인공피부모델에 3분(3 min) 적용하였을 때의 세포생존률을 나타낸다. 점선은 cut-off 를 나타낸다.
도 16은 피부부식시험에서 본 발명의 나노 탄소 구조체를 인공피부모델에 1시간(1 hour) 적용하였을 때의 세포생존률을 나타낸다. 점선은 cut-off 를 나타낸다.
도 17은 피부자극시험에서 본 발명의 나노 탄소 구조체를 인공피부모델에 적용하였을 때의 세포생존률을 나타낸다. 점선은 cut-off 를 나타낸다.
도 18은 피부장벽능 개선효능평가에서 본 발명의 나노 탄소 구조체 및 탄소 구조체를 인공피부모델에 적용하였을 때의 상피간전기저항도(TEER)를 나타낸다.
도 19는 피부장벽능 개선효능평가에서 본 발명의 나노 탄소 구조체 및 탄소 구조체를 인공피부모델에 적용하였을 때의 경피수분손실도(TEWL)를 나타낸다.
도 20은 피부장벽능 개선효능평가에서 본 발명의 나노 탄소 구조체 및 탄소 구조체를 인공피부모델에 적용하였을 때의 H&E 염색 결과를 나타낸다.
도 21은 본 발명의 나노 탄소 구조체의 큐티박테리움 아크네스(Cutibacterium acnes) 여드름균에 대한 항균 효과를 나타낸다.
도 22는 본 발명의 나노 탄소 구조체의 말라세지아 푸르푸르(Malassezia furfur) 지루성 비듬균에 대한 항균 효과를 나타낸다.
[실시예 1]
나노 탄소 구조체 및 이의 변이체 제작
<1-1> 나노 탄소 구조체 제작
탄소구조체로 흑연(graphite)(Qingdao Kropfmuehl, China)를 이용하였으며, Tayler Couette flow method을 통해 나노 탄소 구조체(나노 산화그래핀)를 합성하였다. 나노 탄소 구조체를 형성하는 방법은 아래와 같다. 흑연(그라파이트)을 1:40~70 비율로 황산(H2SO4)과 혼합하고, 질산나트륨(NaNO3)을 흑연(그라파이트)과 1:0.2~0.7 비율로 혼합한다. 상기 혼합물을 일정 시간 동안 일정 회전 속도로 혼합한 후, 과망간산칼륨(KMnO4)을 1:5~8 비율로 혼합한 후, 1시간부터 72시간까지 150 rpm ~ 550 rpm의 회전력을 가해서 제작한다. 이때 회전력을 가하는 조건 및 설비는 산화 그래핀의 품질에 따른다. 상기 공정으로 제작된 산화그래핀을 물리적인 공정을 통해 나노화를 구현한다. 나노화 조건은 나노화되는 산화그래핀의 사이즈에 따라 달리한다.
나노 크기의 탄소 구조체를 제조하기 위하여, 수득한 탄소 구조체를 아래와 같은 공정을 통해 나노화를 구현한다. 수득한 산화그래핀을 마찰력을 강화시키기 위해 용매를 추가한다. 일반적으로 사용되는 용매는 DI Water가 사용되나, 나노화된 산화 그래핀의 용도에 맞게 설정한다. 사용되는 용도에 따라 용매는 에탄올, 아세톤, DMF 등 다양하게 적용할 수 있다. 사용되는 용매의 비율은 산화그래핀과 동일한 양부터 1,000배까지 사용될 수 있다. 이것은 산화그래핀의 나노화 특성에 따라 달라질 수 있다. 용매에 혼합된 일정량의 산화그래핀을 물리적인 방법이 적용되는 장비에 투입하여 물리적인 방법으로 산화그래핀의 입도를 작게 만든다. 또한, 산화그래핀을 제작할 때 적용되는 각 소재의 비율이 산화그래핀의 나노화를 촉진시키는 비율로 작용할 수 있다. 장비에서 물리적인 방법을 통해 나노화된 소재를 추가적으로 사이즈를 분리하기 위해서는 필터를 통해 나노 산화그래핀을 분리할 수 있다. 또한, 원심공정을 통해 사이즈별로 분리할 수 있다. 이때 원심은 사이즈에 따라 회전수를 적용하여 사용할 수 있다. 이렇게 제조된 나노 산화그래핀을 TEM 방법으로 촬영하여 확인한 결과, 6nm 크기의 동전 모양으로 확인되었다(도 1).
