나노미세먼지, 몸 속에 더 깊숙히 더 오래 남는다

KBSI, 크기 100나노 나노미세먼지 입자 생체 영향을 이미징 기술로 확인

초미세먼지보다도 작은 나노미세먼지가 인체에 들어가 얼마나 머물며 어떤 영향을 미칠지 세포 단위에서 이해할 수 있게 됐다. 

나노미세먼지는 입자 크기가 100㎚(0.1㎛) 이하인 먼지로, 입자 크기 2.5㎛ 이하인 초미세먼지 중에서도 더 작은 먼지를 말한다. 주로 자동차 배기가스 등에 많이 포함돼 있다.  

한국기초과학지원연구원(KBSI, 원장 신형식)은 바이오융합연구부 홍관수·박혜선 박사 연구팀이 초미세먼지와 나노미세먼지 모델입자를 제작, 인체에 주입된 입자들의 생체분포 패턴을 형광이미징 기술로 규명했다고 23일 밝혔다.

생체내 주입된 초미세먼지와 나노미세먼지 모델물질의 이동 경로 모식도. 나노미세먼지(PM0.1)는 초미세먼지(PM2.5) 보다 더 폐포 깊숙이 침투하여 혈관을 타고 다른 장기로 이동하여 영향을 끼친다. (자료=KBSI)

연구팀은 제작한 초미세 및 나노미세먼지 모델물질을 쥐에 주입해 최대 한 달 동안 장기별 이동 경로와 세포 수준에서의 미세먼지 축적량을 비교·분석했다. 그 결과 나노미세먼지는 다른 장기로 빠르게 이동하고, 생체 조직에 머무는 기간도 긴 것으로 나타났다.

나노미세입자를 기관지로 주입한 후 입자가 폐에 얼마나 머물러 있는지 관찰한 결과, 폐세포 깊숙히 침투한 나노미세입자는 빠르면 이틀 안에도 혈관을 따라 간이나 신장 등 다른 장기로 퍼졌다. 특히, 폐기관에 있는 면역세포에는 나노미세입자가 4주 후까지도 세포 안에 남아 있었었고, 그 양은 초미세입자보다 8배 많은 것으로 나타났다.

이번에 만든 모델물질은 동그란 형태에 입자 크기만 다르게 하여 실험했다. 향후 실제 미세먼지의 다양한 특성을 반영하는 모델 물질의 제작과 활용을 통해 미세먼지가 생체에 미치는 영향을 예측하고 저감 기술을 개발하는데 활용한다는 목표다.  

초미세먼지와 나노미세먼지 모델물질의 생체 분포 이미징 연구 흐름 모식도. 자체 제작한 미세먼지 모델물질을 동물에 주입한 후, 생체 및 장기/조직 이미징, 세포수준에서의 침투량 분석 연구를 수행하였다. (자료=KBSI)

박혜선 KBSI 박사는 "그간 초미세먼지에 비해 나노미세먼지는 간과해 온 측면이 있다"라며 "이번 연구는 나노미세먼지가 인체기관에 다양한 영향을 줄 수 있음을 이미징 기술로 확인했다는 점에서 의미가 있다"고 말했다. 또 "향후 다양한 특성을 갖는 모델물질을 만들어 생체분포 패턴에 대한 정보를 라이브러리로 구축할 수 있다면, 지역이나 환경 특성에 다양하게 존재하는 미세먼지가 인체에 미치는 영향을 더 정확히 예측할 수 있을 것"이라고 가대했다. 

이번 연구는 국가과학기술연구회의 '창의형 융합연구사업'과 한국생명공학연구원의 '실리카 기반 초미세입자 제작 및 흡입 후 생체분포 이미징 분석기술과제의 지원으로 진행됐다. 나노과학분야 학술지인 '저널 오브 나노바이오테크놀로지(Journal of Nanobiotechnology)'에 게재됐다.