주제5: 기능성화장품 소재 개발을 위한 피부진단인자 연구-남개원 교수(연세대)

 

남개원 교수(연세대)는 “즉효성과 인지효능에 대한 소비자들의 욕구가 증가하면서 첨단 생명과학이 접목된 마이크로니들, 스피큘, PDRN, 엑소좀, 뷰티디바이스 등 효능 경쟁이 오버 슈팅(overshooting) 중”이라며 “피부장벽, 항노화, 보습, 탈모개선 등 인체적용시험과 분자기전 연구를 결합한 효능 진단인자 개발이 요구된다”라고 강조한다. 이는 K-뷰티의 효능 관련 이슈를 강화할 수 있다는 주장이다. 

 

실제 지난 2020년 싱가포르에서 제기된 한국 화장품의 SPF50+ 지수가 절반도 되지 않아 허위 표시 논란을 빚은 바 있다.  

 

그러면서 남 교수는 “치열한 경쟁은 ▲ 신제형 효능 서비스(delighters) ▲ 안전성·안정도(must be) ▲ 신개념 서비스(사용감·가격·본질 품질 등 one-dimensional)를 제공하려는 시도“라며 ”결국 화장품의 4대 요소 가운데 안전·안정·사용감은 필수라고 할 때 효능이 가장 중요한 경쟁 요소“라고 짚었다.

 

남개원 교수는 ”화장품 기능성 원료가 피부 세포 내부에서 어떤 분자기전으로 작용하는지 규명하고 이를 실제 사람 피부 조직(human skin explant model) 및 임상 지표(장벽 기능, 홍조, 수분, 탄력 등)와 연계하는 효능 진단 인자 개발이 핵심 연구 방향”이라고 설명했다. 

 

이에 따라 피부 장벽 형성과 세포사멸 기전(corneoptosis) vs 피부 노화 및 산화 스트레스 제어 기전(ferroptosis)의 영향을 물리·생리적 지표로 분석하고 있다고 소개했다. 

 

각질층이 형성되며 과립 세포가 각질세포로 전환되는 세포 사멸 과정이 코네오프토시스다. 남 교수는 “각질층의 pH 변화가 피부 장벽 탈락 및 경피수분손실량에 미치는 영향을 지표로 분석하는 연구를 진행하고 있다”라고 말했다. 

 

그 예로 “다양한 조건에서 각질층(SC) 내 황색포도상구균(Staphylococcus aureus)은 각질층 표면과 상부 pH 영역의 바닥에 분포한다. 염증이 있는 경우, 황색포도상구균은 상부 pH 영역에서 증식하지만 중간 pH 영역으로는 침투하지 않는다. 중간 pH 영역의 pH가 중화되면 황색포도상구균은 살아있는 표피층으로 침입한다”는 논문을 소개했다. 

 

즉 세포 내 산성화 및 칼슘 농도 변화가 유발하는 표피 과립세포의 사멸 기전과 인체 피부에서 측정 가능한 수분 보유량, 경피수분 손실량, 각질 탈락 주기 등의 지표를 분자 수준의 세포사멸 마커와 매칭하여 효능을 진단하자는 제안이다. 

 

또한 철 의존성 지질 과산화물 축적으로 발생하는 세포사멸 기전인 페롭토시스는 자외선이나 외부 유해 환경에 의한 피부 세포 손상 및 노화 유발 기전으로 주목받고 있다. 세포 수준에서 항산화·항염증 분자기전이 실제 사람 피부의 안면 홍조 완화, 탄력 개선, 장벽 복구라는 임상 효능(인체적용시험 결과)으로 어떻게 발현되는지 진단 인자를 도출할 수 있다.