<1-2> 나노 탄소 구조체의 변이체 제작
페길화된 나노 산화그래핀 제작 관련하여, 산화 그래핀을 PEG와 부착하기 위해 산화 그래핀에 PEG를 1(산화그래핀의 농도가 0.1 ~ 1 wt% 인 DI에 분산된 형태) : 1 ~ 3 (PEG Powder 비율)로 혼합하여, 상온에서 5분에서 60분까지 혼합한다. 이 때 시간은 양에 따라 달라진다. 상기 혼합물에 EDC-HCl을 PEG 분말의 5 ~ 20%(무게비)까지 추가하여 상온에서 10분에서 2시간까지 혼합한다. 이때 가해지는 회전력은 150 rpm에서 350 rpm까지 가해질 수 있다.
상기 공정이 완료되면 추가적으로 EDC-HCl을 PEG 분말의 30 ~ 60%(무게비)까지 추가하여 12시간부터 24시간까지 혼합을 한다. 이때도 회전력은 상기와 같은 조건으로 진행한다.
반응이 완료된 상기 혼합물을 고속원심 또는 필터를 통해 반응하지 않는 용매를 제거한 후, 슬러리 형태의 소재를 사용한다. 고속 원심의 경우, 상부에 부유한 물질을 사용한다. 산화그래핀과 PEG가 반응한 경우에는 친수성을 띄기 때문에 DI에 부유하는 특성을 가지고 있어서 원심을 적용할 경우에는 상부 소재를 사용한다.
아민화된 나노 산화그래핀 제작 관련하여, 산화 그래핀을 아민화 시키기 위해서는 DI에 분산된 산화 그래핀과 황산 수소 나트륨을 1 (DI에 분산된 산화그래핀 - 농도는 무게비로 0.01 ~ 1.0까지의 분산된 산화그래핀) : 0.001 ~ 0.1(황산 수소 나트륨)의 비율로 혼합하여, 30분부터 4시간까지 혼합한다. 시간은 혼합비에 따라 달라진다. 혼합된 상기 혼합물을 암모니아수를 1(DI에 분산된 산화그래핀) : 0.1 ~ 0.5(농도 25 ~ 30%인 암모니아수)의 비율(무게비)로 혼합하여 고압반응기에서 150℃까지 가열하여 산화그래핀에 암모니아수를 반응시켜 아민기를 산화그래핀에 부착하는 공정을 진행한다. 이때 고압반응기의 압력은 최대 20 bar를 넘지 않도록 조건을 설정해야 한다. 반응에 필요한 시간은 양에 따라 달라지지만, 12시간에서 24시간까지 소요된다. 상기 반응된 혼합물을 0.22 mm 기공을 가진 필터를 통해 필터링을 통해 미반응된 황산 수소 나트륨 및 암모니아수를 제거하여 공정을 마무리한다.
[실시예 2]
나노 탄소 구조체의 구조 및 화학적 특성 확인
엑스선 회절법(X-ray diffractometer; XRD), 엑스선 광전자 분광법 (X-ray Photoelectron Spectroscopy; XPS), Raman 분석법 및푸리에 변환 적외선 분광법(Fourier-transform infrared spectroscopy; FT-IR)을 통해 각 나노 탄소구조체의 구조 및 화학적 특성을 검증하였으며, 작용기 종류와 결합을 확인하였다. 엑스선 회절법(XRD)은 실험실에서 화학적 조성, 결정 구조, 결정질 크기, 변형, 우선 방위 및 층 두께 등 물질의 구조 정보를 확인할 수 있는 기술이며, X선 광전자 분광법(XPS)은 물질 내에 존재하거나 표면을 덮고 있는 원소뿐만 아니라 물질 내 전체 전자 구조 및 밀도를 식별할 수 있는 광전 효과에 기초한 민감한 정량분광 기술이다.
나아가, 원자현미경(Atomic Force Microscopy, AFM) 방법을 통해 나노 탄소 구조체의 미세 구조 및 형상의 정밀 분석을 진행하였고, 입도분석 방법(레이저 회절법)을 통해 나노 크기 및 정밀도를 확인하였다.
엑스선 회절법(X-ray diffractometer; XRD) 분석 결과, 본 발명에서 나노 탄소 구조체는 높은 에너지를 사용하여 산화그래핀(Graphene Oxide)을 작게 쪼개서 30nm이하로 만들었기 때문에 산화그래핀(Graphene Oxide)에서 근본적으로 나타나는 2θ값과 유사한 10˚ 근처(10.56 ˚)에서 피크(Peak)가 형성되는 것을 확인하였다(도 2).
