EGF (Epidermal growth factor)
EGF는 epidermal growth factor의 약자로 상피세포성장인자를 의미합니다. EGF는 피부, 손톱, 발톱, 털 등과 같이 세포분열에 의해 세포가 계속 성장하는 구조를 가진 표피세포(epidermal cells), 상피세포(epithelial cells) 그리고 섬유아세포(fibroblast)의 성장을 돕습니다. EGF는 천연피부재생물질로 침, 소변, 눈물, 혈액 등에 고농도로 존재해 있다가 피부에 상처가 나면 혈액을 통해 EGF가 공급되어 흉터 없이 자연적으로 상처를 아물게 합니다. 1962년 미국의 생물학자 스탠리 코헨 박사가 EGF를 발견했고 1986년 EGF 발견에 대한 공로를 인정받아 노벨의학상을 수상했습니다.
EGF는 세포막에 발현하는 epidermal growth factor receptor(EGFR)에 특이적으로 결합해서 상피세포의 성장을 촉진하는 세포신호를 전달합니다. EGF로 촉발된 세포신호는 결과적으로 표피세포와 상피세포의 생존, 증식, 이동, 분화를 조절하여 상처 치유와 조직 재생을 유도하고 진피의 구성성분으로 피부의 구조와 탄력에 핵심적인 역할을 하는 콜라겐과 엘라스틴을 합성하는 섬유아세포의 증식을 촉진합니다. 이러한 이유로 EGF는 피부 의료와 미용 분야에서 많은 주목을 받고 있습니다. 예를 들어, EGF는 화상이나 궤양 환자의 상처치유와 피부재생을 위한 치료 목적과 피부 레이저 치료 후에 빠른 회복을 돕는 의약품의 주성분으로 사용되고 있고 기능성 코스메틱 산업에서는 기능성 화장품의 피부컨디셔닝제로도 활용되고 있습니다.
국내에서는 대웅제약이 1995년 인체 EGF 성분과 동일한 구조와 활성을 갖도록 생명공학 기술 개발과 대량생산에 성공했고 2001년에는 전문의약품인 당뇨병성족부궤양 치료제를 출시했습니다. 그로부터 약 10년 후인 2010년에는 상처 및 피부궤양 보조치료제인 일반의약품 연고를 출시했습니다. 최근에는 대웅제약의 더마코스메틱 브랜드 이지듀에서 EGF 항산화 앰플을 출시했습니다.
EGF 효능과 활용
EGF의 생리활성을 상업적으로 활용하려면 많은 양이 필요합니다. 하지만 인간에게서 얻을 수 있는 EGF의 양은 한정적이라 수급이 불안정하고 안전성도 보장할 수 없습니다. 그래서 과학자들은 인체의 EGF와 동일한 단백질을 대량으로 얻기 위해 유전공학적인 방법 강구해 냈습니다. 생산 숙주인 E. coli에 유전자 재조합 기술로 유전자를 합성하여 recombinant human EGF(rhEGF)를 생산하기 시작한 것입니다. 사람 몸에 있는 EGF와 거의 동일하기 때문에 우리 피부에 대한 친화성이 높아 부작용이 적습니다. EGF의 대량생산이 가능해지면서 의료, 미용 분야 등 활용범위가 넓어졌습니다.
현재까지 발표된 연구를 바탕으로 EGF의 효능을 표 1에 정리했습니다. 초기에는 EGF가 상처 치유와 조직 재생 같은 의료 목적으로 연구되어 오다가 노화방지, 수분공급, 콜라겐 및 엘라스틴 합성 등의 피부 미용과 관리 목적의 효능 연구도 함께 진행되고 있습니다. 미용 목적의 EGF화장품의 경우 EGF를 피부에 공급하면 노화로 인해 늦춰진 피부 재생주기를 정상화한다는 이론으로 마케팅을 하고 있습니다. 피부 재생주기 정상화로 새로운 피부가 공급되어 모공이 좁아지고 두꺼워진 각질은 탈락되어 피부 속 기미와 주근깨가 자리잡지 못하고 새로운 세포가 많아져 피부를 촉촉해지고 탄력을 갖게 된다고 주장합니다.
