나노기술 및 정책 정보

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최근 화장품에 나노재료의 사용에 대한 우려가 제기되고 있는 가운데, EC 소비자제품과학위원회(SCCP)는 이에 대한 견해를 요청받고, 이들 나노재료 화장품 성분의 안전성 평가에 대한 위원회의 의견을 수렴하여“Opinion on Safety of Nanomaterials in Cosmetic Products”(2007년 12월 18일)라는 제목의 보고서를 발표하였다. 본고는 이 보고서의 주요 내용을 발췌· 요약하였다.

● 나노기술의 중요성이 점증함에 따라 2004년 영국왕립협회(the Royal Society)와 왕립공학회(theRoyal Academy of Engineering)는 나노과학과 나노기술에 대한 연구보고서를 발표하고, 위험성의 관점에서 나노물질은 신규의 화학물질로 다루어져야 하며, 정상 및 비정상(손상된) 피부 모두에 대해 피부흡수 평가를 수행할 것을 권고하고 있음.

- 나노재료는 표면적의 증가로 단위 질량당 보다 큰독성을 유발할 수 있기 때문에 질량에 기반한 종래의노출 평가는 나노재료에 대해서는 더 이상 적합하지않다고 주장함.

- 또 보고서는 나노재료의 시험을 위해 적절한 비동물(non-animal) 실험의 가능성에 대해 질문을 던지고 있음.

● 이러한 배경에서 유럽위원회 소비자제품 과학위원회(SCCP, Scientific Committee on ConsumerProducts)는 화장품용 나노재료의 안전성 평가에 대한견해를 요청받고, 2007년 12월 18일 이에 대한 대응책을 보고서“( Opinion on Safety of Nanomaterials inCosmetic Products”(SCCP/1147/07))로 정리하여발표하였음.

- SCCP는 보고서에서 현재 자외선 차단제에 사용되고 있는 나노재료(불용성 나노입자)에 대한 이전의 견해들이 수정될 필요가 있으며, 이들에 대한 안전성의검토가 요구된다고 밝히고 있음.

● 화장품은 주로 피부, 머리카락, 또는 구강 점막에 사용되는 제품으로, 이러한 제품은 소위 나노입자라 부르는 100 nm 이하의 크기를 갖는 입자상 물질을 함유할수 있음. 나노입자는 여러 가지 목적으로 화장품에 사용되는데, 예컨대 화장품의 배합 물성과 수용성(acceptability)을 향상시킴으로써 보습 및 노화방지조성물, 메이커업 및 헤어 컨디셔너 처럼 피부와 머리카락에 직접적인 효과를 주거나, 자외선 차단제의 UV필터 처럼 피부를 보호하는 역할을 함.

● 나노입자는 하나 이상의 나노크기 차원(적어도 하나의 차원이 100 nm 이하)을 갖는 입자를 말하며, 또 나노재료는 하나 이상의 나노크기의 외부 형상 또는 내부구조를 갖는 재료를 말함. 이러한 나노재료는 나노크기의 형상이 없는 동일 재료에 비해 신규한 특성을 나타내며, 나노재료의 물성을 동일한 벌크재료와는 매우 다르게 만듬(상대 표면적 증가. 양자효과 등).

● 나노입자는 두 개의 군으로 분류될 수 있는데, 즉 1)피부에 적용시 구성 분자성분으로 분해되는 용해성 및/또는 생분해성 나노입자(liposome, 마이크로에멀젼,나노에멀젼 등)와 2)불용성 및/또는 생체지속성(biopersistent) 입자 (TiO2, ZnO, 풀러렌, 탄소나노튜브, 양자점 등)로 분류될 수 있음.

- 용해성 및/또는 생분해성 그룹에 대해서는 질량에기초한 기존의 리스크 평가 방법이 적용될 수 있으나, 불용성 입자에 대해서는 입자크기, 입자 수, 형상, 표면적, 입자분포 등의 다른 측정 기준이 요구되며, 따라서 물리화학적 특성에 대한 완벽한 특성연구가 요구됨. 국부적 응용에 있어 나노입자에 대한 노출은 근본적으로 모낭 및 부속기관을 통하거나 피부를 통해서 이루어지며, 호흡, 섭취, 결막 및 점막표면을 통해서도 노출되기도 함.

● 나노입자와 관련한 잠재적 위험을 평가할 때 흡수(uptake)는 매우 중요하며, 흡수와 관련한 건강 문제를일으키는 것은 주로 불용성 입자 때문임. 이 입자들이전신에 확산되면, 전위(translocation)와 수송 및 제2차 표적 기관에서의 궁극적인 축적이 일어날 수 있음.
이는 화장품의 반복 사용 시에도 중요한 문제가 될 수있기 때문에, 불용성 나노입자는 필연적으로 환경에 부하가 되므로 완전한 라이프 사이클 분석이 요구됨.