엑스선 광전자 분광법 (X-ray Photoelectron Spectroscopy; XPS) 분석 결과, 나노 탄소 구조체의 XPS wide peak은 각각 C=0, C-O-C, C-C 결합을 나타내며, 산소가 약 30%/중량을 차지하는 것을 확인하였다(도 3).
Raman 분석 결과, 그래핀(Graphene)의 주요 Peak D, G, 2D 중 1342cm-1에서 D Peak와 1584cm-1에서 G Peak가 형성된 것을 확인하였다(도 4). 본 발명의 나노 탄소 구조체는 강한 에너지를 사용하여 사이즈를 작게 제조하였다. 입자크기가 작아질수록 무질서한 표면 구조가 많아지므로 ID/IG의 비율이 점진적으로 커지는 것을 확인 할 수 있다. 또한, 나노탄소 구조체의 ID/IG의 비율은 0.98값을 나타낸다.
푸리에 변환 적외선 분광법(Fourier-transform infrared spectroscopy; FT-IR) 분석 결과, 본 발명의 나노 탄소 구조체의 FT-IR peak은 C-O(1045cm-1), C=O(1630cm-1, 1729cm-1), C-H(2859cm-1)에서 관찰된다(도 5). 또한, 나노화 과정에서 O-H Peak가 높은 에너지로 인한 Damage로 Board해지는 것을 확인하였다(도 5).
나아가, 원자현미경(Atomic Force Microscopy, AFM) 방법으로 분석한 결과 나노 탄소 구조체의 입자 크기는 직경 35 nm이하이고, 나노 탄소 구조체의 두께는 0.34㎚이며, 층과 층의 갭은 0.7nm임을 확인하였다. AFM으로 측정된 층과 층의 갭이 약 1.2㎚ 이하인 경우 단층이므로 본 발명의 나노 탄소 구조체는 나노화를 위하여 면적과 층수를 최소화하였고, 대부분 단층으로 구성된 것을 확인하였다(도 6).
입도분석 방법(레이저 회절법)으로 분석 결과 또한, 나노 탄소 구조체의 입도 사이즈는 2만개 이상의 모수로 측정한 바, 35㎚ 미만인 것을 확인하였으며, 평균 입도사이즈는 16nm이었다(도 7).
나노 탄소 구조체로는 나노 산화그래핀 외에 나노 산화그래핀 변이체를 제작하였으며, 그 특성을 FT-IR 분석법으로 확인하였다. 페길화된 나노 산화그래핀의 특징은 나노 산화그래핀에서는 나타나지 않고, 전형적인 PEG에서 보여지는 Peak를 통해 확인하였다(도 8). 또한, 아민화된 나노 산화그래핀에서도 전형적인 Amide Peak가 형성됨을 확인하였다(도 9).
[실시예 3]
나노 탄소 구조체의 분산 기술
본 발명의 나노 탄소 구조체는 화학적 박리법으로 제조된 산화 그래핀이다. 이때, 요구된 기술은 수~수십 나노미터 크기의 제어 기술 외에도, 용매에 나노 산화 그래핀을 분산하는 기술이 필수적이다. 산화 그래핀(Graphene Oxide)은 기본적으로 용매(solvent)에 용해(dissolve)되지 않고 분산(disperse)되어 존재한다. 산화 그래핀은 표면의 높은 화학적 활성도 및 낮은 시트 저항의 특징을 가지고 있으며, 이는 반 데르 발스 힘(van der Waals forces)과 π-π 상호 작용과 같은 인력에 의해 지배되어 단층 구조의 산화 그래핀이 적층 구조의 덩어리화(agglomeration)되는 부작용이 발생한다.
본 발명에서는 이러한 문제를 해결하기 위해, 탄소 나노 구조체 표면의 높은 화학적 활성도를 조정하여 그래핀 단층의 계면의 표면전하(Zeta Potential)를 -50mV 이상으로 제어하였다(도 10). 이렇게 제어된 탄소 나노 구조체를 용액상태에서 기존 발생했던 덩어리화를 최대 7,000μg/ml(0.7wt%) 농도까지 발생하지 않는 것을 확인하였다(도 11).
