나노입자가 유발하는 나노신경독성 발생 원인 분석 길 열려

이광 교수 연구팀, 생체변화지표 개발로 나노안전평가법 기반 구축



[한의신문=김대영 기자]나노입자에 의한 신경독성을 시각화 및 정량화함으로서 나노신경독성의 생지표 개발 연구에 새로운 장이 열렸다.



한국연구재단은 교육부 이공분야 기초연구사업(기본연구) 및 대학중점연구소사업의 지원을 받은 이광 아주대학교 교수 연구팀이 생체 적합성 화합물인 실리카로 코팅된 자성 나노입자에 의한 신경세포 독성을 분석, 퇴행성 뇌질환의 생지표인 세포 내 응집체에 기반한 나노신경독성의 시각화와 정량화에 성공했다고 15일 밝혔다.



나노입자는 물질의 제조, 제어가 가능해 화학 및 바이오 산업 분야에 널리 사용되는 물질로 의약품, 식품, 화장품, 전자소재의 제작 뿐만 아니라 나노메디신(Nanomedicine) 분야 연구와도 밀접한 관련이 있다.



하지만 나노입자는 부피당 비표면적이 매우 넓기 때문에 잠재적인 독성이 발생할 가능성이 높고 일부 나노입자는 뇌의 혈액뇌장벽을 통과해 뇌신경세포에 축적되는 것으로 보고되고 있다. 그럼에도 이러한 나노입자로 발생하는 뇌신경독성에 관한 발생원인 분석과 측정에 대한 연구는 세계적으로 아직 미미한 실정이다.



이에 이광 교수팀은 전사체학, 대사체학, 분자세포 생물학적 연구 등 다양한 학문을 컴퓨터 분석 프로그램으로 접목한 통합오믹스적 분석법을 이용해 실리카로 코팅된 자성나노입자에 의한 신경세포 독성을 분석, 새로운 나노독성 메커니즘을 규명했다.







연구팀에 따르면 나노입자는 뇌신경 세포 내에서 활성산소를 증가시켜 세포 내 단백질 분해능을 저하시킨다. 이는 퇴행성 뇌질환의 원인으로 볼 수 있는 세포 내 응집체의 수를 증가시키고 크기를 확대시킨다.



따라서 퇴행성 뇌질환의 주요 증상 중 하나인 세포 내 응집체를 쉽게 만드는 세포주를 제작, 나노입자에 의한 세포 내 단백질 분해능의 손상과 이차대사체 변화와 관련된 전사체를 분석함으로써 나노신경독성 생지표를 개발한 것이다.



이는 현재까지 문헌에 보고된 나노신경독성 연구 중에서 가장 종합적인 연구 방법을 적용해 나노신경독성의 기전 분석과 정량화법을 구축했다는 점에서 의미가 크다.



이광 교수는 “나노입자에 의한 나노신경독성의 메카니즘을 규명하고 이에 따라 개발된 측정법은 향후 나노안전성 평가법의 기반이 되고 나노화장품, 나노식품, 나노메디신 등의 나노입자 개발에 원천기술로 활용될 수 있을 것"이라고 기대했다.



이번 연구결과(논문명 : Silica-coated magnetic nanoparticles impair proteasome activity and increase the formation of cytoplasmic inclusion bodies in vitro)는 국제적인 과학학술지인 '사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)'에 7월 5일자로 게재됐다.





*용어설명*

전사체학: RNA의 발현을 총체적으로 연구하는 학문 분야



대사체학: 대사체의 변화를 총체적으로 연구하는 학문 분야



활성산소(Reactive oxygen species, ROS) : 산소원자를 포함한, 화학적으로 반응성 있는 분자로 세포내에서 산화반응을 일으킴



분해능 : 낱낱의 부분이나 요소들로 나누는 능력



세포 내 응집체 : 퇴행성 뇌질환의 병리학적 생지표로 세포내 단백질이 분해되지 않고 응집체 형태로 관찰됨



세포주 : 세포 배양을 통해 계속 증식할 수 있는 배양 세포의 클론



이차대사체 : 생명체에 있어 일반적인 성장, 발달 혹은 생식에 직접 관여하지 않는 유기 화합물



비(比)표면적: 단위 부피당 표면적으로, 나노입자는 비표면적이 넓어 분자 반응성이 더 높아짐



혈액뇌장벽(blood brain barrier, BBB) : 혈액에서 뇌조직으로 물질의 이행을 제한하는 관문. 이렇게 함으로써 뇌는 유해물질로부터 보호를 받게 된다.



통합 오믹스 : 생물학적 분자들과 정보의 집합체의 그룹을 나타내는 오믹스(omics)에는 유전체(Genomics), 단백질체(Proteomics), 대사체(Metabolomics)가 있으며, 통합 오믹스는 각 오믹스를 접목하는 의미



생지표 : 생체내의 변화를 알아낼 수 있는 지표



나노입자(Nanoparticle) : 크기의 단위가 10억분의 1 미터인 초미세 입자. 금, 은, 실리카, 이황화합물(sulfide) 나노 입자가 대표적이다. 작은 크기에 기인하는 특이하고도 다양한 성질을 보이므로 바이오칩, 초소형 바이오 센서, 디스플레이 제조 등에 널리 사용된다.