Bio Industry_2016.11 Special Edition (p3~42)

피부모델의 활용


● 3차원 배양 인체피부 모델을 통한 물질 투과성의 차이점
(Difference in Chemical Permeation Properties through Cultured Human Skim Models)
Hiroaki Todo 조사이(城西)대학 약학부 조교수

화학물질의 안전성을 보증한 후에, 그것들의 피부 투과성을 평가하는 것은 상당히 중요하다. 3차원 배양의 인체피부 모델 등의 인공 막을 사용한 생체 외(in vitro) 피부흡수시험이 주목을 받고 있다. 본문에서는 종류별 3차원 배양 인체피부 모델을 통한 물질투과성의 차이 및 화학물질의 피부 속 대사의 차이점에 관하여 서술하겠다.

1. 물질 투과성 측정의 중요성
피부는 다양한 화학물질이 드러나는 부위이며, 피부 속의 농도와 피부 1차 자극성의 관계를 Hill식으로 나타낼 수 있다는 것과, 화학물질의 투과속도에서 혈중농도 추이를 예측할 수 있다는 것 때문에, 국소나 전신에 드러나는 화학물질의 안전성이 보증된 후, 그것들의 피부 투과성 및 피부 속의 농도를 측정하는 것은 상당히 중요하다고 볼 수 있다.

화학물질이 피부에 반응한 뒤의 피부 투과성이나 피부 속 농도를 알기 위해서는  적출한 인체 피부뿐만 아니라, 돼지나 쥐의 적출피부가 이용되지만, 최근에는 동물 대체피부로써, 3차원 배양 인체피부 모델 등의 인공 막을 사용한 생체 외(in vitro) 피부흡수시험이 주목을 받고 있으며, 한정된 조건이지만, OECD Guidance Document 28에서 3차원 배양 피부모델의 이용에 대하여 나와있다.

일본에서는, 몇 가지의 배양피부 모델을 구입하는 것이 가능하나, 시험물질에 대한 권장 반응시간이 다른 것처럼, 화학물질의 투과성도 배양피부 모델에 따라 다르다. 따라서, 물질 투과성을 3차원 배양 인체피부 모델로 시험하기 위해서는, 각 모델의 물질 투과성을 잘 이해해야 할 필요가 있다.

2. 3차원 배양 인체피부 모델을 통한 물질 투과성의 차이
3차원 배양 인체피부 모델을 통한 화학물질의 투과성 평가는, 상당히 많은 연구보고가 이루어지고 있으며, 그 유용성에 대해 말하고 있다. 그러나, 앞에서 말한 바와 같이, 3차원 배양 인체피부를 통한 화학물질의 투과성은 모델에 따라 다르다. 다음은 우리가 지금까지 조사한 결과를 서술하겠다.

이미, 판매가 종료된 모델이 일부 포함되어 있지만, 우리는 당시 입수 가능했던 6종의 배양피부(EpiDerm, LSE-high, LabCyte, EPI-model, Vitrolife-skin, Neoderm, Episkin)을 통한 화학물질의 투과성을 평가했다. 수용성물질인 안티피린(Antipyrine)을 종류별 배양피부 및 인체적출 피부에 적용시켰을 때의 누적투과 량 – 시간 프로파일을 나타낸다. 이 결과에서 알 수 있는 것처럼, 각 배양피부로 투과 프로파일은 크게 다르며, EpiDerm만이, 인체 적출피부를 통한 투과 프로파일과 거의 일치했다.

따라서, 평가물질이 같아도 배양피부의 종류가 다른 데이터와의 비교는 상당히 어렵다는 것이 명백하다. 그래서, 배양피부를 통한 물질의 누적투과 량을 배양피부의 유효 투과면적으로 나누어서 얻을 수 있는 선 속도(투과계수, P)를 이용하여 각 배양피부를 통한 물질의 투과성과 인체피부 투과성을 비교했다.

3. 3차원배양 피부내의 화학물질 대사에 대하여
화학물질이 in vivo(생체 내)에 있어서 피부대사가 활성화될 경우에는, 피험 물질 뿐만 아니라, 그 대사물의 피부투과성 및 피부 속 농도의 평가가 중요하다. 대사능력이 결손 되어 있는 피부를 사용할 경우, 피험 물질의 대사가 일어나지 않는 것과, 또는 대사물의 구조 및 그 경피 흡수성을 정확하게 알 수 없는 것에 대해 주의해야 한다. 3차원 배양 인체피부 모델 안에서의 화학물질의 대사활동에 대해서는 이미 많은 연구보고가 이루어지고 있다. 또한, 최근에는 3차원 배양 인체피부 모델 속의 화학물질 대사효소 유전자의 발견 등을 조사한 연구사례도 보고되고 있다.

3차원 배양 인체피부 모델 속의 대사효소 량이나 활성은 중요하지만, 대사효소의 피부내의 분포부위가 다르면, 대사물의 피부 속 분포에 영향을 주는 것뿐 아니라, 대사 물에 의해 발생하는 효과와 독성에서도 차이가 발생한다. 따라서, 대사효소의 분포부위의 평가는 상당히 중요하다고 판단된다.