[실시예 4]
나노 탄소 구조체의 세포 독성 평가
탄소 나노 구조체의 세포독성을 비교 확인하기 위해, MTT 방법을 활용하여 다양한 농도에서 생존율을 측정하였다.
우선, 탄소 나노 구조체를 24 시간 동안 마우스 유방암 세포주(4T1)에 반응 후 세포 생존률을 비교하였다. 나노 산화그래핀(NGO) 및 기능화된 나노 산화그래핀(NGO-PEG 및 NGO-NH2)은 10μg/ml 농도까지 50% 이상의 세포 생존률을 보였다. 하지만, 나노 사이즈가 아닌 일반 산화그래핀(GO)에서는 1μg/ml 농도부터 세포생존률이 급격하게 저하되어 10μg/ml 농도에서는 세포 생존율이 30% 이하로 떨어지는 것을 확인하였다. 즉, 세포 독성이 발생하여 생체 적합하지 않은 것으로 확인되었다(도 12).
[실시예 5]
나노 탄소 구조체에 의한 T helper 2 cell 의 발생 억제 확인
T 도움 2 세포(T helper 2 cell, Th 2)는 피부염증에서 면역반응을 일으키는 주요 세포로 알려져 있다. T helper 2 cell은 IL-10 의 신호전달을 통해 GATA3 (GATA binding protein 3) 전사인자를 발현하고 IL-4를 생성한다. hPBMC(Human Peripheral Blood Mononuclear Cells; Lonza, Switzerland)에서 T helper 2 cell로 분화시키는 과정에서 나노 탄소구조체를 처리하여 T helper 2 cell 분화율을 확인하였다. 구체적으로, 제대혈로부터 단핵세포(mononuclear cell)를 분리한 후, 즉시 CD4 microbead를 통해 positive selection하고 MHC class Ⅱanti-B220, F4/80 항체를 이용해 negative depletion시켜 naive T cell(Th0)을 분리하였다. T helper cell polarization을 위해서, human CD4 + T Cell Isolation Kit (Miltenyi Biotec)로 CD4+ cell(T helper cell) 분리하였다. 그 다음, 24 well plate에 well 당 5 X 10^5 CD4+ cells seeding 하였다. 배양 배지는 RPMI 1640 media (0.5 ~ 1ml/well; Gibco)를 사용하여 아래 조건에서 5 일간 배양하였다. 이때 CD4+ IL-4+ 세포를 유도하기 위해서 rhIL-2 20ng/ml, rhIL-4 20ng/ml, rhIL-6 20ng/ml 첨가제를 사용하였으며, Dynabeads Human T-Activator CD3/CD28 (1:50)를 첨가하였다. 이때, 상기 첨가제 및 나노 탄소 구조체를 첨가한 실험군과 첨가제만 포함된 음성 대조군을 구분하여 5일간 배양하고 실험을 진행하였다.
그 결과, 음성 대조군(naive T cell)에서 피부염증을 유발하는 T helper 2 cell 세포의 분화율이 약 20%인 것에 반해, T helper 2 cell polarization 후인 양성 대조군(T helper 2 cell)에서는 60% 이상으로 증가한 것을 확인하였다(도 13). 반면, 나노 탄소 구조체를 처리한 실험군에서는 피부염증을 유발하는 T helper 2 cell 세포의 분화율이 40% 이하로 현저하게 감소한 것을 확인 하였다(도 13). 네 가지 서로 다른 그래핀의 농도(1:25, 1:50, 1:100, 1:200)에서 모두 T helper 2 cell의 분화율이 감소하는 것으로 나타났다. 즉, 나노 탄소 구조체가 피부염증을 유발하는 T helper 2 cell로의 분화 및 T helper 2 cell의 발생을 유의하게 억제할 수 있다.
[실시예 6]
나노 탄소 구조체에 의한 IL-8 발현량 감소 확인
나노 탄소구조체의 지루성 피부염의 효과를 확인하기 위해, 표피의 약 80%를 차지하는 각질형성세포(Keratinocyte) 세포주 HaCat 세포를 이용하여 다음과 같은 실험을 진행하였다. HaCat 세포는 DMEM high glucose 배양 배지에 10% FBS를 첨가하여 배양하였다. 이때, 실험에 사용한 세포의 Confluency는 70% 이하로 유지하였다. 염증성 사이토카인(post-inflammatory cytokine)의 과발현 상황을 모사하기 위하여, 배양 배지에 IFN-gamma (10ng/ml) 및 TNF-alpha (10ng/ml)를 24시간 처치하여 세포를 자극하였다. 해당 실험의 음성 대조군으로는 아무 처리하지 않은 세포군을 사용했으며, 양성 대조군으로는 자극조건을 처리한 세포군을 사용하였다. 자극원과 대조군 나노 탄소 구조체를 처리하고 하루가 경과한 후, 세포 내에 발현된 염증성 사이토카인(post-inflammatory cytokine)인 IL-8(interleukin-8)의 발현량을 Real time RT-PCR 기법을 통해 측정하였다. 각 실험군 마다의 IL-8 유전자 mRNA 발현량을 비교하여, 그 결과를 상대적 유전자 발현량(relative gene expression level)으로 분석하였다.
