나노기술 및 정책 정보

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중국과학원 허페이(合肥) 물질과학 연구원 산하 기술생물 및 농업공정 연구소 연구팀은 최근 인간-쥐 혼성세포(human-mouse hybridoma)를 연구 모델로 사용하고 전형적인 나노 금속 산화물(ZnO NPs와 TiO₂ NPs)이 수질 노화 과정에서 존재하는 상태가 관련 유전 독성에 영향을 끼치는 메커니즘 연구에서 성과를 냄.

ZnO NPs와 TiO₂ NPs의 생산과 사용 범위가 비교적 크기 때문에 이러한 재료가 환경에서의 방출이 점차적으로 상승되고 있고 불가피하게 환경 매개물의 영향을 받아 물리 및 화학 성격과 존재 상태의 변화가 발생하며 이로 인하여 인류의 건강과 생태환경에 잠재적인 나쁜 영향을 일으키게 됨. 연구팀은 이번 연구 개발을 통해 용해 가능한 금속 산화물 나노재료 ZnO NPs는 물 환경 노화 과정에서 포유동물 세포의 세포독성 감소를 유도할 수 있지만 유전 독성이 강화된다는 점을 발견하였음. 연구팀은 ZnO NPs가 물 환경 노화 과정에서 동 독성 차이를 유도하는 세포 생물학 메커니즘에 대해 심층적인 연구를 실행한 결과, 원초 상태의 ZnO NPs는 미토콘드리아(mitochondria) 초미세 구조 손상(미토콘드리아의 공포화(vacuolation, 空胞化)와 미토콘드리아 능선(ridge) 손상을 포함함) 유도 및 미토콘드리아 막 전위 변화를 통해 미토콘드리아가 전달한 세포 자연사(apoptosis) 수준의 향상을 유도하였음. 동시에 연구팀은 노화 상태의 ZnO NPs는 AL 세포 내 ROS 수준 향상 유도를 통해 세포 내 망상구조(endoplasmic reticulum) 스트레스 신호 통로를 활성화하였는데 이런 활성화로 인해 DNA 이중체인의 단열 및 유전자 돌연변이의 발생을 유도할 수 있는 것으로 나타났음. 용해 가능한 금속 산화물 ZnO NPs와 달리 비(非) 가용성 금속 산화물 TiO2 NPs는 노화 과정에서 뚜렷한 독성 효과 변화가 발생하지 않았지만 TiO₂ NPs는 입경 의존성을 통해 포유동물 세포가 독성 효과를 생성하도록 유도할 수 있는데 구체적으로 입경이 작을수록 유도한 세포독성이 더욱 크고 유전독성이 작으며 미토콘트리아는 TiO₂ NPs가 유도한 사용량 의존성의 독성 효과에서 없어서는 안 되는 중요한 역할을 발휘함.

이번 연구는 나노재료가 물 환경에 들어선 후 존재하는 상태와 유전 정보의 불안정성 사이의 구조 함수 관계(structure-function relationship)를 밝히기 위해 새로운 단서와 아이디어를 제공하였음.

이번 연구개발 성과는 전면적이고 정확하게 나노재료 및 관련 제품이 생명 사이클 속의 환경 건강 리스크를 평가하고, 나노 산업의 건강하고 지속 가능한 발전을 추진하는 면에서 중요한 의미를 보유하고 있음.

본 성과는 ‘Toxicological Sciences’, ‘Journal of Environmental Sciences’지에 게재됨