백자인 및 백하수오를 이용한 수면 증진 건강기능식품 개발 = Development of functional foods for sleep-enhancing from oriental arborvitae and white hasuo

국문 초록 (Abstract)

1. 연구개발의 목적 및 필요성
1.1. 최종목표: 백자인 및 백하수오의 수면 증진 효과에 대한 과학적 입증 및 수면 증진 건강기능식품의 개발
1.2. 필요성
1) 산업경제적 측면
- 수면경제의 대두: 불면증 등 수면장애의 만연으로 세계적인 수면관련 시장의 급성장
- 수면증진식품 필요성 대두 및 시장의 확대: 수면제를 대체하고 수면의 질을 향상시킬 수 있는 수면증진식품에 대한 요구가 증대됨에 따라 선진국을 중심으로 시장 확대
2) 과학기술적 측면
- 선진국의 수면증진식품에 대한 연구 활성화: 미국, 유럽 및 일본뿐만 아니라 최근에는 중국, 대만 등 수면증진효과를 가지는 천연소재에 대한 연구가 활발
- 국내 관련 연구의 미미: 국내의 경우 수면증진식품에 대한 연구가 미미하며, 특히 전통적으로 알려진 소재에 대한 연구가 전무
2. 연구개발의 내용 및 범위
2.1. 1년차(2009년)
- 1세부: 기능성분의 분리정제
- 2세부: 기능성분의 약리학적 효능평가
- 3세부: 수면증진 효능평가 동물실험
2.2. 2년차(2010년)
- 1세부: 기능성분의 표준화 및 시제품 개발
- 2세부: 기능성분의 생리학적 작용기작 연구
- 3세부: 수면증진소재의 임상평가
3. 연구개발결과
3.1. 1세부과제(식품연)
- 백하수오 및 백자인 외에도 추가적으로 구절초 및 측백엽에 대한 연구도 수행
- 반응표면분석법을 이용하여 제조조건의 최적화 결과 백하수오는 에탄올 농도(X1) = 95.0%, 추출시간(X2) = 47.0 h, 구절초는 X1 = 25.0%, X2 = 14.7 h, 측백엽은 X1 = 95.0%, X2 = 52.8 h 였음
- 백하수오, 구절초, 측백엽 추출물은 pentobarbital 수면유도실험 및 뇌파분석실험에서 농도의적으로 수면증진 효과를 나타냄
- 구절초, 측백엽은 동물실험에서 GABA 수용체 억제제인 flumazenil에 의해 수면효과가 억제되어 GABA 수용체를 활성화시켜 수면을 유도한다는 작용기작 구명
- 측백엽 및 구절초로부터 (-)-α-Pinene (+)-3-carene을 기능성분으로 동정
- 기능성분의 분석법을 확립하고 추출물에서의 함량 분석 결과, 측백엽과 구절초 각각에서 (-)-α-pinene 및 (+)-3-carene의 함량은 측백엽은 20.96 및 3.53 (ug/ml), 구절초는 10.74 및 0.84 (ug/ml) 였으며, 최적조건에서 3반복 실험한 결과 기능성분의 함량이 유사하여 표준화가 가능함을 확인
- 백하수오, 구절초, 측백엽 주정 추출물 혼합물과 essential oil 시제품 개발하였으며, 국내외 시판 제품과 효능비교시 유사하거나 우수하여 산업화 가능성 높음
3.2. 2세부과제(KIST)
- 구절초 및 측백엽 추출물에 대한 GABA 수용체의 활성화 증진 효과를 측정하기 위해 생쥐 뇌절편에서 전기생리학적 방법인 패치클램프를 통해 시냅스에서의 GABA 수용체 활성화 측정 실험을 수행
- 패치 클램프 실험을 통해 GABAA 수용체에 의해 매개된 자발적 억제성신경후전류의 감쇠 시간과 크기를 측정
- 구절초, 측백엽 추출물에서 분리된 플라보노이드 중 rutin, umbelliferone, quercitrin, apigenin, hespertin, amentoflavone에 의해 자발적 억제성신경후전류가 변하지 않는것을 확인함
- 구절초, 측백엽 추출물의 essential oil 중 (-)-α-pinene, (+)-3-carene에 의해 자발적 억제성신경후전류의 감쇠 시간이 2배 정도 증가하는 것을 확인함
- 기존 수면 증진제인 디아제팜의 자발적 억제성신경후전류 감쇠 시간의 증가효과와 비교시 우수한 효과를 보여 새로운 GABA 수용체 조절 작용제로 개발될 가능성 높음
3.3. 3세부과제(가톨릭대)
- 2010.12~2011.3까지 수면에 불만족한 65명 임상실험 실험군:32명(이 중 수면다원화 검사:14명) / 대조군:35명(이 중 수면다원화 검사:13명) 수면설문지와 수면다원화 검사로 시행.실험군에는 약물, 대조군에는 위약 투여 전후 비교
- 설문지 결과 : 잠이 오는데 걸리는 시간 43.9분>31.3분로 단축,총 수면시간 5.1시간->5.7시간으로 증가.만족도 31.3%->62.5% 증가
- 수면다원화 검사 결과 : 통계적 유의성은 없으나 전,후비교->총수면시간 증가,수면효율의 증가,각성횟수,서파수면 증가
- 수면다원검사에 의거평가에서는 한계가 있었으나 설문지를 통한 주관적 평가에서는 불면증 증상이 호전 되었음을 밝히는 결과.수면증진 소재(구절초, 측백나무 및 백하수오)는 불면증을 완화, 수면의 질을 향상시키는데 영향을 미치는 것으로 확인, 부가가치가 높은 기능성 수면증진소재를 개발할 수 있을 것으로 여겨짐
4. 연구개발결과의 활용계획
- 논문: 1건 게재, 연구종료 후 SCI 논문 2편 투고 예정
- 특허: 1건 출원
- 기술이전: 연구최종발표 후 3개월 이내에 참여기업에 기술이전될 예정
- 홍보: 백하수오, 측백엽, 구절초의 새로운 효능인 수면증진 효과 홍보

