A novel in vitro dry skin model using minipig and human cadaver skin for evaluating moisturizer efficacy

Abstract

Moisturizers are key components of skincare products, and reliable test methods are essential for evaluating their barrier-repairing and hydrating efficacy. However, the viscous and waxy nature of many cosmetic moisturizers limits the applicability of conventional cell-based in vitro assays. In this study, we developed a novel in vitro dry skin model using epidermal sheets from minipig and human cadaver skin—models widely accepted in skin absorption research. To simulate dry skin conditions, various stimuli were applied, including the lipid-extracting solvent tert-butyl methyl ether (MTBE; 50% and 100%), the irritant surfactant sodium dodecyl sulfate (SDS; 1%), ultraviolet B (UVB) irradiation (30 mJ), and tape stripping. Skin barrier disruption and stratum corneum damage were evaluated by assessing epidermal lipid integrity, histological alterations, transepidermal water loss (TEWL), and FITC-dextran permeation. All treatments induced significant dry skin conditions, as evidenced by disrupted lipid architecture, histological damage, and increased TEWL and FITC-dextran flux. Among them, MTBE (50%) applied for 5 min produced the most consistent and reproducible changes across parameters. This protocol also yielded comparable results in human cadaver skin, supporting its applicability for evaluating the skin barrier-protective effects of cosmetic ingredients. Using this MTBE-induced dry skin model, we evaluated the skin barrier-protective effects of newly developed moisturizing ingredients, ceramide-mixtures. Ceramide mixtures successfully mitigated the MTBE-induced destruction of epidermal lipids, demonstrating that our method can be used for the assessment of skin barrier protection effects of cosmetic ingredients.;최근 피부 건강에 대한 관심이 높아지고 있으며, 보습은 많은 스킨케어 제품의 핵심적인 기능으로 인식되고 있습니다. 보습제는 경피수분손실(TEWL)을 방지하고 피부 수분을 보충하며 피부장벽을 보호하는 역할을 하며 이를 통해 건조증, 염증, 주름 형성 등 피부 질환의 위험을 줄이는데 도움이 됩니다. 피부 보습에서 가장 중요한 것은 각질층의 무결성입니다. 각질층(Stratum corneum, SC)은 각질세포와 지질로 구성되어 있으며, 자외선(UV), 기계적 스트레스, 계면활성제, 유기용매 등 외부 요인에 의해 지질이 추출되거나 이중층이 파괴되는 경우, 또는 단백질이 변성되는 경우 피부 장벽 기능이 손상되고 피부 질환을 유발할 수 있습니다. 새로운 보습제를 개발하기 위해서는 장벽 복구 및 보습 효능을 평가할 수 있는 신뢰할 수 있는 테스트 방법이 필요합니다. 그러나 많은 보습제는 점도가 높고 왁스 제형이기 때문에 기존 세포 기반의 시험관 내(in vitro) 분석법을 적용하기 어렵습니다. 또한 세포 기반의 시험에서는 보습의 핵심인 TEWL과 장벽의 구조적인 회복과 같은 평가 지표를 정확하게 재현하지 못합니다. 따라서 현재는 주로 사람을 대상으로 하는 임상연구에 의존하고 있는데, 이는 엄격한 환경통제와 대규모 표본 크기가 필요하다는 어려움이 있습니다. 이러한 이유로 건성 피부 구조를 구현하면서 점성이 있는 제형을 적용할 수 있고, 피부 장벽 기능을 정량적으로 평가할 수 있는 실험 모델에 대한 필요성이 커지고 있습니다. 본 연구에서는 피부 흡수 연구에서 널리 사용되는 피부 모델인 미니피그와 인간 사체 피부의 표피 시트를 사용하여 새로운 시험관 내 건성 피부 모델을 개발했습니다. 건조한 피부 상태를 시뮬레이션하기 위해 지질 추출 용매인 테트-부틸 메틸 에테르(tert-Butyl Methyl Ether,MTBE; 50% 및 100%), 자극성 계면활성제인 나트륨 도데실 설페이트(Sodium Dodecyl Sulfate, SDS; 1%), 자외선 B(UVB) 조사(30mJ), 테이프 스트리핑 등 다양한 자극을 가했습니다. 이후 표피 지질 무결성 및 조직학적 변화 관찰, TEWL 측정, FITC-덱스트란 투과 시험을 통해 피부 장벽 파괴 및 각질층 손상도를 평가했습니다. 모든 건조 유발 조건은 지질 구조를 파괴하고, 조직학적 손상을 입히며, TEWL 및 FITC-덱스트란 투과도를 증가시키며 심각한 피부 건조 상태를 유발한다는 것을 입증했습니다. 그 중 5분간 적용한 MTBE(50%)가 모든 파라미터에서 가장 일관되고 재현 가능한 변화를 일으켰습니다. 조직 단면 사진을 통해 각질층 구조를 확인하고 각질층의 면적을 측정하는 평가법은 정량적인 분석인 TEWL 및 투과도 결과와 비교했을 때 높은 상관계수를 나타내며 신뢰할 수 있는 평가 지표로 사용할 수 있는 가능성을 보였습니다. 미니피그 표피 시트를 통해 검증한 이 건조 유발 프로토콜과 평가 지표는 인간 사체 피부에서도 비슷한 결과를 보여 화장품 성분의 피부 장벽 보호 효과를 평가하는 데 적용할 수 있음을 입증했습니다. 이 MTBE 유발 건성 피부 모델을 사용하여 새로 개발된 보습 성분인 세라마이드 혼합물의 피부 장벽 보호 효과를 평가했습니다. 세라마이드 혼합물은 MTBE에 의한 표피 지질 파괴를 성공적으로 완화하여 화장품 성분의 피부 장벽 보호 효과를 평가하는 데 이 방법을 사용할 수 있음을 보였습니다.