생명연, 나노플라스틱의 폐 염증 유발 기전 규명

폴리에틸렌·폴리프로필렌 나노입자 비교…활성산소·표면적 고려한 위해성 평가 근거 제시

(왼쪽부터)정진영 한국생명공학연구원 책임연구원, 조완섭 동아대학교 교수.©한국생명공학연구원

한국생명공학연구원(원장 권석윤, 이하 생명연)은 환경질환연구센터 정진영 박사 연구팀과 동아대학교 조완섭 교수 공동연구팀이 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP) 나노입자의 폐 독성과 분자 수준의 염증 반응 기전을 비교·규명했다고 29일 밝혔다.

우리가 매일 사용하는 생수병, 일회용 컵, 플라스틱 포장재 등은 시간이 지나면서 눈에 보이지 않을 정도로 잘게 쪼개져 ‘나노플라스틱’이 될 수 있다. 이러한 미세한 플라스틱 조각들은 공기 중에 떠다니다가 호흡기를 통해 폐 깊숙한 곳까지 도달할 수 있다.

그동안 작은 플라스틱의 영향을 알아보는 연구는 실험용 입자를 구하기 쉬운 폴리스타이렌(PS) 등 일부 재질에 주로 집중돼, 우리 주변에서 흔하게 쓰이는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌이 폐에 미치는 영향은 충분히 밝혀지지 않았다.

연구팀은 일상에서 많이 소비되는 재질인 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 나노플라스틱을 직접 제작하고, 디젤 연소 매연과 비교해 실험을 진행했다. 이번 연구에는 마우스 기관 내 주입 모델이 사용됐다.

실험 결과, 두 플라스틱 모두 마우스의 폐에서 급성 염증을 일으키는 것으로 나타났다. 특히 물질의 무게를 기준으로 비교했을 때는 폴리에틸렌이 디젤 매연 입자보다 더 강한 염증을 일으켰으며, 입자의 표면적을 기준으로 비교했을 때는 폴리에틸렌과 폴리프로필렌 모두 디젤 입자보다 높은 염증 유발 잠재력을 보였다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 나노플라스틱에 노출된 폐포 대식세포에서 활성산소(ROS)가 생성되고, 이것이 면역세포 유입과 폐 조직 손상, 염증 반응에 관여하는 것을 확인했다. 폐포 대식세포는 폐로 들어온 이물질을 제거하는 면역세포다.

또한 유전자 분석을 통해 나노플라스틱 노출에 따라 면역 조절과 염증을 담당하는 유전자들의 활동에 변화가 생긴다는 점도 확인했다.

연구팀은 이번 연구가 나노플라스틱의 폐 면역 반응과 염증 유발 기전을 규명했다는 점에서 의미가 있다고 설명했다. 특히 질량 중심의 평가만으로는 나노플라스틱의 독성 잠재력을 충분히 반영하지 못할 수 있다고 지적했다.

연구팀은 이번 성과가 향후 나노플라스틱과 같은 대기 유해물질의 안전 기준을 보완하고, 입자의 표면적 등 다양한 특성을 반영한 공중보건 환경 기준을 마련하는 데 활용될 것으로 기대하고 있다.

연구책임자인 정진영 박사는 “이번 연구는 일상에서 가장 많이 소비되는 플라스틱인 폴리에틸렌과 폴리프로필렌의 나노입자가 호흡으로 폐에 유입됐을 때 활성산소 생성 및 표면 반응성을 중심으로 폐 염증을 유발한다는 사실을 입증했다”며 “기존의 질량 기준 대기 유해물질 평가의 한계를 극복하고, 나노입자의 특성을 고려한 보다 입체적인 환경·보건 기준을 마련하는 데 유용한 과학적 근거가 되기를 바란다”고 밝혔다.

한편 이번 연구 결과는 유해물질 분야 국제학술지 ‘Journal of Hazardous Materials Advances’(IF 9.8) 9월 30일자 온라인판에 게재됐다. 논문명은 ‘Comparative toxic potential of polypropylene and polyethylene nanoplastics using a mouse intratracheal instillation model’이다.

생명연 정진영 박사와 동아대 조완섭 교수가 교신저자로, 동아대 배은솔 연구원이 제1저자로 참여했다. 이번 연구는 과학기술정보통신부 기초연구사업과 생명연 주요사업의 지원으로 수행됐다.