[대전=뉴스핌] 김태진 기자 = 한국기초과학지원연구원은 광주센터 이성수 박사 연구팀이 전남대학교 생물학과 김응삼 교수 연구팀과 호흡으로 흡입된 나노플라스틱 표면의 전기적 특성에 따라 폐 세포가 파괴(세포사멸)된다는 사실을 규명했다고 17일 밝혔다.

그동안 주로 환경오염 측면에서 주목받던 미세 플라스틱 문제가 나노 크기 단위에서는 인체의 호흡기에 치명적인 영향을 미칠 수 있음이 연구를 통해 확인됐다.

미세플라스틱의 표면 전하에 의한 폐 세포 독성 유발 모식도[사진=KBSI] 2020.09.17 memory4444444@newspim.com

생활에 유용하지만 과도하게 사용되고 무분별하게 버려지는 플라스틱은 물리적·화학적 요인으로 직경 5㎛(마이크로미터, 100만분의 1미터) 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.

폐포 상피세포(Alveolar epithelium cell)에 축적된 나노플라스틱은 여러 질환을 일으키는 것으로 알려졌지만 폐에 축적된 나노플라스틱이 세포 내에서 어떻게 작용해 질환을 발생시키는지에 대해 정확하게 알려지지 않았다.

이에 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 섬유구조를 자라게 해 세포를 신장시키지만 세포 자체에 미치는 악영향은 없었다.

그러나 양전하를 띠는 나노플라스틱은 세포 내에서 불규칙적인 섬유구조를 자라나게 하고 세포 내에 과도한 활성산소 생성을 유도함으로써 세포를 사멸시킨다는 것을 관찰했다.

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.

3차원 홀로토모그래피 현미경 기술은 빛에 대한 굴절률을 이용해 세포의 구조를 정량적·정성적으로 분석할 수 있다. 살아있는 상태의 세포를 별도의 전처리 과정 없이도 실시간으로 분석할 수 있다는 것이 가장 강점이다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 교육부가 지원하는 한국연구재단의 '기초연구실 지원사업', '이공학개인기초 지원사업'과 한국기초과학지원연구원의 주요사업을 통해 이뤄졌다.

왼쪽 위부터 시계방향으로 KBSI 박상우 박사후연구원, 전남대 Amir Roshanzadeh 대학원생, 전남대 김응삼 교수, KBSI 이성수 책임연구원[사진=KBSI] 2020.09.17 memory4444444@newspim.com

이성수 책임연구원은 "3차원 홀로토모그래피 기술을 응용하면 살아있는 세포에서 일어나는 생물학적 변화 정을 별도의 전처리 과정 없이 있는 그대로 실시간으로 관찰할 수 있다"며 "나노플라스틱에 의한 폐 상피세포의 변화과정을 관찰하는 것은 물론 퇴행성 (뇌)질환 등 여러 질환의 발병기작 이해와 치료방법 개발에도 널리 응용 가능하다"고 말했다.

이번 연구 성과는 나노 분야 국제학술지 'Nano Letters(나노 레터스)에 최근 게재됐다.

memory4444444@newspim.com