표 1. Epidermal growth factor의 효능
| EGF 효능 | 설명 |
| 세포 증식과 생존 (Cell growth and proliferation) |
세포의 증식과 생존을 촉진하여 피부 조직을 유지하고 복원하는 데 기여합니다. |
| 콜라겐 및 엘라스틴 합성 촉진 (Collagen and elastin synthesis) |
콜라겐과 엘라스틴 같은 중요한 단백질의 합성을 촉진하여 피부의 구조와 탄성을 향상시킵니다. |
| 상처 치유 지원 (Wound healing) |
조직 재생 및 상처 치유를 촉진하여 상처가 빨리 낫도록 돕습니다. |
| 피부 노화 지연 (Anti-aging effect) |
피부 노화를 지연시키는데 도움이 될 수 있으며 주름 개선에 기여할 수 있습니다. |
| 미백 효과 (Whitening effect) |
피부 기능을 개선하고 색소 침착을 감소시켜 미백효과를 나타낼 수 있습니다. |
| 수분 공급 (Hydration) |
히알루론산의 합성에 영향을 주어 피부 수분 공급에 기여합니다. |
rhEGF를 활용한 피부 미용과 재생의학 치료와 관련 연구 현황을 조사한 논문에 따르면 (그림 1), 피부 재생과 상처 치유를 기술한 총 49개의 논문이 확인되었습니다. 재생 의학 관련 논문과 미용 의학 관련 논문은 각각 21개, 28개입니다. 이 중에서 미용 의학 관련해서는 skin reconstruction(피부재건), skin aging(피부노화), skin hyperpigmentation(과다색소침착) 관련 논문이 있었고, 피부노화 관련 논문이 23개로 가장 많았습니다(그림 1).
49개의 연구에서 rhEGF 제제를 피하 또는 국소부위에 적용하여 효능을 검증하는 시험을 진행했지만 통제되지 않거나 무작위 시험이 많아 EGF의 효능 입증을 위한 증거로 사용하기에는 충분하지 못했고 모두 일시적인 부작용이 관찰되었습니다. 그럼에도 불구하고 연구의 내용을 종합하면 rhEGF는 피부 세포 분열을 촉진하는 인자로써 난치성 피부병, 상처 난 피부, 피부 노화가 있는 환자에게 효과적인 대안이 될 수 있다고 주장하고 있습니다.
EGF와 각질화과정
한 블로그에서 각질층과 표피층에 있는 EGFR이 EGF와 만나면 신호를 전달하기 때문에 EGF가 피부에 흡수될 필요가 없다고 설명해 놓은 걸 본 적이 있습니다. 마치 EGF화장품을 피부에 바르기만 해도 화장품에 EGF가 EGFR에 결합하여 효과를 볼 것처럼 작성해 놓은 것이죠. 하지만 이는 잘못된 설명인데요. 왜 잘못된 설명인지, EGF의 효능과 역할을 설명할 때 빠지지 않고 등장하는 피부의 각질화과정(keratinization) 개념과 함께 설명해보겠습니다.
우선, 각질층(stratum corneum)과 표피(epidermis)를 구분해야 합니다. 각질층은 피부의 가장 바깥에 존재하는 층이고 표피는 각질층, 과립층, 유극층, 기저층을 아우르는 해부학적 용어입니다. 표피의 각층에는 각질형성세포(keratinocyte)가 존재하는데 각기 다른 특징을 가지고 있습니다. 각질층에는 dead keratinocyte가 있는데 죽은 세포라서 단백질 합성 능력이 없고 세포 신호에 반응하지 않습니다. 따라서 EGF와 결합하는 EGFR이 죽은 각질형성세포에 발현하고 있더라도 세포 신호를 전달할 수 없습니다. 그러므로 각질층에서 화장품속 EGF가 각질층의 EGFR와 만나면 세포 신호를 전달한다는 설명은 틀렸습니다. 엄밀히 이야기하면 EGF 단백질은 분자가 크고 (6222Da) 수용성 단백질이라서 피부의 최외곽에 존재하는 단단한 각질층에 흡수되기 어렵습니다.