 

분석기기로는 로레알의 ‘스킨에이징 분석기’가 있다. 남 교수는 “피부 겉면만 촬영하는 기존 기기와 달리 피부 세포 속 단백질 바이오마커를 분석한다. 노화 속도와 재생 능력을 생물학적으로 측정하는데, 5분 만에 5가지 핵심 단백질 마커를 찾아낸다”라고 설명했다. 주요 제공 데이터로 피부의 생물학적 나이, 성분 반응성(responsiveness) 예측, 미래 노화 징후 예측이 가능하다고 한다. 

 

남개원 교수는 “효능 진단인자는 K-뷰티의 과학적 근거를 강화하고, 글로벌 트렌드 선도에 유리한 입지를 제공할 것”이라고 강조했다.

 

주제6: ‘유기촉매에 의한 클릭화학: 차세대 화장품 분자 디자인을 위한 플랫폼’ - 배한용 교수(성균관대)

 

배한용 교수(성균관대)는 독일 막스플랑크연구소에서 2021년 노벨화학상 수상자인 벤자민 리스트 교수와 함께 핵심 연구를 진행한 이후 현재 독립적으로 의약품, 고부가가치 화합물 및 소재 개발 연구를 수행하며 유기촉매와 클릭화학의 세계적 리더로 꼽힌다. 

 

그는 이번 포럼에서 “유기 촉매(Organocatalysis)와 클릭화학(Click Chemistry)을 결합함으로써 다양한 기능과 물성을 가진 분자를 더 빠르고 쉽게 모듈식으로 설계할 수 있는 플랫폼 구축”을 제안한다. 레고 블록처럼 원하는 기능성 분자를 빠르고 선택적으로 연결하는 ‘클릭화학의 신세계’로 안내하고, 효능·안전성·지속가능성을 동시에 충족하는 차세대 화장품 소재 연구 방향을 제시하고 있다. 

 

배 교수는 “촉매는 화장품 분야에도 다양하게 연결될 수 있다. 클릭 반응(click reaction)은 분자 구성단위들을 마치 벨트를 딸깍(click) 하고 채우듯이 쉽고 빠르며 효율적으로 결합시키는 기능적 화학 합성 기술”이라고 소개했다. 이 기술은 2022년 노벨화학상을 수상(SuFEX)했으며, 차세대 항암제 및 신약 개발, DNA 매핑, 첨단 신소재 개발 등에 사용되고 있다. 

 

배한용 교수는 서펙스의 한계를 극복하고 완성도를 높인 혁신적인 원천 촉매 기술(슈퍼염기 유기촉매)을 세계 최초로 도입함으로써 주목을 받았다. 

 

배 교수는 “서펙스(SuFEX) 반응은 질소나 탄소가 아닌 6가 황(Sulfur VI)과 불소(Fluoride) 간의 강력한 결합을 다른 작용기로 교환(Exchange)하는 반응이다. 이렇게 하면 다양한 알코올(OH)과 아민(amine, NH2 NH)을 쉽게 연결할 수 있다”라고 말했다. 

 

서펙스 허브(SuFEx Hub)는 분자들을 사방으로 연결해 주는 일종의 '분자용 멀티탭' 또는 '중앙 연결 플랫폼(Connective Hub)'이다. 단순히 두 분자를 1:1로 이어붙이는 것을 넘어, 하나의 중심축(허브)을 기준으로 여러 개의 서로 다른 분자들을 원하는 방향과 순서대로 '딸깍' 조립해 나갈 수 있도록 뼈대가 되어주는 핵심 물질을 말한다. 

 

서펙스(SuFEx) 반응을 하려면 필수 출발 물질인 '알킬설포닐 플루오라이드'가 필요하다. 하지만 이 물질 자체를 만드는 과정이 위험하고 복잡해 대량 생산이 어려웠다. 배 교수는 ‘물 분자가 촉매 시스템과 상호작용하여 반응 속도를 폭발적으로 가속화하는 현상(on-water)‘을 발견하고 이를 논문으로 규명했다. (미국화학회지(JACS, Journal of the American Chemical Society)에 게재) 

 

배 교수는 “금속 촉매 없이 ‘수퍼염기 유기촉매’만을 활용했으며, 물이 존재하는 환경에서 황-불소(S-F) 결합의 반응성이 제어되고 가속화하는 원리를 완벽히 증명했다”고 말했다. 이 연구는 학계와 산업계에서 큰 주목을 받으며 다양하게 활용되고 있다. 

