자체항산화형 나노캡슐화를 통한 초임계 아스타잔틴 안정성 및 경피전달체 효용 향상
Improved stability and transdermal vesicle application of supercritical astaxanthin by self antioxidative nanoemulsion
- 주제(키워드) astaxanthin , supercritical fluid-CO2 , nanoemulsion
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 변상요
- 발행년도 2011
- 학위수여년월 2011. 2
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 응용생명공학과정
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000011180
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
본 연구에서는 헤마토코쿠스 프루비알리스(Hamatococcus Pluvialis)로부터 이산화탄소 초임계 추출(SC-CO2 )방법을 이용하여 아스타잔틴을 추출하였으며, 고순도 및 최적의 추출조건을 확보하기 위해온도, 압력, 그리고 저온, 고압에 의한 세포벽 피괴에 따른 추출을 하였고, 얻어진 아스타잔틴 추출물로 항산화효과, 세포독성실험 등을 하였으며, 나아가 주름, 탄력 등의 항노화에 관련된 단백질과의 연관성을 2-DE를 이용하여 분석하였다. 아스타잔틴의 가장 큰 문제점인 광(光), 열(熱)에 대한 안정성 확보를 위해 Glyceryl Ester vesicle을 이용한 나노 에멀젼을 연구를 하였으며, 본 나노에멀젼은 사용성 향상, 특이취 개선, 안전성(安全性)이 우수함을 확인하였고, 피부침투시험, 제형화 시험과 제형화를 통한 보습, 탄력 등의 효능시험을 실시하였는데 그 효과가 우수하였다. 보다 상세하게 기술하면, 아스타잔틴의 순도 증진과 추출효율을 극대화하기 위해 보조 솔벤트를 사용하지 않고, Air jet mill를 이용하여 헤마토코쿠스 프루비알리스의 세포벽을 파괴함으로써 아스타잔틴 함량이 6.6%인 양질의 아스타잔틴을 얻을 수 있었다. 이렇게 얻어진 아스타잔틴은 DPPH를 이용한 free radical 소거활성에서 농도 의존적으로 우수한 활성산소 소거효과를 확인할 수 있었고, UV로 손상된 피부를 회복하는 기능이 있음을 확인하였고, 주름, 노화에 관련한 단백질의 발현 변화를 관찰하기 위하여 아스타잔틴 추출물을 처리한 fibroblast와 fibroblast의 전체 proteome을 2-DE를 사용하여 비교 분석하였다. Matching spot의 pI값과 Molecular weight를 비교해 본 결과, 노화(주름, 탄력)관련 단백질로 보여지는 17개의 spot을 확인할 수 있었으며, 아스타잔틴 추출물이 cell 내에서 ECM 손상 억제, 세포 부착력 강화, cytokine조절, 세포 붕괴 억제 등의 효과가 있다는 것을 알 수 있었다. 또한 단백질은 노화와 관련된 단백질들로서 콜라겐 합성을유도하는 prolyl 4-hydroxylase의 양이 증가하면서, type III(alpha 1) collagen의 양 또한 증가하는 것을 알 수 있었다. 또한 MMPs의 발현을 촉진시키는 cytokine(IL 1-α, TNF- α, NF-kappa B)의 양이 줄어 MP-1, 2, 9을 포함한 여러 MMPs의 양이 줄어든 것을 확인할 수 있었다. 그 외에도 아스타잔틴 추출물은 elastase IIIB, integrin beta-1, fibronectin, vimentin, cathepsin, cathepsin precursor에 영향을 주어 cell의 상호작용 촉진, 세포전환에 도움을 준다는 것을 추측할 수 있다. 또한 아스타잔틴 안정성 확보를 위해 Glyceryl Citrate/Lactate/Linoleate/Oleate베지클에 보 조항산화제, 에탄올 등을 구성성분으로 한 아스타잔틴 나노에멀젼을 만들었으며, 안정성 확인은 입도변화, 색상변화, 제타전위변화, 아스타잔틴 함량변화 등으로 체크하였으며, 결과는 매우 양호 하였다. 아스타잔틴 봉입상태를 TEM, FF-SEM으로 확인하였고, 피부침투성을 공초점 레이저 주사현미경(CLSM : Confocal Laser Scanning Microsope)으로 확인한 결과 레시틴보다 침투가 용이함을 확인할 수 있었다. 아스타잔틴 나노에멀젼을 화장료에 적용하여 보습 및 탄력, 안전성의 시험을 한 결과 보습, 탄력 효과가 우수하였고, 피부에 안전성도 양호하였다. 앞으로 항산화 효과에 의한 노화방지, 자외선차단 및 자외선에 의한 노화방지의 중요성이 증진되는 분위기에 강력한 항산화효과가 있는 아스타잔틴을 안정화한 나노 에멀젼은 기능성 소재로서 가치와 역할이 매우 클 것으로 기대된다.
