동아대학교(총장 이해우)는 의약생명공학과 조완섭 교수 연구팀이 초미세먼지에 함유된 산화철 나노입자가 흡입 후 폐에서 전혀 예상하지 못한 새로운 입자로 변환되고, 이로 인해 폐에서 빠져나가지 못하는 것에 관한 기전을 세계 최초로 규명했다고 밝혔다.
 

▲ 동아대 조완섭 교수, 정지영 박사, 김송연 박사과정생, 인하대 허윤석 교수 [사진=동아대 제공]

도시화와 산업화로 인해 대기 중 초미세먼지에는 산화철 형태의 철 입자가 다량 포함돼 있으며, 이러한 초미세먼지 흡입은 다양한 급성 및 만성 호흡기 질환 발생 위험을 높인다. 

지금까지 초미세먼지가 폐 염증을 유발하고 만성 호흡기 질환으로 진행될 수 있다는 사실은 잘 알려져 있으나, 폐 내에 유입된 초미세먼지가 물리·화학적 특성이 전혀 다른 새로운 입자로 전환될 수 있다는 점은 규명되지 않았다.

동아대 조완섭 교수 연구팀은 초미세먼지를 흡입하면 폐 내 청소를 담당하는 선천면역 세포인 ‘폐포 대식세포’에 먼지가 탐식 돼 유입될 때, 세포 내 산성 조건을 포함한 가혹적인 조건에서 입자 변환이 발생한다는 것을 규명했다.

또한 초미세먼지 성분 중 산화철 나노입자는 폐포 대식세포에 탐식 되면 나노입자가 천천히 침식돼(입자가 화학반응이나 마찰로 표면이 조금씩 깎여나가고 녹아 없어지는 현상), 수 나노미터 크기의 새로운 산화철 입자로 변환된다는 것을 확인했다.
 

▲ 핵심 연구 결과 모식도 [사진=동아대 제공]

이로 인해 폐에서 녹아 없어져야 하는 산화철 나노입자는 훨씬 작은 무수히 많은 나노입자들로 만들어지고, 폐 내에서 수개월이 지나도 제거되지 않는 결과를 밝혔다.

연구팀은 변환된 산화철 나노입자가 생물학적 반응성이 낮아 세포에 독성이 더 낮은 물질이며, 천천히 생체 내에서 철 성분으로 이용되는 것을 확인했다.

▲ 산화철 나노입자의 생체 변환 연구 결과 [사진=동아대 제공]

조완섭 교수는 “이번 연구는 반복적으로 흡입되는 초미세먼지가 폐 내에 축적되는 특성으로 인해 다양한 폐질환과 동맥경화 등 2차 장기 질환을 유발할 수 있기 때문에 폐 내에서 생체 변환을 통해 축적성이 더 커지는 산화철 같은 입자들이 이런 질환을 더욱 악화시킬 수 있다는 것을 시사하고 있다”며, “초미세먼지 및 나노입자의 독성과 의약품 등의 응용 연구 분야에 큰 도움이 될 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 식품의약품안전평가원과 한국연구재단 지원을 받아 조완섭 교수 연구팀(정지영 박사, 김송연 박사과정생)과 인하대 허윤석 교수가 공동으로 진행했으며, 환경과학 분야 상위 5% 학술지 ‘Journal of Hazardous Materials(IF 11.3)’ 8월호에 게재됐다.

글. 우정남 기자 insight1592@gmail.com