그 결과, 염증성 사이토카인(post-inflammatory cytokine)인 IL-8의 발현량이 자극조건 하 양성 대조군에서는 약 2.5배 증가한 것으로 나타났다(도 14). 반면, 자극 조건에서 나노 탄소구조체를 처리한 실험군에서는 IL-8의 발현량이 처리된 나노 탄소구조체의 농도(0.3μg/ml, 0.6μg/ml, 1.5 μg/ml)에 따라 감소하는 것을 확인하였다(도 14). 특히, 1.5 μg/ml 농도의 나노 탄소 구조체를 처리한 경우는 IL-8의 발현량이 자극을 처리하지 않은 음성대조군과 동일한 수준으로 감소한 것을 확인하였다(도 14). 즉, 본 발명의 나노 탄소 구조체가 염증이 유발된 각질형성세포에서 염증이 없는 세포와 유사한 수준으로 IL-8이 발현되도록 IL-8의 발현을 억제할 수 있다. 나아가, 본 발명의 나노 탄소 구조체는 건선, 지루성 피부염, 비듬 등의 두피 질환의 증상을 유발하는 면역반응을 유도하는 염증사이토카인의 생성을 감소시켜 두피 질환의 염증반응을 효과적으로 완화시킬 수 있다.
[실시예 7]
나노 탄소 구조체의 인공피부모델을 이용한 피부부식시험
본 발명자들은 인공피부모델 케라스킨(KeraSkin)을 이용하여 나노 탄소 구조체의 피부부식성을 평가하였다. 케라스킨은 인체유래 피부각질세포를 이용하여 피부의 상피를 재현한 인공피부모델로써 실제 피부와 형태학적, 미세구조, 바이오마커 발현에 있어 유사하게 제작되었다.
구체적으로, 시료 처리 후 케라스킨의 각질층을 투과하면서 나타나는 피부세포의 손상을 측정하여 피부 부식 가능성을 예측하고자 하였다. 본 실험은 시험물질의 세포생존율 측정 시약인 MTT를 사용하고, 화장품 위해 평가 가이드라인(식약처, 2013)을 준수하여 진행하였다. 음성대조물질(Deionized water)의 세포생존율을 100 %으로 하고, 시험물질을 3 min 적용 시 세포생존율이 50% 미만인 경우와 3 min 적용 시 세포생존율이 50% 이상이고 1 hour 적용 시 세포생존율이 15% 이하인 경우는 부식성 물질로, 3 min 적용시 세포생존율이 50% 미만인 경우는 비부식성 물질로 판정하였다. 시험물질 3 min 적용 시 음성대조물질의 흡광도 평균값은 0.890 이고, 시험물질 1 hour 적용 시 음성대조물질의 흡광도 평규값은 0.785 이므로 제시된 음성대조군 흡광도값 허용기준 (0.7 ≤ ODNC <1.6) 내에서 적절한 시험결과가 도출되었다. 시험물질을 3 min 적용 시 음성대조물질의 세포생존율은 100%, 양성대조물질(8N KOH, Potassium hydroxide)의 세포생존율은 1.6%이며, 시험물질을 1 hour 적용 시 음성대조물질의 세포생존율은 100.0 %, 양성대조물질의 세포생존율은 0.6% 시험이 적절히 수행되었다.
상기 [실시예 1] 에서 제조한 나노 탄소 구조체 0.1 wt%(1 ㎎/㎖) 를 인공피부모델에 3 min 적용 시 세포생존율은 99.5%이며(도 15), 1 hour 적용 시 세포생존율은 108.8 %로 산출되어 비부식성으로 평가되었다(도 16).