more초록/요약
The study on cell membrane disruption under pressure and temperature for optimizing high yield extraction method of Hamatococcus Pluvialis was performed in the process of CO2 supercritical extract as well as toxicity test and anti oxidant effect were measured. Furthermore, Proteome analysis using 2-DE to observe relationship between proteins and anti-aging factors such as skin aging and elasticity was studied. To overcome serious problem of astaxanthin such as texture and stability against temperature and light, application to cosmetics was also studied by manufacturing nanoemulsion with glyceryl ester vesicle. The obtained nanoemulsion was shown better cosmetic safety, stability and penetration efficacy indicating moisturizing and elastic property. To be more specific, Air jet mill was used for safe crush of Hamatococcus Pluvialis, and extraction efficacy yielding high quality of astaxanthin 6.6% from raw material, Hamatococcus Pluvialis. Free radical scavenging effect, recovery effect against UV radiation and proteome analysis were studied by comparing between untreated melanocyte and astaxanthin extract treated melanocyte. Finally astaxanthin was found to have close relationship with wrinkle, skin whitening, controlling ECM damage, cell adhesion property, and cytokine control as well as cell disruption control by checking 17 protein spots from the result of proteome analysis. Found protein which is related to aging usually acts as collagen synthesizer by increasing amount of prolyl 4-hydroxylase and type III(alpha 1) collagen while it decreases amount of MMPs including MMP-1,2,9 by reducing amount of cytokine IL 1-α, TNF- α, NF-kappa B). We can also predict the astaxanthin extract to have effects of improvement in cell interaction and cell conversion by checking its influence to other things such as elastase IIIB, integrin beta-1, fibronectin, vimentin, cathepsin and cathepsin precursor. Study on stable astaxanthin nanoemulsion was accomplished by using glyceryl citrate/lactate/linoleate/oleate as a vesicle, co-antioxidant and ethanol as formulation components. Emulsion stability against temperature and light was tested by checking change of particle size, color and zeta potential. Also incorporation status and penetration efficacy were checked respectively by FF-SEM and CLSM (Confocal Laser Scanning Microscope). It was resulted that penetration and nano emulsion stability was relatively stable compared to the emulsion using normal lecithin as emulsifier which is widely used in making nanoemulsion. Besides, in the use of cosmetic formulation, better hydration and elasticity was observed when it was formulated with astaxanthin nanoemulsion. To that content, astaxanthin as a natural cosmetic raw material is also highly expected its utility value in protecting UV radiation and improving UV caused aging and oxidation. In addition, stabilization of astaxanthin which is valued as high anti oxidant will also be expected to have good evaluation as a functional material.
more목차
1. INTRODUCTION 1
1.1 Antioxidants 1
1.2 Astaxanthin 2
1.2.1 Definition and origin of astaxanthin 2
1.2.2 Structure of astaxanthin 3
1.2.3 Function of astaxanthin 6
1.3 Supercritical fluid extract 8
1.3.1 Supercritical fluid technology 8
1.3.2 Definition and Characteristic of supercritical fluid technology 9
1.3.3 Application of supercritical fluid technology 14
1.4 Nanoemulsion 23
1.4.1 Emulsion & Nasnoemulsion 23
1.4.2 Application of nanoemulsion 25
1.4.3 Characteristic & Preparation of nanoemulsion 27
1.4.4 Evaluation of Nanoemulsion 36
1.4.5 Classification of nanoemulsion 39
1.4.6 Membrane of skin 44
1.5 Purpose of the study 45
2. MATERIALS AND METHODS 47
2.1 Materials 47
2.2 Analytical instruments 48
2.3. Extractrion astaxanthin from Hamatococcus Pluvialis 49
2.4 Preparation of nanoemulsion 51
2.5 Stability check of nanoemulsion 53
2.6 Entrapment of astaxanthin nanoemulsion 55
2.7 Quantitative analysis of astaxanthin nanoemulsion 56
2.8 Measurement of antioxidant effect 59
2.9 Cell viability assay (MTT assay) 60
2.10 Proteome analysis 60
2.11 In vivo test of effectiveness 62
3. RESULTS 68
3.1 Extraction of astaxanthin from Hamatococcus Pluvialis with SC- CO2 68
3.2 Preparation of nanoemuslion & Result 74
3.3 Optimization of the astasome & Result 82
3.4 Stability of nanoemulsion & Astasome 86
3.5 Entrapment of astaxanthin nanoemulsion 97
3.6 Identification of astasome with the TEM, FF-SEM 102
3.7 Quantitative analysis of astaxanthin nanoemulsion 104
3.8 Comparision of transparency on the astasome from vesicle 108
3.9 DPPH Assay 109
3.10 MTT Assay 112
3.11 Detection of protein from 2-DE 114
3.12 Penetration of the astasome 121
3.13 In vivo test 124
4. DISCUSSION 134
5. CONCLUSION 140
6. REFERENCES 142
ABSTRACT IN ENGLISH 153
