Investigation of efficacy and safety test using 3D reconstructed human tissue models

Abstract

최근 동물실험 대체법으로서 다양한 인공조직을 이용한 실험이 진행되고 있는데, 그러한 실험의 일환으로 본 연구에서는 인체유래 인공조직모델을 이용한 효능 및 안전성 실험을 진행하였다. 첫번째로는 유산균 균주인 Lactobacillus rhamnosus (LR)를 이용하여 피부 장벽 보호 효능을 확인하였다. 인공피부모델에 국소적으로 LR을 처리한 결과, 피부 장벽 기능에 중요한 단백질들인 밀착연접단백질, 표피분화단백질, 데스모좀의 발현이 촉진되었다. 또한, LR을 처리함으로써 피부자극물질에 대한 세포독성에 대한 내성이 증가하였고, 외부 물질에 의한 침투가 줄어들었다. 이러한 결과를 바탕으로 LR이 피부장벽 보호 효능을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 다음 연구로는 많은 생활화학제품에 보존 및 살균 목적으로 이용되는 살생물제는 인체에 경피 노출 및 흡입 노출을 통해 독성을 일으킬 우려가 있기 때문에, 인공피부모델 및 인공기관지점막모델을 이용하여 살생물제에 대한 안전성 시험을 진행하였다. 세포 독성 시험 및 조직학적 시험 결과, BIT와 DBNPA는 경피로 노출될 경우 독성이 우려되었고, BIT, bronopol, OIT, DBNPA, chlorocresol, OPP의 경우 흡입 노출될 경우 독성이 우려되었다. 또한 이 물질들이 혼합되어 있거나 다 회 노출될 경우의 독성 역시 고려되어야 하며, 이러한 추가 연구들이 진행된다면, 경피 노출 및 흡입 노출을 고려한 인공인체모델 독성 시험 결과는 동물실험대체법의 일환으로 노출 특성에 근거한 살생물제의 위해평가에 활용될 것으로 예상한다.;Many researchers are conducting experiments using 3D reconstructed models as alternative to animal experiments. As part of it, we evaluated the efficacy and safety of a cosmetic ingredient and biocides using 3D reconstructed human models. First, we investigated the efficacy of Lactobacillus rhamnosus (LR) on the skin barrier function using a reconstructed human epidermis. The main function of the skin is to protect our body from the harmful environment. The disruption of the skin barrier causes dermal dehydration and allows the penetration of toxic materials into the body. In that reason, improvement of skin barrier function can help to relieve various skin conditions. Lactobacillus rhamnosus is a short gram-positive facultative anaerobic rod bacterium which is widely used as probiotics. The application of LR promoted the expression of tight junction proteins, desmosomes and the epidermal differentiation markers. Also, topical LR treatment increased barrier function through strengthening the stratum corneum against the skin irritant and prevented the penetration of foreign substances. Therefore, we suggest that LR lysate has a beneficial effect on maintaining skin barrier function. Second, there are various chemical products that used in our daily life with a lack of safety data. Recently, the need for toxicity studies on biocides has been required. As humans are exposed to chemical products usually through dermal and inhalation exposure, we investigated the safety test of biocides using a reconstructed human epidermis model and an airway mucosa model. As a result, many biocides showed dermal and inhalation toxicity potential even within the range of permitted concentrations. In general, inhalation exposure of biocides was found to be more toxic than dermal exposure. We expect that our results will be considered for the risk assessment of biocides used in household products.