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

1. Objectives and Background
1.1. Objectives
Development of sleep-enhancing functional foods from Cynanchum wilfordii, Chrysanthemum zawadskii and Thuja orientalis
1.2. Background
In recent years, herbal sleep aids are becoming popular as an alternative to prescription drugs to improve sleep quality and avoid side-effects. In western societies, herbal sleep aids such as valerian are readily available. There are many medicinal plants used traditionally for treatment of insomnia in Korea. However, scientific evidence and mechanism for hypnotic activity of Korean medicinal plants have not been fully investigated. Therefore, study on hypnotic effects of traditional medicinal plants is needed.
2. Contents and Scopes of the Research
2.1. 2009
- Subject 1: Isolation of active compounds
- Subject 2: Pharmacological studies of active compounds
- Subject 3: Animal study for evaluation of sleep-enhancing effect
2.2. 2010
- Subject 1: Standardization of active compounds and development of prototype
- Subject 2: Studies on action mechanism of active compounds
- Subject 3: Human trials for evaluation of sleep-enhancing effect
3. Research Results
3.1. Subject 1
We demonstrated that extracts of Cynanchum wilfordii (CW), Chrysanthemum zawadskii (CZ) and Thuja orientalis (TO) had sleep-enhancing effects using pentobarbital-induced sleep test and sleep structure analysis. Their hypnotic effects were fully inhibited by a GABA receptor antagonist, flumazenil. Optimal extraction conditions of CW, CZ and TO were X1 (EtOH concentration) = 95.0%, X2 (extraction time) = 47.0 h, X1 = 25.0%, X2 = 14.7 h and X1 = 95.0%, X2 = 52.8 h, respectively. (-)-α-pinene and (+)-3-carene were identified as a active compound from CZ and TO, and they were major compounds in CZ and TO. In the oral acute toxicity tests for CW, CZ, TO and their combination, no deaths occurred in all the tested groups during 14 day observation period. CW, CZ and TO or their combination preparation might provide a useful means for the treatment of insomnia.
3.2. Subject 2
Extracts and isolated compounds from CZ and TO were tested for an enhancing effect of GABA receptor activities in mouse brain slices using Patch Clamp recording technique. We recorded the miniature IPSCs (mIPSCs) mediated by postsynaptic GABA receptors and measured the amplitude, frequency, and decay time constants of averaged mIPSCs. We tested several isolated compounds of flavonoid group including rutin, umbelliferone, quercitrin, apigenin, hespertin, amentoflavone but did not observe any effect on the mIPSCs. We tested two essential oils including (-)-α-pinene, (+)-3-carene and found that these two significantly increased the decay time constant of mIPSCs. These two compounds showed significantly increased the decay time constant of mIPSCs compared to the well known sleep aid, diazepam, indicating that these two compounds promise a good potential for functional food for sleep aid.
3.3 Subject 3
This double blind placebo controlled trial was to evaluate the efficacy and tolerability of Sleep Enhancing Material (SEM) for the treatment in subjects with insomnia. Sixty five subjects who were complaining subjective insomnia were randomly assigned to either SEM or placebo for 1 week. Efficacy was assessed with the ISS, PSQI and polysomnography at the baseline and week. Repeated measures analysis of variance on the ISS, PSQI and PSG scores showed no significant decrease over time in the both groups without significant group difference and time by group interaction effect. However, in terms of sleep latency, total sleep time, sleep satisfaction, sleep efficiency, awakening frequency and slow wave sleep, SEM showed some effective tendency in the treatment of subjective insomnia.
4. Applications of Research Results
- Papers: acceptance of 1 paper
- Patents: application of 1 patent
- Technology Transfer: transferred to the participating company until 2011. Aug.