두 번째, EGF가 EGFR과 결합하여 상피세포의 성장을 촉진하는 세포 신호를 전달하는 것은 맞지만 EGF가 EGFR과 결합하려면 적어도 피부장벽인 각질층을 통과해서 living keratinocytes와 dividing keratinocytes에 도달해야 합니다. 표피의 가장 아래 기저층에서 각질형성세포가 분열해서 새로운 각질형성세포(딸세포)가 만들어지고 각질층을 향해 위로 밀려 올라갑니다(그림 1). 이러한 과정을 각질화과정이라고 합니다. 각질층은 일정한 기간이 지나면 피부에서 자연스럽게 떨어져 나가고 각질층 바로 아래에 세포들이 다시 각질층으로 올라오는데 이렇게 반복되는 과정을 턴오버(turnover)라고 합니다. EGF는 살아있는 각질형성세포 표면에 EGFR과 결합하여 세포 신호를 전달하고 각질형성세포의 분열과 증식을 촉진하여 턴오버를 조절합니다. 턴오버가 지나치게 늦어지면 피부노화가 일어나고 지나치게 빨라지면 각질층이 두꺼워지는 건선이나 어린선 같은 피부질환이 발생할 수 있습니다.
* EGFR은 epithelial cell(상피세포), fibroblast(섬유아세포), keratinocyte(각질형성세포) 등에 존재합니다.
EGF의 피부흡수
500Da 이하의 작은 지용성 물질은 피부에 어느 정도 침투가 가능하지만 EGF처럼 친수성 펩타이드 성분이고 게다가 분자가 크다면 정상적인 피부의 각질층에 흡수돼서 통과하기 어렵습니다. 실제로 EGF의 피부투과율은 0.03%에 불과합니다. 그래서 많은 화장품 제조사와 연구기관들이 효과적이고 효율적으로 활성성분을 피부에 전달(delivery)하는 기술을 개발하기 위해 열을 올리고 있는 것입니다.
EGF를 함유한 기능성 화장품의 피부 흡수율을 높이기 위해 다양한 약물전달기술을 화장품에 도입하고 있습니다. 예를 들어 리포좀, 마이크로니들, 나노파티클 등이 있습니다. 리포좀은 이중의 지질막을 가진 피부에 친화적인 캡슐입니다. EGF를 리포좀 주머니에 넣으면 피부에 대한 저항이 낮아져 피부 안으로 흡수될 수 있습니다. 리포솜이 온전한 형태로 피부 각질층의 세포 사이 공간을 통과해 표피나 진피까지 이를 수 있다고 보고 있습니다.
그러나 리포솜으로 EGF의 피부 흡수율을 높인다는데 회의적인 의견을 가진 연구자들은 리포솜이 피부 진피에 도달하기는커녕 표피의 각질층의 절반도 통과하지 못한다고 실험 결과를 근거로 들어 주장합니다. 리포솜이 피부에 침투한다는 메커니즘이 아주 그럴듯해서 마케팅 콘셉트로 활용하기 좋다 뿐이지 실제로는 피부의 가장 바깥층인 각질층을 뚫지 못한다는 것입니다. 이러한 주장은 일부에서 제기되는 것이긴 하지만 재확인할 필요는 있어 보입니다. 한편에서는 리포솜 생산효율 문제를 지적합니다. 리포좀 주머니에 크고 무거운 EGF와 같은 단백질을 넣는 효율(loading efficiency)이 20~30% 수준으로 낮고 친수성 활성물질이 리포좀 밖으로 누출되는 등의 문제를 지적하기도 합니다.