● 나노재료의 안전성 평가에 있어, 실제 판매되거나판매하려는 나노재료가 재료 특성연구와 위해성 규명에 사용되어야 함.

- 전통적인 리스크 평가에 있어, 피부 침투에 대한연구는 건강하고 손상되지 않은 피부를 사용하여 수행되고 있으며, 손상된 피부의 경우에는 흡수량의 증가 가능성을 고려해 안전 한계(Margin of Safety,MoS)를 설정해야 함.

- 그러나 나노재료의 경우, 기존의 안전한계로는 안전에 대한 적절한 설명을 해줄 수 없음. 만약 나노입자가 피부의 주요 조직 층에 흡수·침투하게 되면,피부로부터 전신순환계에 전위가 일어날 수 있으며,전신흡수는 비정상 피부 조건(햇볕에 탄 피부, 아토피 피부, 습진피부, 건선피부)에서 일어날 가능성이클 것으로 예견됨. 피부에 대한 물리적(특히 기계적)및/또는 화학적 작용은 나노입자의 침투에 영향을 미칠 수 있다는 증거가 있음.

- 현재, 생체외 확산 셀 챔버(in vitro diffusion cellchamber)가 경피흡수를 시험하는 표준장치이지만,나노입자의 잠재적 침투/흡수에는 기계적인 요인들이 중요하기 때문에 이 표준모델이 이상적인 것은 아님. 그러므로 경피 침투 경로를 평가하는 새로운 방법이 시급히 요구되고 있음.

● 흡입과 섭취를 통한 화장품 중의 나노입자에 대한데이터에 있어서 리스크 평가 방법 간에 큰 차이가 있음. 예컨대, 폐포 영향(및 체내 영향)을 평가하기 위해세포독성 및 염증성 효과를 연구하는 간단한 생체외 시험 방법이 있지만, 이것들은 폐의 복잡성을 반영하는효과를 연구하는 데는 적합하지 않음. 전신 및 만성 독성에 대한 생체내(in vivo) 모델은 아직 존재하지 않으며, 특히 잠재적 독성 나노물질의 전위, 생체분포(독성역학), 축적 및 제거를 위한 연구가 개발될 필요가 있음.

- 일반적으로 나노재료를 포함한 화장품 성분에 대해 돌연변이 유발성/유전독성 시험이 요구됨. 나노입자의 인공돌연변이/유전독성 시험에 대한 기본적인요구 사항은 다른 입자상 재료와 유사하지만, 나노입자의 특유한 물성들에 대해서는 심층적인 고려가 필요함. 그러나 현재 유효히 검증된 생체내 유전독성시험은 나노입자의 예상되는 표적 기관(특히 氣道)을 포괄하고 있지 못하며, 화장품용 나노재료를포함한 준거물질에 대해서 검증되고 있지 않음.

- 나노재료에 대한 모든 생체내 및 생체외 리스크 평가 방법들은 아직도 연구단계에 있음. 몇 가지 검증된 생체외 방법이 존재하지만, 이 방법들도 준거물질로 나노재료에 대해 검증된 바는 없음. 향후 피부 침투 연구에 대한 동물시험이 대폭 줄어들 수는 있지만, 이러한 피부침투 연구는 만성 독성 연구뿐 아니라 이동 및 축적 연구에 필수적인 것임.

● SCCP는 화장품의 안전성 평가를 위해‘화장품에관한 지침’제7차 개정안에서 동물 실험 화장품의 판매금지를 규정하고 있음.*) 이는 현재는 완성품 화장품의생체내 시험을, 가까운 장래에는 그 성분들의 생체내시험까지도 금지하고 있음. 그래서 오직 검증된 생체외시험방법만이 사용될 수 있지만, 현재로는 어떠한 방법도 나노재료에 대해 유효성이 검증된 것은 없음. 따라서 나노재료에 관한 각각의 안전성은 케이스 바이 케이스로 평가될 필요가 있음.

- 자외선 차단제에 현재 사용되고 있는 나노재료에대해, EU 화장품·비식품과학위원회(SCCNFP,Scientific Committee on Cosmetic Products andNon-Food Products)는 2003년 ZnO에 대한 견해를 밝히면서 나노크기의 ZnO에 대한 안전성 자료를요구한 바 있음(SCCNFP/0649/03). 또 2000년SCCNFP가 TiO2에 대해 견해(SCCNFP/0005/98)를 밝힌 이래로, TiO2를 포함한 나노입자에 대한 많은 새로운 데이터가 나타나고 있음. 그래서 SCCP는최신 정보에 근거해 나노크기 TiO2의 안전성을 검토하는 것이 필요하며, 생리학적으로 비정상 피부의 영향과 피부 침투에 미치는 기계적 작용의 잠재적 영향을 고려할 필요가 있는 것으로 결론을 내리고 있음.