 

배한용 교수는 “아미노산, 펩타이드 같은 분자에도 쉽게 연결할 수 있는 반응들을 이제 개발했다. 몇 가지 성공적인 샘플도 만들었다”라며 “이 반응은 물에서 작동함으로써 이제 산화탄소 결합도 물에서 가능해졌다는 사실이다. 이제 의약품이나 기능성화장품에 쓰려면 다양한 작용기들이 중요한데 서펙스 허브를 도입할 수 있다”라고 강조했다. on-water는 용매에 녹이는 in-water 보다 반응 속도가 수십에서 수백 배까지 빨라진다고 한다. 

 

배한용 교수 연구팀의 독보적인 연구 성과는 ▲ ‘새로운 시너지 유기 촉매 반응 시스템 세계 최초 개발’(네이처 커뮤니케이션’에 발표) ▲ ‘초고효율의 지속가능한 친환경 시아노실릴화 유기촉매반응 개발(’그린 케미스트리’ 게재) ▲ 수퍼산 유기촉매반응 시스템 개발을 통한 신규 항암물질 발견(셀 리포트 피지컬 사이언스 저널 온라인 게재) ▲ 차세대 폭발물 감지 센서 개발 ▲ 바이오 및 2차전지 응용 등 다양한 첨단 산업에서 확장되고 있다. 

 

주제7: AI기반 통합 플랫폼을 활용한 화장품 효능 소재 발굴-전승현 팀장(LG생활건강 R&I) 

LG생활건강 전승현 팀장은 화장품 기허가 성분의 재해석(Repositioning) 전략과 AI/단백질 구조 분석 기술을 접목한 고효능 소재 개발 사례를 소개했다. 이를 통해 허가·사업화 관점의 실행력과 고효능 신소재 발굴 관점의 기술 경쟁력을 동시에 확보하는 R&D 접근법을 공유했다. 

 

먼저 5월 29일 코엑스에서 열린 세계탈모학회에서 LG생활건강은 여성형 탈모 관리에 대한 성과를 발표했다. 주요 내용은 남성형 탈모 치료법이 아닌 여성호르몬 수용체를 활성화해 모낭 활성 촉진과 모발 성장 환경 개선에 도움을 줄 수 있음을 밝힌 것이다. 

 

이번 연구 과정에서 AI기술이 활용돼 주목을 받았다. LG생활건강은 약 42만개의 후보 물질을 대상으로 AI 시뮬레이션을 수행해 모낭 관련 단백질과의 결합 가능성과 작용 방식을 분석했다. 또한, 여성형 탈모와 관련된 지질대사 데이터와 유전자 발현 프로파일을 통합적으로 살펴본 결과, 탈모 개선의 핵심 표적으로 ERα를 도출했으며 비타민A 유래 물질이 이를 효과적으로 활성화할 수 있는 유력 후보로 선정됐다. 

 

이에 대해 전승현 팀장은 “기능성화장품과 더마 화장품 영역이 확대되며 효능 성분이 어떤 타깃에 작용하고, 안전성·안정성은 물론 글로벌 규제 대응이 가능해야 글로벌 사업화가 가능하다”라며 “화장품 연구 개발에서 AI를 통해 기능성이 낮은 후보를 줄이고 검증 후보를 빠르게 좁히는 것이 핵심이었다”라고 말했다. 

 

즉 AI 활용은 효능 증명 기술이라기보다 어떤 후보를 먼저 실험할지 우선 순위를 정해주는 도구라는 것. 글로벌 선도 기업과 제약산업도 AI 모델을 구축해 신제품 처방이나 리포뮬레이션에 활용하는 사례가 늘고 있다. AI가 R&D 판단을 돕는 기반 기술로 자리매김하고 있다는 분석이다. 

