양전하 띠는나노플라스틱 폐 세포 파괴

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호흡으로 흡입된 나노플라스틱 표면의 전기적 특성에 따라 폐 세포가 파괴된다는 사실을 한국기초과학지원연구원(K

미세플라스틱의 표면 전하에 의한 폐 세포 독성 유발 모식도 / 한국기초과학지원연구원

호흡으로 흡입된 나노플라스틱 표면의 전기적 특성에 따라 폐 세포가 파괴된다는 사실을 한국기초과학지원연구원(KBSI) 광주센터 이성수 박사 연구팀과 전남대 생물학과 김응삼 교수 연구팀이 밝혀냈다.

무분별하게 버려지는 플라스틱은 물리적·화학적 요인으로 직경 5㎛(마이크로미터)이하의 마이크로플라스틱이나, 직경 100㎚(나노미터) 이하의 나노플라스틱으로 쉽게 소형화된다. 

이 중 나노플라스틱은 그 크기가 매우 작아 공기 중에 비산하며, 호흡을 통해 폐의 상피세포에 흡수·축적된다.

연구팀은 인간의 호흡 주기와 유사하게 주기적으로 수축·이완되는, 유연한 세포배양 환경을 조성한 폐 모사 조건에서 나노플라스틱에 의한 폐포 상피세포 의 형태변화와 세포파괴과정을 실시간으로 분석했다.

그 결과 나노플라스틱의 전기적 성질에 따라 폐포 상피세포의 변화에 큰 차이가 있음을 확인했다. 

나노플라스틱 표면이 음전하를 띠는 경우에는 폐포 상피세포 내에서 한 방향의 규칙적인 섬유 구조를 자라게 하여 세포를 신장시키지만 세포자체에 미치는 악영향은 없었다. 

그러나, 양전하를 띠는 나노플라스틱은 세포 내에서 불규칙적인 섬유구조를 자라나게 하고, 세포 내에 과도한 활성산소 생성을 유도함으로써 세포를 사멸시킨다는 것을 실시간으로 관찰하여 밝혀냈다.

단일 세포 수준의 미세영역에서 일어나는 폐포 상피세포에 대한 나노플라스틱의 물리·화학적 영향을 관찰하기 위해 KBSI 광주센터의 ‘3차원 홀로토모그래피 현미경’ 기술과 레이저 공초점 현미경 등의 분석장비가 사용됐다.

 

연구자 사진 / 한국기초과학지원연구원

이번 연구는 나노 분야 국제학술지인 “Nano Letters”誌 (논문명: Surface Charge-Dependent Cytotoxicity of Plastic Nanoparticles in Alveolar Cells under Cyclic Stretches, IF=12.344, KBSI 박상우(공동 제1저자), 전남대 Amir Roshanzadeh(공동 제1저자), KBSI 이성수(공동교신저자), 전남대 김응삼(공동교신저자))에 의해 최근 게재되었다.

KBSI 이성수 책임연구원은 “3차원 홀로토모그래피 기술을 응용하면, 살아있는 세포에서 일어나는 생물학적 변화 과정을 별도의 전처리 과정없이, 있는 그대로 실시간으로 관찰할 수 있다”며, “이번과 같이 나노플라스틱에 의한 폐 상피세포의 변화 과정을 관찰하는 것은 물론, 퇴행성 (뇌)질환 등 여러 질환의 발병기작 이해와 치료방법 개발에도 널리 응용이 가능하다”고 밝혔다.

한국기초과학지원연구원 신형식 원장은 “국가적·사회적으로 주요한 이슈인 나노플라스틱이 인체에 미치는 영향을 분석한 결과로서, 분석과학이 국민의 건강과 안전한 생활을 여는 열쇠가 될 수 있음을 다시 한 번 드러낸 것이다”며, “기초(연)은 이 밖에도 미세먼지 분석이나 화석연료의 연소물 분석 등 국민 생활과 직결되는 여러 이슈와 난제에 분석과학으로 해결해 나갈 것”이라 밝혔다.