[실시예 8]
나노 탄소 구조체의 인공피부모델을 이용한 피부자극시험
본 발명자들은 인공피부모델 케라스킨(KeraSkin)을 이용하여 나노 탄소 구조체의 피부자극성을 평가하였다.
구체적으로, 시료 처리 후 케라스킨의 각질층을 투과하면서 나타나는 피부세포의 손상을 측정하여 피부 자극 가능성을 예측하고자 하였다. 본 실험은 시험물질의 세포생존율 측정 시약인 MTT를 사용하고, 화장품 위해평가 가이드라인(식약처, 2013) 및 화장품 독성시험 동물대체시험법 가이드라인 V: 인체 피부모델을 이용한 피부자극시험법(식약처, 2014)을 준수하여 진행하였다. 음성대조물질(DPBS, Dulbecco’s Phosphate Buffered Saline)의 세포생존율을 100%으로 하고, 세포생존율이 50% 초과인 경우는 비자극 물질로, 50% 이하인 경우는 피부자극 물질로 판정한다. 음성대조물질의 흡광도 평균값은 1.043 이므로 제시된 음성대조군 흡광도값 허용기준 (0.7 ≤ ODNC <1.6) 내에서 적절한 시험결과가 도출되었으며, 음성대조물질의 세포생존율은 100%, 양성대조물질(5% SDS, sodium dodecyl sulfate)의 세포생존율은 1.6%로 시험이 적절히 수행되었다.
상기 [실시예 1] 에서 제조한 나노 탄소 구조체 0.1 wt%(1 ㎎/㎖) 를 인공피부모델에 적용시 세포생존율은 102.1%로 산출되어(도 17), 비자극으로 평가되었다.
[실시예 9]
나노 탄소 구조체의 인공피부모델을 이용한 피부장벽능 개선효능평가
본 발명자들은 인공피부모델 케라스킨(KeraSkin)을 이용하여 나노 탄소 구조체의 피부 장벽능 개선을 평가하고자 하였다. 케라스킨은 피부각질세포를 인체 피부조직으로부터 분리하여 체외 증폭시키고 3 차원으로 배양한 인체조직모델로서, 실제 사람의 피부 표피와 구조적·기능적으로 유사하다. 기저층·유극층·과립층·각질층의 다층구조로 되어 있으며 피부의 분화, 줄기세포능, 장벽능, 세포간 결합능 등의 표지 인자(cytokeratin 10, cytokeratin 14, p63, E-cadherin, filaggrin, loricrin, involucrin)를 발현하고 있다.
구체적으로, 기능성화장품 유효성 평가를 위한 가이드라인 (식약처, 2005)에서 제시하는 기능성 화장품 평가기준과 국내외 피부 연구 관련 유명 학술보고의 시험 방법에 따른 시험법을 준수하여 진행하였다. 케라스킨 표면에 음이온 계면활성제인 SDS(sodium dodecyl sulfate)를 처치하여 피부 본연의 장벽능을 약화시킨 후 양성대조물질(10 μM 레티노익산(retinoic acid))과 시험물질(0.01wt% NGO)을 48 시간 도포 처치하여 SDS 로 인해 약화된 피부장벽능의 개선 정도를 평가하기 위해서 millipore ERS-2 (Millipore, USA) 시스템으로 상피조직에서의 전기저항도와 GPSKIN BARRIER PRO-II 시스템으로 경피수분손실도를 측정하였고, 면역화학염색을 통해 피부장벽마커 4 종에 대한 조직 병리를 수행하였다.
상피세포층은 세포와 세포 사이의 결합형태 중 하나인 밀착연접(tight junction)이 발달해있다. 이러한 밀착연접으로 인해 물리 화학적 장벽을 형성하고 있으며 이 장벽의 강도(strength)와 무결성(integrity)은 “상피간전기저항도(TEER, Transepithelial electrical resistance)”라고 하는 세포층에 걸친 전기저항 정도를 통해 평가할 수 있다. 장벽능이 우수할수록 상피간전기저항도 값도 증가한다. 정상 인공피부모델의 상피간전기저항도는 1726.8±85.3 Ω.cm2 으로 나타났으며, 2% SDS 처치한 장벽손상군의 상피간전기저항도는 69.2±2.1 Ω.cm2이고 장벽손상군에 10μM 레티노익산, 0.01wt% NGO 를 적용 시 상피간전기저항도는 각각 347.0±15.7 Ω.cm2, 313.7±10.2 Ω.cm2, 300.5±3.4 Ω.cm2 으로 나타났다(도 18). 2% SDS 에 의한 장벽손상군은 음성대조군에 비해 상피간전기저항도가 96.0% 감소되었다. 장벽손상피부모델에 10μM 레티노익산 적용 시 상피간전기저항도는 장벽손상군보다 16.1% 증가하였다. 장벽손상피부모델에 0.01wt% NGO 적용 시 상피간전기저항도는 장벽손상군보다 14.2%, 13.4% 증가하였다.