마이크로니들은 머리카락의 1/3 수준의 두께인 미세한 바늘을 이용해 피부에 미세한 구멍을 내서 활성성분을 피부 안으로 침투시키는 기술로 화장품을 피부에 보다 빠르게 흡수시킬 수 있습니다. 하지만 금속알레르기가 있는 경우 사용이 불가하며 잦은 마이크로니들 패치 사용은 다양한 피부 문제를 일으키는 원인이 될 수 있어 사용 시 주의가 필요합니다. 사용하기에 다소 어려움이 있을 수 있지만 활성성분을 진피(dermis)까지 침투시킬 수 있는 가장 직관적인 방법으로 보입니다.
* 펩타이드계 활성성분은 의학적으로 사용될 때는 일반적으로 각질층 장벽을 지나기 위해서 보통 주사로 주입합니다.
EGF를 함유한 화장품 고르기
시중에 판매되고 있는 EGF화장품 앰플을 몇 개 추려서 표 2에 정리했습니다. 같은 농도로 EGF가 함유되어 있어도 EGF를 리포좀캡슐에 넣었는지 기능성화장품 인증을 받았는지 다른 기능성 성분을 함유하고 있는지 등에 따라 가격이 천차만별입니다. 표에는 EGF가 함유된 앰플만 정리했지만 앰플 외에도 크림, 토너 등 다양한 종류가 있었습니다. 또한, EGF가 rh-oligopeptide-1 성분으로 표기되어 있으며 식품의약품안전처의 분류에 따라 최대 함량을 10 ppm(0.001%, 1L당 10mg 함유) 이하로 제한하고 있어 0.1~10 ppm까지 브랜드에 따라 사용 목적에 따라 배합비가 다양했습니다.
표 2. EGF화장품 비교
| 브랜드 | 용량 | 종류 | 가격 | EGF | 특징 |
| 랑팡 EGF 리포좀 | 10 ml | 앰플 | 15,200 | 10 ppm | EGF 원액, 리포좀캡슐 |
| JHP EGF | 10 ml | 앰플 | 11,500 | 10 ppm | 비건화장품, 주름개선 기능성 |
| 스와니코코 EGF | 30 ml | 앰플 | 54,680 | 10 ppm | 보습성분, 리포좀캡슐 |
| 대웅제약 이지듀 멜라토닝 원데이 | 30 ml | 앰플 | 65,000 | 1.5 ppm | 미백, 주름개선 기능성 |
| EGF 시그니처 앰플 | 20 ml | 앰플 | 25,900 | 2 ppm | 주름개선 기능성 |
| 울트라 EGF 크림 앰플 | 50 ml | 앰플 | 39,800 | 10 ppm | 보습성분 |
출처 네이버 가격비교
EGF화장품을 구매하고 싶다면 적어도 세 가지는 확인해야 합니다.
1. EGF의 농도(ppm)
2. 순도(%)
3. 활성도
EGF 농도가 높은 제품을 선택합니다. EGF는 피부 흡수량이 적기 때문에 되도록 많은 양을 흡수시키고 싶다면 농도가 높은 제품을 사용합니다. 그런데 여기에 함정이 있습니다. EGF의 원료의 순도를 확인해야 합니다. EGF화장품에 사용된 EGF의 순도가 낮다면 같은 농도의 EGF라 하더라도 효능이 적을 수밖에 없습니다.
하지만 화장품에 함유된 EGF의 배합비와 순도가 높아도 EGF의 활성도가 낮으면 소용없습니다. 활성도는 생물학적 효능(potency)을 나타내는 것으로 쉽게 말해 단백질로써 자신의 역할을 얼마큼 충실히 해낼 수 있느냐를 의미합니다. 단백질인 EGF는 활성을 가지고 있을 때 단백질로써 효능을 발휘할 수 있지만 물리적 또는 화학적 요인에 의해 단백질 변성이 오면 활성을 잃거나 저하되어 효능을 제대로 발휘할 수 없게 됩니다.