4. 맺는 말
3차원 배양 인체피부 모델에 의한 불질의 유효성 및 안전성 평가에서는 각 배양 인체피부 모델의 투과특성의 파악이 중요하다. 이번 우리가 제시한 데이터는 분자량이 500 달톤(Dalton)이하로, -1〈log Ko/w〈3 정도의 유수분배계수를 나타낸 물질이다. 그러나, 피부에 적용 하거나, 또는 피부에 나타나는 물질은 이 범위 밖의 물질이 많다. 또한, 화학물질이 피부 안에서 대사활동을 하는 경우 및 제제화(製劑化)에 의한 화학물질이 모낭으로의 이동이 증가할 경우 등, 현 단계에서는 3차원 배양피부 모델에 의한 투과성 결과에 따라, 인체피부 투과성을 예측하는 것은 곤란하다고 생각되는 경우가 있다. 금후, 3차원 배양 인체피부 모델의 이용을 추진하기 위해서는 한층 더, 화학물질의 피부투과성 및 피부대사에 관한 연구의 계속적인 발전이 필요하다.


● MatTek사 피부 3차원 모델, 각막 3차원 모델을 사용한 평가법
-- 피부자극성, 안구 자극성 시험법을 중심으로 --
(Evaluation of 3D Skin Models and 3D Corneal Epithelial Models by MatTek : Focusing on in vitro Skin Irritation and Eye Irritation Testing)
Yuki Handa 倉敷紡績(株) 환경 메카트로닉스 사업부 바이오 메디컬부문

쿠라보우에서는 연구용피부 3차원 모델을 생산하는 MatTek Corporation(미국, 이하 MatTek사) 와 1996년에 제휴하여, EpiDerm^TM, EpiOcular^TM을 포함한 3차원 모델의 수입판매를 개시한지 20년이 경과되었다. MatTek사 3차원 모델의 특징은, 미국, 유럽, 일본을 포함한 아시아 각국에서 생산 로트 별로 품질이 관리된 다(多)종류의 모델을 입수하여, 안전성시험 대체 법 및 유효성 평가에서의 기술정보가 한 층 풍부하다. 최근에 이용용도가 더욱 확대되고 있으며, 본문에서는 일본에서 판매하고 있는 대표적 모델의 개요와 사용용도에 대하여 최신연구 동향을 포함하여 해설하도록 하겠다.


● 인체 Muse 세포유래 멜라노사이트를 사용한 3차원 배양피부 모델 “HADA”의 제작
(Three-dimensional (3D) Cultured Skin Employing Melanocyte from Muse Cells)
Yoshihiro Sumita DS 파마바이오 메디컬㈜ 셀 사이언스 사업본부 부 본부장

의료품이나 화장품의 연구개발에 있어서, 3차원 배양피부 모델을 사용한 다양한 연구가 이루어지고 있으나, 지금까지의 배양피부 모델은 아직 충분히 만족할 수 있다고 말하기 힘들다. 인체 유래의 간엽계 조직에 분포하는 다(多)기능성 간세포 Muse 세포로부터 분화 유도한 멜라노사이트(Melanocyte)와 그 유도기술을 사용하여, 우수한 배리어(Barrier) 기능을 지닌 3차원 배양피부 모델을 구축하였다.


● EPISKIN사의 3차원 조직 모델
(3D Tissue Models of EPISKIN)
Daiki Kyotani ㈜니코담(Nikoderm) 리서치 이사

EPISKIN사의 3차원표피 모델 EpiSkin^TM, SkinEthic^TM RHE, 및 색소세포함유 표피 모델 SkinEthic^TM RHPE, 또는 각막상피 모델 SkinEthic^TM HCE, 구경점막 모델 SkinEthic^TM HOE, 잇몸 모델 SkinEthic^TM HGE 및 질 점막 모델 SkinEthic^TM HVE에 대하여, 그 특징에서 용도까지, OECD의 테스트 가이드라인 법에 의한 유용성시험에 대해 간략하게 설명하겠다.


● 인체배양 상피조직 모델 LabCyte
(Human Reconstructed Epithelial Tissue Models, LabCyte)
Masakazu Katoh ㈜ 제팬 티슈 엔지니어링 연구개발부

주식회사 제팬 티슈 엔지니어링은 재생의료용 조직배양기술을 응용하여 연구용 인체 배양표피 모델 LabCyte EPI-MODEL을 개발하여, 2005년에 발매를 개시했다. 그 후, 배양표피 모델 제작 키트 LabCyte Epi-kit, 인체 배양각막 상피 모델 LabCyte CORNEA-MODEL을 순차적으로 개발하여, 제품 라인업을 확충해 왔다. 본문에서는 이것들의 제품개요를 설명하는 것과 함께, 그 활용 사례에 대하여 소개하겠다.

    -- 끝 --