● 리스크 평가를 위한 나노입자의 특성 연구에는 다음과 같은 물리적, 화학적 특성들이 고려되어야 함. 또 나노입자 자체의 물성에 대한 특성 연구만으로는 불충분하며, 주어진 환경 중에서 용해성/불용성, 자유라디컬생성 등 나노입자의 상호작용이 검토되어야 함.

● 기능화된 풀러렌, 양자점과 같은 극미세 입자(10nm이하)가 피부를 통해 생체조직에 침투한다는 몇 가지증거가 있음(주로 표피층(epidermal layer)의 유극층(startum spinosum)에 침투하며 궁극적으로 진피(dermis)에 도달).

● 손상되지 않은 피부에 대한 침투 시험에서, 물리적인 UV 필터로서 자외선 차단제에 사용되는 약 20 nm이상의 일차 입자에 대해서는 생체조직의 피부침투에대한 결정적인 증거는 없음.

● 위의 피부침투에 관한 사실은 건강한 피부(인간, 돼지)에 적용되며, 손상된 장애 기능을 갖는 피부(아토피성 피부나 햇볕에 탄 피부)에 대해서는 적절한 정보가없음. 건선피부(psoriatic skin)에 대해서는 소수의 데이터가 있음.

● 피부에 대한 몇 가지 기계적인 영향(구부림 등)은나노입자 침투에 양향을 미칠 수 있다는 증거가 있음.

● 20 nm 미만의 입자에 대해서는 부속기관들에의 침투에 대한 정보는 없으며, 20 nm 이상의 나노입자는머리카락 모낭 깊숙이 침투하지만 생체조직에 대한 침투는 관찰되지 않았음.

□ 나노입자의 흡입
● 흡입 시에 10~100 nm 크기의 나노입자는 기도의폐포 부분에 우선적으로 침착하며, 또 0.2~0.6의 확률로 細氣管支에도 침착함. 이에 비해 10 nm 미만의 나노입자는 상부 기도에 우선적으로 침착함.

● 나노입자는 상피 장벽을 지나 세포간 공간으로 들어감.

● 흡입 및 점적주입(instillation) 후 나노입자의 전위연구가 수행되었으며, 이로부터 나노입자가 여러 기관으로 이동하며, 뇌혈관장벽(blood-brain barrier)을통과할 수 있는 것으로 나타났음.

● 극미세 입자의 흡입은 혈전효과(thromboticeffect)와 관련 있으며, 이는 흡입의 직접적인 효과이거나 폐염증에 기인함.

● 폐에서 나노입자는 다음의 이유로 오래 지속할 수있음.
a. 대식세포 (大食細胞)의 식세포 활성 저하
b. 폐포로부터 분리가 어려움
c. 세포간 공간(interstitium)에서의 체류

● 폐에서의 잠재적 국소 효과는
d. 입자자체 또는 식세포 및 상피조직 세포에 의해유발되는 산화 스트레스
e. 염증반응
f. 배양된 폐 세포에서 인공돌연변이/유전독성 효과의 증거는 있지만, 흡입 노출 후 나노 재료의 유전독성에 관한 데이터는 없음.
g. 세포독성

□ 장 및 눈의 나노입자 노출 영향
● 정보가 없음.

□ 세포에 대한 영향
● 나노입자의 세포 반응을 연구하기 위해 다양한 피부세포들에 대한 생체외 실험이 수행되었으며, 관찰된 결과는 세포내이입 또는 비세포내이입 메커니즘에 의한내재화(internalization)에 있어 세포내부의 칼슘 및반응성 산소 종 농도 증가, 세포증식 및 세포 생존력에영향 등 다양함.

● 생체외 시험이 위해성 규명에 유용하지만, 나노입자를 사용해 검증 또는 최적화된 다른 대안적 방법이 존재하지 않음. 나노입자는 세포 배양액에서 환경(배양액, 이온강도, 산성, 점성)과 입자물성(크기, 형상, 및밀도)의 함수로서 확산, 침전, 응집함. 이들 물성과 효과를 고려하면 나노입자의 독성 시험의 기반을 상당히향상시킬 수 있을 것임.

● 현재 적절한 리스크 평가를 위한 생체외 분석법은없음.

□ 전체적인 현상 요약
● 현재 다음의 영역에서 정보가 불충분하다.