의료 및 연구 목적으로 판매하는 EGF는 순도와 활성도를 포함하여 다양한 정보를 표기하고 분석증명서(COP)를 제시해야 합니다. 그림 3은 실험 목적으로 사용되는 recombinant Human EGF로 정확한 정보를 공유하여 실험을 설계하고 진행함에 있어 문제가 없도록 하고 있습니다. EGF의 활성도는 섬유아세포인 NIH/3T3 세포와 각질형성세포인 HaCaT 세포를 이용하여 세포증식과 상처치유 효과 실험을 수행하여 분석합니다. 그림 4에 성장곡선의 RFU의 최대와 최소의 중간값일 때 농도를 ED50로 나타내고 ng/ml or pg/ml처럼 활성을 표기하거나 IU/ug으로 변환하여 활성을 표기합니다(그림 3-4). 활성도와 순도 외에도 오염도, 안전성 등은 원료의 품질을 결정하는 요소들이기 때문에 이것들 역시 표기해야 합니다. 하지만 기능성 EGF 화장품은 이에 대한 어떠한 규정이 없어 대부분의 EGF화장품에는 EGF의 순도와 활성도가 표기되어 있지 않습니다. 활성도, 순도를 표기하는 EGF화장품이 있기는 하지만 매우 드물고 너무 작게 사진으로 올려놓거나 해서 확인이 거의 불가능한 경우가 많습니다. 그런데 그마저도 EGF 원료에 대한 정보라서 EGF화장품에 함유된 다양한 성분으로 야기될 수 있는 활성도 저하는 측정이 불가한 게 문제입니다.
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| R&D system 191,000/1mg |
Thermo Fisher 525,000/1mg |
그림 3. Recombinant human EGF product specifications.
| ED50는 최대활성 반응의 50%인 농도를 말합니다. 특정 활성(specific activity)은 물질의 양이나 질량에 대한 반응률(활성)의 측정으로 정의합니다. 특정 활성 단위는 효능 표현방법으로만 사용하며, S자형 선량 의존 곡선을 이용해 계산합니다. ng/ml 단위의 ED50의 활성을 units/mg으로 된 특정 활성으로 바꾸는 공식은 다음 아래와 같습니다. 1X10^6 / ED50 (ng/ml) = specific activity (units/mg) |
간혹 EGF화장품 업체들이 '활성 EGF 함유'라는 문구로 제품을 광고합니다. 그런데 어색하게 느껴집니다. 왜냐하면 마치 '냉방되는 에어컨'이라는 당연한 이야기를 하면서 에어컨 광고를 하는 것과 같기 때문입니다. 불필요한 당연한 이야기를 할 게 아니라 냉방성능을 kW로 표기하여 소비자에게 알려주듯이 EGF의 순도와 활성도를 수치 정보를 소비자에게 알려줘야 한다고 생각합니다.
지난 2020년 식품의약품안전처는 EGF 화장품에 대한 온라인 광고를 집중 점검하여 온라인으로 판매된 EGF 화장품 2557건 중에서 허위 및 과대광고 549건을 적발해 광고를 시정하고 접속을 차단했다고 합니다. 적발 내용은 피부, 세포재생, 홍조개선, 흉터완화 등 의약품으로 오인할 수 있는 광고(515건), 일반화장품임에도 미백, 주름개선 등 기능성화장품 광고(12건), 진피 속까지 도움 등 소비자 오인이 우려되는 광고(22건) 등이 있습니다. EGF의 기능과 효능은 의약품처럼 과장하고 싶지만 EGF 의약품처럼 정확한 정보는 제공하고 싶지는 않은 씁쓸한 모습입니다.
레퍼런스
- Blanca Miller Kobisher et al., Epidermal growth factor in aesthetics and reagenerative medicine: systematic review, J. Cutan. Aesthet. Surg. (2021)
- J Hardwicke et al., Epidermal growth factor therapy and wound healing--past, present and future perspectives, Surgeon. (2008)
- Olivia Eskens and Samiul Amin, Challenges and effective routes for formulating and delivery of epidermal growth factors in skin care. Int. J. Cosmet. Sci. (2020)
- Thermo Fisher, Tech tip, Spcific activity - Converting ED50 (ng/mL) to specific activity (units/mg)
- 기술&시장리포트, 상피세포성장인자(EGF), IPTargets
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