 

LG생활건강의 경우 ➊기허가 성분의 재해석(repositioning)과 ➋ 고효능 소재 발굴을 위한 target-based discovery를 통해 사업성과로 연결하고 있다. 

 

전 팀장은 “기허가 성분의 리포지셔닝은 기존 성분에서 아직 충분히 알려지지 않은 새로운 효능을 찾아내는 것이다. 제약에선 drug repositioning으로 활용되며 대표적으로 미녹시딜(고혈압 → 탈모) 보톨리눔 톡신(의학→미용) 등이 있다”라며 “화장품 소재 개발도 기사용 성분에서 새로운 효능을 찾는 접근이 가능하다”라고 설명했다. 

 

이 전략의 타깃은 ‘민감성 피부’다. 민감성 타깃 단백질은 TRPV1으로 가려움, 따가움 감각을 인지한다. 민감성 소재 발굴의 조건은 △ 기전 명확성 △ 글로벌 규제·IP적합성 △ 안전성 △ 제형 안정성으로 4가지의 교집합 탐색이 핵심이라고 전 팀장은 말했다. 이를 위해 오픈 이노베이션 협업을 진행, 40만개 화합물의 화학구조 정리→ TRPV1 후보 선별→ 최종 후보 트록시루틴(troxerutin) 발굴→ 길항 및 in-vitro 효능 확인→ 효능 검증 등을 거쳤다. 

 

전 팀장은 “이렇게 해서 총 소요시간 8개월로 기존 R&D 대비 연구 효율성을 극대화하고 성과를 창출했다. 특허를 등록했으며, 2024년부터 더후, 숨37, CNP, 닥터벨머 등 27개 제품에 적용했다”라며 성과를 설명했다.   

 

두 번째 전략은 특정 효능 관련 타깃을 설정하고 이에 작용할 가능성이 있는 후보 소재를 AI와 구조 시뮬레이션으로 탐색했다. 탈모개선은 모발 성장주기를 고려했으며, 단순 두피 케어가 아니라 모낭 성장 환경을 조절하는 소재 개발로 정했다. 그 과정으로 여성형 탈모 타깃으로 ERα 구조 검토→ 라이브러리 탐색 → 결합력 예측 → 효능 검증(인체적용평가 포함) 등을 거쳐 타깃을 좁혀가는 접근법을 취했다. 

 

이렇게 해서 유망 후보로 도출된 소재가 Ferulic acid이다. 전 팀장은 “이번 접근에서 페롤산은 항산화가 아닌 결합력을 가진 모낭 성장 환경 조절 후보로 봤다. AI 단백질 구조 시뮬레이션을 통해 42만개 물질 라이브러리 중에서 찾아낸 내추럴 효능 소재”라고 말했다. 

 

전승현 팀장은 “LG생활건강의 AI 활용은 개별 분석에서 벗어나 후보 물질 탐색, 가능성 검증, 처방 안정성, 효능 평가까지 연결하는 R&I 플랫폼으로 확장하고 있음을 보여줬다. 그러면서 시장성, 규제 적합성, 기술 타당성, 사업화 가능성을 동시에 만족하는 ‘가능성 높은’ 후보를 우선적으로 실험함으로써 R&D의 시행착오를 줄일 수 있었다”라고 강조했다.   

 

주제8: 500Da 법칙의 한계와 확장: 펩타이드 기반 기능성 소재의 과학적 이해와 실용적 적용 전략 – 서원상 상무(유씨엘㈜)

 

서원상 상무(㈜유씨엘)는 피부 투과의 기준으로 알려진 500Da 법칙의 실제 펩타이드 적용 사례를 발표했다. ‘500Da 법칙의 한계와 확장’을 주제로 리포좀, Extracellular Vesicle(세포외 소포, EV) 등 전달 시스템을 활용하여 고분자 활성 성분의 적용 가능성을 확장하는 전략을 제시한다. 아울러 기능성 소재 기획 및 마케팅 방향성을 함께 제안한다. 