경피의 수분은 피부가 장벽의 기능을 정상적으로 수행하는데 필수적인 요소로서, “경피수분손실도(TEWL, Transepidermal water loss)”가 증가하면 정상적이 박리에 필요한 효소 기능이 손상되어 피부장벽의 기능을 정상적으로 수행하지 못하게 된다. 따라서, 피부장벽의 손상 및 회복과정에서 경피수분손실도는 중요한 생리학적 지표로 사용된다. 정상 인공피부모델에 2% SDS 처치한 장벽손상군의 경피수분손실도는 음성대조군 대비 133.7±3.2%로 증가하였으며, 장벽손상군에 10μM 레티노익산, 0.01wt% NGO 를 적용 시 경피수분손실도는 음성대조군 대비 각각 122.9±6.5%, 126.6±4.0%, 123.9±3.8%로 나타났다(도 19). 2% SDS 에 의한 장벽손상군은 음성대조군에 비해 경피수분손실도가 33.7% 증가하였다. 장벽손상피부모델에 10μM 레티노익산 적용 시 경피수분손실도는 장벽손상군보다 10.8% 감소하였다. 장벽손상피부모델에 0.01wt% NGO 적용 시 경피수분손실도는 장벽손상군보다 7.1%, 9.8% 감소하였다.
H&E 염색 (hematoxylin & eosin stain)은 조직학에서 이용되는 기본적인 염색방법으로 헤마톡실린은 세포핵을 파란색으로 염색하며 에오신은 핵 이외의 부위를 대조염색하는 역할을 한다. 면역조직화학염색은 특이적인 항원-항체 결합을 기반으로 하여 조직내 특정 항원의 발현 유무 및 위치를 알아내기 위해 사용하는 방법으로 이를 이용하여 조직의 병리와 피부장벽능관련 인자의 발현 여부 및 양상을 확인하고자 한다. 피부장벽능관련 인자 중 필라그린(filaggrin)은 표피의 항상성(homeostasis)을 조절하는데 필수적인 인자로, 피부각질층내 지질 외피의 구성요소로 사용되어 보습 및 피부장벽기능을 수행한다. p63 은 세포의 증식을 조절하는 단백질로 주로 세포내 핵에서 발현되고, E-cadherin 은 세포간 접합 단백질로 cell cell contact 지표로서 세포막에서 발현되고, cytokeratin 14(CK14) 은 표피 세포의 골격을 형성하는 단백질로 기저층, 유극층에서 발현된다.
H&E 염색을 통해 조직병리를 확인한 결과 정상적인 인공피부모델은 세포간 밀접하게 부착되어 있으며 각질층을 포함한 4 개의 분화된 층을 이루었고, 2% SDS 처치 시 기저층의 손상과 세포 사이의 공포가 형성되었다(도 20). 2% SDS 로 장벽 손상 후 10μM 레티노익산, 0.01wt% NGO 적용 시 장벽손상군에 비해 기저층의 회복과 세포 사이의 공포가 개선된 것을 확인하였다. 면역조직화학 염색을 통해 필라그린, p63, E-카데린(E-cadherin), CK14 에 대한 조직병리를 확인한 결과 정상적인 인공피부모델의 필라그린은 각질층에서, p63 은 세포핵에서, E-카데린은 세포들의 막부분에서, CK14 는 각질층을 제외한 표피에서 발현되었다(도 20). 2% SDS 처치 시 음성대조군에 비해 필라그린과 CK14 의 발현은 감소하였고 p63 과 E-카데린은 발현하지 않았다. 2% SDS 로 장벽 손상 후 10μM 레티노익산 적용 시 필라그린, p63, E-카데린, CK14 의 발현은 장벽손상군에 비해 모두 증가하였으며, 0.01wt% NGO 적용 시에도 필라그린, p63, E-카데린, CK14 의 발현은 장벽손상군에 비해 모두 증가하였다.
