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< (왼쪽부터) 화학과 김은우 박사과정, 이해신 교수 >

탈모는 전 세계적으로 수억 명이 겪고 있는 문제로 심리적·사회적 영향을 크게 미치고 있다. KAIST 연구진이 천연 폴리페놀(polyphenol)의 일종인 탄닌산이 탈모 예방에 기여할 가능성에 주목하고 연구를 통해 탄닌산이 단순한 코팅제가 아니라, 탈모를 완화시키는 ‘접착 중재자(adhesion mediator)’ 역할을 한다는 점을 밝혀냈다. 

우리 대학 화학과 이해신 교수 연구팀이 탄닌산 기반 코팅 기술을 활용해 탈모 완화 기능성 성분을 서서히 방출하는 새로운 탈모 예방 기술을 개발했다고 6일 밝혔다. 

탈모에는 안드로겐 탈모증(androgenetic alopecia, AGA) 및 휴지기 탈모(telogen effluvium, TE)가 있는데 유전적, 호르몬적, 환경적 요인이 복합적으로 작용하며, 현재까지도 효과적이면서 부작용이 적은 치료법이 부족한 실정이다. 

대표적인 탈모 치료제인 미녹시딜(minoxidil)과 피나스테라이드(finasteride) 는 일정 효과를 보이지만, 장기적인 사용이 필요하고, 체질에 따라 효능이 다르게 나타날 뿐만 아니라 일부 사용자는 부작용을 경험하기도 한다. 

이해신 교수 연구팀은 탄닌산이 모발의 주요 단백질인 케라틴과 강하게 결합해 모발 표면에 지속적으로 부착될 수 있음을 입증했으며, 이를 활용해 특정 기능성 성분을 제어된 방식으로 방출할 수 있음을 확인했다. 

특히 연구팀은 살리실산(salicylic acid, SCA), 니아신아마이드(niacinamide, N), 덱스판테놀(dexpanthenol, DAL) 등 탈모 완화 기능성 성분을 포함한 조합을 개발하고, 이를 ‘스캔달(SCANDAL)’이라 명명했다. 연구 결과, 탄닌산과 결합된 스캔달 복합체는 수분과 접촉하면 점진적으로 방출되며, 모발 표면을 따라 모낭으로 전달되는 것으로 나타났다.

< 그림 1. 탄닌산/SCANDAL 복합체에 의한 탈모 완화 메커니즘의 모식도. 탄닌산은 360도 방향으로 접착 기능을 갖는 갈롤(gallol) 그룹을 포함한 폴리페놀 화합물로, 한쪽에서는 모발 표면과 결합하고, 다른 한쪽에서는 탈모 완화 기능성 성분인 SCANDAL과 결합하여 이를 모발 표면에 저장하는 역할을 한다. 이후 수분과 접촉하면 SCANDAL이 점진적으로 방출되며, 두피 및 모낭으로 전달되어 탈모 완화 효과를 나타낸다. >

굿모나의원(원장: 이건민) 연구팀은 탄닌산/스캔달 복합체가 포함된 샴푸를 12명의 탈모 환자에게 7일간 적용한 결과, 임상자 모두에게 유의미한 탈모 감소 효과가 관찰됐다. 실험 결과, 평균적으로 56.2%의 모발 탈락 감소 효과가 나타났으며, 최대 90.2%까지 탈모가 감소하는 사례도 확인됐다. 

이는 탄닌산이 모발 표면에서 스캔달 성분을 안정적으로 유지하고, 서서히 방출되면서 모낭까지 전달되는 방식이 탈모 완화에 효과적일 수 있음을 시사한다.

< 그림 2. 아무런 처리를 하지 않은 탈색모에 탄닌산 코팅을 적용하면, 큐티클이 서로 밀착되듯이 코팅이 형성된다. 이는 X-선 광전자 분광법(XPS) 분석을 통해 확인되었으며, 탄닌산 코팅 후 케라틴 단백질에 함유된 아미노산의 질소에 대한 표면 분석 결과, 신호 강도(intensity)가 감소하는 것이 관찰되었다. 이는 탄닌산이 모발 표면에 성공적으로 결합하여 기존 아미노산을 덮었음을 증명한다. 이를 더욱 확실하게 검증하기 위해 금 이온 처리를 통해 산화-환원 반응을 유도한 결과, 모발 전체가 까맣게 변하며, 탄닌산이 모발 표면에서 금 이온과 반응하여 탄닌산-금 복합체를 형성함을 확인할 수 있었다. >

이해신 교수는 “천연 폴리페놀(polyphenol)의 일종인 탄닌산은 강력한 항산화 효과를 가지며, 단백질과 강하게 결합하는 특성이 있어 생체 접착제(bioadhesive) 역할을 할 수 있다는 것을 입증하는데 성공했다.”고 말했다.

이어 이 교수는 “기존 연구에서도 피부 및 단백질 코팅 소재로 활용된 사례가 있지만, 이번 연구는 모발과의 결합 및 탈모 완화 성분 전달을 위한 최초 사례로 교원창업기업 폴리페놀팩토리(주)를 통해 제품화한 ‘그래비티 (Grabity)’샴푸에 적용하였다. 앞으로도 끊어지는 얇은 헤어의 강도를 획기적으로 늘리는 샴푸, 곱슬머리를 펴 주는 제품 등 더 다양한 연구 결과에 따른 제품화를 위해 노력하고 있다”고 강조했다.

< 그림 3. 탄닌산과 탈모 완화 기능성 성분(SCANDAL)은 수소 결합을 통해 안정적인 복합체를 형성하며, 이를 통해 모발에 결합된 탄닌산이 SCANDAL을 효과적으로 저장할 수 있음을 확인하였다. 또한, 살리실산(SCA), 나이아신아마이드(N), 덱스판테놀(DAL)의 투과전자현미경 분석 결과, 이들 모두 탄닌산-SCANDAL 나노복합체를 형성하는 것이 관찰되었다. >

화학과 김은우 박사과정이 제1 저자로, 이해신 교수가 교신저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼 인터페이스Advanced Materials Interfaces’ 1월 6일 온라인판에 게재됐다. (논문명: Leveraging Multifaceted Polyphenol Interactions: An Approach for Hair Loss Mitigation) DOI: 10.1002/admi.202400851

< 그림 4. 탄닌산과 함께 모발 표면에 저장된 탈모 완화 기능성 성분(SCANDAL)은 수분과 접촉하면 서서히 방출되며, 모발 표면을 따라 모낭으로 전달된다. 살리실산(SCA)과 나이아신아마이드(N)는 10분 이내에 각각 25% 이상 방출되었다. 탄닌산/SCANDAL 복합체가 포함된 샴푸를 12명의 참가자의 모발에 적용한 결과, 평균적으로 모발 빠짐 현상이 약 56.2% 감소하였으며, 감소율 범위는 최소 26.6%에서 최대 90.2%까지 나타났다. 이러한 결과는 탄닌산이 모발 표면에 SCANDAL을 안정적으로 결합시키고, 이를 통해 모낭으로의 점진적인 방출이 이루어져 탈모 완화 효과를 나타낼 수 있음을 시사한다. >

한편 이번 연구는 KAIST 교원 창업 기업인 폴리페놀팩토리(주)의 지원을 받아 수행됐다.