초미세먼지와 세포 간 상호작용 분석
한국생명공학연구원(원장 김장성, 이하 생명연)은 환경질환연구센터 정진영 박사와 한국과학기술원 전산학부 박진아 교수 공동연구팀이 초미세먼지와 세포 간의 상호작용을 실시간으로 3차원 분석하는 데 성공했다고 밝혔다.
이를 통해 향후 노출 가능성이 높은 환경 유해인자의 체내 상호작용 분석 연구에 활용될 것으로 기대되고 있다.
초미세먼지는 흙먼지뿐만 아니라 황산염이나 질산염, 검댕과 같은 다양한 독성 및 유해성분이 포함되어 있고, 크기가 매우 작아 인체에 흡입되면 기관지 및 폐 깊숙한 곳까지 침투하여 각종 질환을 유발하는 것으로 알려져 있다.
하지만 미세먼지 영향에 관한 연구는 독성에 주로 치중되어 있고 세포 내 흡수, 분포, 이동과 같은 세포와의 상호작용 연구는 미미한 실정이다.
연구팀은 상피세포와 대식세포를 PM2.5 초미세먼지에 노출시키고, 세포가 초미세먼지를 흡수하는 과정을 실시간 3차원으로 촬영해 초미세먼지에 노출된 대식세포의 변화를 실시간으로 분석했다.
기존 세포 흡수, 세포 내 거동과 같은 연구에는 형광물질이나 방사성 동위원소 등을 이용한 표지기술을 이용해 왔으나, 미세먼지의 경우 입자 마다의 조성, 크기, 형태가 달라 기존의 표지기술을 적용하는 데 어려움이 있었다.
이번 연구에서는 광 회절 단층촬영(ODT, Optical diffraction Tomography) 기술을 이용해 표지 없이도 초미세먼지의 3차원 형태분석과 함께 초미세먼지가 세포에 흡수될 때의 굴절률 분포와 세기를 측정하여 세포 안에서의 초미세먼지를 정성적‧정량적으로 분석해낸 것이다.
연구팀은 초미세먼지에 노출되었을 때 대식세포는 시간이 지날수록 세포 내 PM2.5에 해당하는 굴절률이 증가한 반면, 상피세포는 굴절률이 증가하지 않는다는 사실을 확인했다.
이는 초미세먼지에 의해 유발되는 독성학적인 현상이 대식세포와의 상호작용으로부터 일어날 수 있음을 시사하는 것이다.
연구책임자인 정진영 박사는 “이번 연구는 초미세먼지와 세포 간 상호작용을 표지없이 실시간 관찰하고, 초미세먼지의 정성적/정량적 영상분석을 3차원으로 해낸 것”이라며 “향후 다양한 입자성 물질과 세포와의 상호작용에 대한 심도 있는 연구로 확대될 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구성과는 지난달 23일 환경과학 전문저널인 Journal of Hazadous Materials(IF 14.224) 온라인 판에 게재됐다.
