미세한 플라스틱 입자가 몸속에서 어떻게 뇌까지 도달하는지를 보여주는 이동 경로가 부산대 연구진에 의해 밝혀졌다.
부산대는 안범수(바이오소재과학과)·정의만(분자생물학과) 교수 연구팀이 폴리스티렌 나노플라스틱(PSNPs)이 간세포 유래 세포외소포체(EVs)에 담길 경우 세포 내부에 축적될 수 있음을 규명했다고 2일 밝혔다. 또나노플라스틱 담지 세포외소포체(PSNP-EVs)가 혈관 내피세포 장벽 기능을 떨어뜨릴 수 있다는 사실도 확인했다.
나노플라스틱은 플라스틱이 환경 중에서 잘게 분해되며 생기는 매우 작은 입자로, 음식물과 식수, 공기 등을 통해 인체에 유입될 수 있다. 연구팀은 세포 간 물질 전달에 관여하는 세포외소포체에 주목했다. 특히 외부 물질의 대사와 해독에 중요한 역할을 하는 간에서 유래한 세포외소포체가 나노플라스틱을 담지한 뒤, 혈관 내피세포와 뇌 조직으로 전달할 가능성을 집중적으로 살폈다.
실험 결과, 세포외소포체에 담긴 나노플라스틱은 자유 형태의 나노플라스틱보다 혈관 내피세포 안에서 더 오래 남고 지속적으로 축적되는 것으로 나타났다. 혈액-뇌 장벽 기능 저하도 뚜렷하게 확인됐다. 연구팀이 내피세포(HUVEC) 기반 혈액-뇌 장벽 모델에서 경내피 전기저항(TEER)을 측정한 결과, 나노플라스틱 단독 처리군보다 나노플라스틱이 담긴 세포외소포체 처리군에서 장벽 기능 저하가 훨씬 크게 나타났다.
연구팀이 혈액-뇌 장벽의 밀착연접 단백질 변화를 분석한 결과, 나노플라스틱 담지 세포외소포체 처리 후 치밀이음부를 구성하는 주요 막단백질(occludin)과 ZO-1 단백질 발현이 감소했다. 또 면역형광염색에서는 정상 세포에서 경계 부위에 연속적으로 분포하던 구조가 흐트러지고 불연속적으로 나타났다.
동물실험에서도 이 같은 현상이 확인됐다. 연구팀이 DiR(근적외선 형광염료) 형광 표지 세포외소포체를 실험용 생쥐에 정맥 주사한 뒤 생체 형광 이미징을 수행한 결과, 간·비장·폐 등 주요 장기뿐만 아니라 뇌 부위에서도 형광 신호가 관찰됐다. 특히 세포외소포체에 담긴 나노플라스틱이 뇌 부위에서 더 오래 잔류하는 양상을 보여 세포외소포체가 나노플라스틱의 생체 내 이동성과 뇌 축적을 높이는 운반체로 작용할 수 있음을 보여줬다.
안범수 교수는 “이번 연구는 환경오염 물질의 생체 영향 연구에 새로운 방향을 제시했다는 점에서 의의가 있다”며 “향후 나노플라스틱의 생체 내 이동 경로와 신경독성 연구에 새로운 패러다임을 제시할 수 있을 것으로 기대된다”고 말했다.
이번 연구는 G-LAMP 사업단과 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐으며, 부산대 미래지구환경연구소 김민재 박사후연구원이 제1저자, 안범수·정의만 교수가 공동교신저자로 참여했다. 해당 연구 결과는 국제 학술지 저널 오브 해저더스 머티리얼즈 6월15일자에 ‘폴리스티렌 나노플라스틱 담지 세포외소포에 의한 혈액-뇌 장벽 붕괴 및 뇌 축적’이라는 제목으로 게재됐다.