- 위해성 규명
- 노출평가
- 흡수(생리학적으로 면역력이 약화된 인간의 피부포함)
- 세포막을 통한 장과 폐포에의 흡수와 수송을 결정하는 나노입자의 물리화학적 변수의 역할
- 2차 표적 기관에서 생체역학과 축적을 결정하는체순환에 있어서 나노입자의 물리화학적 변수의 역할
- 잠재적 건강 영향(감수성자 포함)
- 태반을 거쳐 태아에 이르는 나노입자의 이동
- 나노재료에 대한 검증되거나 또는 최적화된 생체내, 생체외 시험방법


<표 1> 시판되고 있는 나노화장품의 예
Source: Comments to U.S. Food and Drug Administration
Docket: FDA Regulated Products Containing Nanotechnology Materials Docket number: 2006N-0107

PRODUCTS	MATERIALS
After sun products	VITAMIN NANOCAPSULES
Anti aging	FFULLERENES Firming Anti-Oxidant Serum  FULLERENES Aging Skin Resuscitating Serum  MICRONIZED GLUCONOLACTATE Anti Aging Finishing Powder  MICRONIZED INGREDIENTS Vitamin A and C Serum  MICRONIZED LIPOSOMES Serum  MICRONIZED ZINC OXIDE, MICRONIZED  TITANIUM DIOXIDE  NANOENCAPSULATED INGREDIENTS RETINOL NANOCAPSULES  VITAMIN  NANOSOMES OF SODIUM LACTATE, NANOSOMES OF CALENDULA,       NANOSOMES OF WITCH HAZEL, NANOSOMES OF GINSENG,               NANOSOMES OF UREA, NANOSOMES OF VITAMIN A AND E,              NANOSOMES OF PRO-VITAMIN B5, NANOSOMES OF ALPHA-BISABOLOL   AND GERMAL II, NANOSOMES OF VITAMIN A
Anti-itch/rash cream	MICRONIZED ZINC OXIDE NANOENCAPSULATED INGREDIENTS
Around-eye cream	FULLERENES  LYPHAZOME NANOSPHERES  MICROSOME Eye Gel  MICRONIZED LIPOSOMES
Blush	MICRONIZED INGREDIENTS  MICRONIZED POWDER BRUSHES  MICRONIZED TITANIUM DIOXIDE (COATED or not WITH DIMETHICONE)  MICRONIZED ZINC OXIDE
Body firming lotion	NANO DELIVERY SYSTEM reduction Anti-Cellulite  NANOSOMES OF CENTELLA ASIATICA
Body wash/cleanser	NANOSOMES OF VITAMIN A
Bronzer/highlighter	MICRONIZED ITALIAN TALC POWDER MICRONIZED ROSE QUARTZ POWDER, MICRONIZED TOPAZ POWDER  MICRONIZED ZINC OXIDE  NANO-VITAMINS
Camouflage makeup	MICRONIZED GLUCONOLACTATE
Concealed	MICRONIZED POWDER  MICRONIZED TITANIUM DIOXIDE, MICRONIZED ZINC OXIDE  NANOSPHERES OF HYALURONIC ACID AND FULVIC ACID
Conditioner	MICRONIZED TITANIUM DIOXIDE
Diaper cream	MICRONIZED ZINC OXIDE
Exfoliant/scrub	MICRONIZED PEARL
Eye liner	MICRONIZED TITANIUM DIOXIDE
Eye shadow	MICRONIZED TITANIUM DIOXIDE(COATED or not WITH DIMETHICONE)  MICRONIZED ZINC OXIDE
Facial cleanser	MICRONIZED SPHERICAL DIAMOND DUST NANOTECHNOLOGY  INGREDIENTS
Facial  moisturizer/treatment	MICRONIZED CORNFLOUR  MICRONIZED LIPOSOMES  MICRONIZED PEARLIZERS  MICRONIZED TITANIUM DIOXIDE  MICRONIZED TOPAZ POWDER, MICRONIZED ROSE QUARTZ POWDER  NANO-PARTICLE DELIVERY SYSTEM
Foundation	MICRONIZED MINERALS  MICRONIZED TITANIUM DIOXIDE(COATED or not WITH DIMETHICONE)  MICRONIZED ZINC OXIDE
Glitter	MICRONIZED POWDER
Hair-loss treatment	NANOSOMES
Lip barm/treatment	NANO ZINC OXIDE
Lip Gloss	MICRONIZED TOPAZ POWDER, MICRONIZED ROSE QUARTZ POWDER
Lip liner	MICRONIZED TITANIUM DIOXIDE
Lipstick	MICRONIZED TOPAZ POWDER, MICRONIZED ROSE QUARTZ
Mask	MICRONIZED QUARTZ SILICA
Moisturizer	LYPHAZOME NANOSPHERES
Nail treatment	LYPHAZOME NANOSPHERES  MICRONIZED POLYCARBONATED RESIN
Powder	MICRONIZED FOMULA  MICRONIZED GLUCONOLACTATE  MICRONIZED PIGMENTS  MICRONIZED TITANIUM DIOXIDE, MICRONIZED ZINC OXIDE
Skin fading/lightener	MICRONIZED TITANIUM DIOXIDE  NANO LOTION  NANO-RETINYL