 

그는 “저분자 콘셉트의 3대 메시지는 ① 전략적 흡수 전달력 ② 흡수력·고효능·과학적 스킨케어의 3가지 가치 연계 ③ 차별화된 브랜드 세계관이다. 즉 피부 깊은 층까지, 더 적은 양으로라도 높은 효과, 분자량 수치를 활용해 전달 메커니즘 설명 등 과학적 스킨케어 브랜드 이미지를 확립하기 위한 것”이라고 강조했다. 

 

예를 들어 L-PDRN First는 최초 미생물, 최초 바이옴, 최초 유산균 유래 PDRN이다. 이는 연어 유래 PDRN보다 분자량이 2배에서 8배 낮아 높은 피부 흡수율+항산화+세포 보호 효과가 있다. 또 HA-EGF(High Abbreviation) EGF-Core™는 500달톤 이하로 기존 EGF가 6.2kDa로 흡수가 불가한 것과 차별화된다. 

 

현재 화장품 학계와 피부과학에서 500달톤의 법칙(500 Dalton Rule)’은 자주 언급된다. 500Da 이상인 성분은 온전한 피부장벽을 통과하여 흡수되기 어렵다는 이론이다. 1993년 피부과학자 얀 보스(Jan D. Bos) 박사 연구팀이 발표한 논문에서 정립된 개념으로, 화장품 성분의 피부 흡수 가능성을 예측하는 가장 대표적인 기준선으로 쓰인다.

 

서원상 상무는 “500달톤의 패러다임에 대해 집중하느냐, 소비자한테 쉬운 메시지로 소통할 것인가, 상품기획자라면 이런 프레임을 잘 만든 다음에 마케팅을 해야 한다”라며 “언제든 연락하면 어떻게 풀 것인지 고민을 같이 하겠다“라며 발표를 마쳤다. 

좌장으로 포럼을 진행한 이창석 교수는 “여덟 분의 연자로부터 기능성 화장품에 대한 혁신형 패러다임 전환을 엿볼 수 있는 기회였다”라며 소감을 말했다.

 

그러면서 “최근 국회에서 화장품 육성·지원법이 본회의 통과를 기다리고 있다. 핵심 내용이 ‘혁신형 화장품 기업 인증’으로 세제 혜택, 지원사업을 해주는 걸로 알고 있다. 법안은 K-뷰티가 글로벌 뷰티 도약을 유지하기 위한 정부의 시책으로 판단된다. 이럴수록 산업계와 학계가 융합적 연구가 더더욱 필요한 시기”라고 전했다.

 

이창석 교수는 “이노베이션 포럼이 이러한 혁신형 화장품 제품과 기업의 탄생 주역이 되고 시발점이 될 것이라는 믿음을 의심치 않는다. 끝까지 자리를 함께한 참석한 여러분께 큰 감사를 드린다”라며 감사의 마음을 표했다. 

 

코스인이 주최한 ‘제12회 기능성화장품 R&D 이노베이션 포럼’은 K-뷰티의 혁신형 화장품 탄생의 산실로 평가된다. 특히 이번 포럼에서 다학제 간 융합 및 노벨 화학상 이론 접목 등 첨단 R&D 최전선의 풍성함을 보여줬다는 평가다. 

 

화장품은 가장 큰 장기인 피부를 대상으로 한 화학, 바이오, 의학 등 과학기술과 인간의 미적 욕구, 트렌드가 결합한 고부가가치 융합 산업이다. 또한 피부과학, 표적치료·약물전달기술, 분자 화학, 단백질 구조, 에너지와 엔트로피 등 새로운 패러다임의 최종 어셈블리로 존재감을 확장시키고 있음을 보여줬다.