양자생명물리과학원 조한상 교수 연구팀,

자동차의 초미세먼지가 뇌의 면역체계를 붕괴시키고 뇌손상을 유발한다는 사실 최초로 밝혀내

- 향후 초미세먼지에 의한 뇌질환 병기진행 메커니즘에 초석이 될 예정

- 재료과학분야 세계적 학술지 ‘Advanced Science' 10월호 게재 예정

성균관대학교(총장 신동렬)는 양자생명물리과학원(IQB) 조한상 교수 연구팀(공동저자 강유정 연구교수)이 노스케롤리나주립대학교 기계공학과 Charles Y. Lee 교수 연구팀과 공동으로 자동차 엔진에서 나오는 초미세먼지가 뇌의 면역체계를 붕괴시키고 뇌손상을 유발한다는 사실을 세계 최초로 규명했다고 밝혔다.

대기 중의 초미세먼지(직경 2.5μm 이하)는 호흡기 질환뿐만 아니라 인지기능과 정신건강에 악영향을 미치는 물질로서 매우 중요한 사망위험요인으로 분류되고 있다. 특히 초미세먼지 표면에는 높은 농도의 중금속이 함유되어 있어 1급 발암 물질로 여겨지고 있으며, 장시간 노출되면 기관지와 폐 깊숙한 곳에 쌓여 호흡기 질환을 유도한다. 또한 뇌까지 침투한 초미세먼지는 뇌기능 손상과 치매를 비롯한 뇌질환 발병에 유의적 영향을 미친다는 연구결과가 최근 발표되고 있다.

연구팀은 3차원 미세유체요소 플랫폼에 인간 신경 줄기세포와 면역세포를 3차원 배양하여, 초미세먼지의 뇌혈관 침투와 침투한 초미세먼지에 의해 유도되는 뇌신경염증반응에 의한 신경세포 손상 모델을 구현했다. 특히 초미세먼지에 의해 파괴된 면역체계가 뇌건강 및 뇌기능에 미치는 영향 그리고 그에 관한 세부기전을 명시했다.

본 연구를 통해 초미세먼지가 혈액을 통해 뇌로 가는 물질을 걸러주는 거름망 역할을 하는 뇌혈관 장벽을 허물면서 뇌조직으로의 침투성이 증가하는 것을 확인하였다. 침투한 초미세먼지는 뇌면역의 항상성 조절에 핵심적인 역할을 하는 성상세포와 미세교아세포를 교란하여 과한 염증반응과 더불어 신경세포 시냅스를 감소시키고 치매유도물질로 알려진 타우(tau) 단백질의 축적을 유도한다.

조한상 교수는 “이번 연구결과는 초미세먼지에 의해 유도된 신경염증에 의한 심각한 뇌손상의 발견”이라며 “특히 성상세포와 미세아교세포의 직접적인 관여를 볼 때, 향후 미세먼지에 의한 조기사망 위험을 낮추는 치료법 개발에 활용될 수 있을 것이다”라고 설명했다.

이번 연구결과는 화학분야 세계적 학술지인 Advanced Science(IF=17, featured on a frontispiece) 10월호에 게재 예정이며, 과학기술정보통신부가 추진하는 중견연구자지원사업 등의 지원으로 수행되었다.

[붙임]

그림 (a)

초미세먼지에 의해 유도된 (i) 뇌혈관 손상과 (ii) 뇌신경염증을 도식화한 그림(좌)과 이를 구현한 미세유체 시스템 기반의 인간뇌 3D 생체조직칩 모식도(우).

그림 (b)

잘 알려진 형광면역측정법 (Immunofluorescence Assay)를 활용해 건강한 뇌오건칩(Tri-Con)과 초미세먼지에 의해 손상된 뇌오건칩(Tri-PMB)에서의 뇌세포의 시냅스 감소와(상위 그림) 치매유도물질로 알려진 타우(Tau) 축적을 확인.