[실시예 10]
나노 탄소 구조체의 항균 효과 확인
피부 및 구강에 존재하는 대표 균주 2종(Cutibacterium acnes, Malassezia furfur)에 대하여 본 발명의 나노 탄소 구조체(0.1wt% daNGO)의 항균력을 확인하였다.
구체적으로, 큐티박테리움 아크네스(Cutibacterium acnes) 여드름균은 무산소(anaerobic), 37도 조건에서 Sheep blood TSA 배지에서 배양하였다. 본 실험에서 말라세지아 푸르푸르(Malassezia furfur) 지루성 비듬균은 유산소(aerobic), 30도 조건에서 mLNA 배지에서 배양하였다. 각각 6일간 배양한 균에 나노 탄소 구조체를 48시간 노출시킨 후 그 감소율을 측정하였다. 감소율은 초기균수에서 시간 경과 후의 균수를 뺀 값을 백분율로 계산하였다.
그 결과, 여드름균은 초기 접종수 8.2x10^4 CFU/ml에서 CFU이 전부 사라졌으며, 이에 대한 감소율은 99.9%로 나타났다(도 21). 지루성 비듬균은 초기 접종수 3.9x10^4 CFU/ml에서 20,500 CFU/ml로 감소하였으며, 이에 대한 감소율은 47.4%로 확인되었다(도 22).
본 발명에서 제조된 나노 탄소 구조체(나노 탄소 그래핀, 나노 산화그래핀)은 소량으로도 피부, 특히 두피에 대하여 유의적인 항염증, 비부식, 비자극, 피부장벽능 개선 및 여드름균과 지루성 비듬균(두피염균)에 대한 항균 효과를 나타내므로, 우수한 두피 또는 모발 케어 효과 내지 두피질환 예방 및 치료 효과를 제공할 수 있어 산업상 이용가능성이 있다.

Claims (19)

  1. 나노 탄소 구조체를 유효성분으로 포함하는, 두피 또는 모발 케어용 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 나노 탄소 구조체는 나노산화그래핀, 나노 산화그래핀 변이체 및 그래핀 양자점으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 조성물.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 나노 산화그래핀 변이체는 아민화된 나노 산화그래핀 또는 페길화된 나노 산화그래핀인 것을 특징으로 하는, 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 나노 탄소 구조체는 평균 직경이 1 내지 100 nm인 것을 특징으로 하는, 조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 나노 탄소 구조체는 두께가 0.1~ 5nm인 것을 특징으로 하는, 조성물.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 나노 탄소 구조체를 0.001~ 1000μg/ml의 농도로 포함하는 것을 특징으로 하는, 조성물.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 아민화된 나노 산화그래핀은 아민기 기능기와 나노 산화그래핀의 기본구성 성분을 1:10000 내지 1:1의 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는, 조성물.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 페길화된 나노 산화그래핀의 PEG 기능기는 4arm-PEG 또는 6arm-PEG인 것을 특징으로 하는, 조성물.
  9. 나노 탄소 구조체를 유효성분으로 포함하는, 두피질환 예방 및 치료용 약학적 조성물.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 나노 탄소 구조체는 나노 산화그래핀, 나노 산화그래핀 변이체 및 그래핀 양자점으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 조성물.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 나노 산화그래핀 변이체는 아민화된 나노 산화그래핀 또는 페길화된 나노 산화그래핀인 것을 특징으로 하는, 조성물.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 나노 탄소 구조체는 평균 직경이 1 내지 100 nm인 것을 특징으로 하는, 조성물.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 나노 탄소 구조체는 두께가 0.1~ 5nm인 것을 특징으로 하는, 조성물.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 나노 탄소 구조체를 0.001~ 1000μg/ml의 농도로 포함하는 것을 특징으로 하는, 조성물.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 아민화된 나노 산화그래핀은 아민기 기능기와 나노 산화그래핀의 기본구성 성분을 1:10000 내지 1:1의 비율로 포함하는 것을 특징으로 하는, 조성물.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 페길화된 나노 산화그래핀의 PEG 기능기는 4arm-PEG 또는 6arm-PEG인 것을 특징으로 하는, 조성물.
  17. 제9항에 있어서,
    상기 두피 질환은 건선, 지루성 피부염, 비듬 및 탈모로 구성된 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는, 조성물.
  18. 나노 탄소 구조체를 두피질환 환자에 투여하는 단계를 포함하는 두피질환 치료방법.
  19. 나노 탄소 구조체를 두피질환 치료에 사용하기 위한 용도.
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