미세플라스틱, '크기'보다 '표면성질'이 신경손상 결정

미세플라스틱이 인체 건강에 미치는 우려가 커지는 가운데 미세플라스틱의 표면 화학적 특성이 뇌 염증과 신경세포 손상을 결정짓는 핵심 요인이라는 사실이 처음으로 밝혀졌다.

가톨릭의대 의생명과학교실 유승아 교수(공동 교신저자), 임향숙 교수(공동 교신저자), 남민경 박사(공동 제1저자), 김채린 대학원생(공동 제1저자) 공동 연구팀은 이같은 연구결과를 환경보건 분야 국제학술지 Ecotoxicology and Environmental Safety 1월호에 발표했다. 논문제목은 Amine-modified polystyrene particles induce surface chemistry-driven immunotoxicity in microglia: Protective effects of trolox.

이번 연구는 미세플라스틱의 위험성을 단순히 크기나 노출량의 문제를 넘어, 미세플라스틱 표면에 형성된 화학적 성질이 뇌에 어떤 영향을 미치는지를 정밀하게 분석했다는 점에서 큰 의미가 있다.

미세플라스틱은 환경 속에서 다양한 물질과 접촉하며 시간이 지날수록 표면 성질이 변한다. 이 과정에서 아민기(-NH₂질소수소 결합물)나 카르복실기(-COOH, 탄소산소수소 결합물)처럼 전기적 성질을 가진 화학 구조가 표면에 노출되는데, 그동안 이런 변화가 뇌 건강에 구체적으로 어떤 영향을 미치는지는 거의 알려지지 않았다.

연구팀은 표면 화학 구조가 서로 다른 폴리스티렌 미세플라스틱을 이용해 뇟속 면역세포 역할을 하는 미세아교세포(microglia뇌 내 유해 물질을 제거하는 세포)를 중심으로 분석했다. 실험 결과, 아민기가 노출된 미세플라스틱(PS-NH₂)은 일반 미세플라스틱이나 카르복실기가 붙은 입자보다 훨씬 빠르게 미세아교세포 안으로 침투했으며, 강력한 염증 반응을 유도했다.

특히, 아민기가 노출된 미세플라스틱이 처리된 미세아교세포에서는 TNF-, IL-6와 같은 염증 신호 물질이 크게 증가했으며, 이는 미세아교세포가 염증을 일으키는 방향(M1형)으로 변화했음을 의미한다.

연구팀은 이런 변화의 핵심 원인이 미토콘드리아(세포 내 에너지 공장 역할을 하는 기관) 내에서 과도하게 생성되는 활성산소라는 점을 밝혀냈다. PS-NH₂는 미토콘드리아에서 슈퍼옥사이드(superoxide산화력이 강한 활성산소의 일종)를 지속적으로 발생시켰고, 이로 인해 과산화수소(H₂O₂)와 질소산화물(NO) 생성이 연쇄적으로 늘어나며 세포의 에너지 생성 시스템을 파괴했다. 결과적으로 이렇게 활성화된 뇌 면역세포는 주변 신경세포에 2차적인 손상을 입히는 것으로 확인됐다.

즉, 미세플라스틱의 표면 성질이 뇌 면역세포를 자극하고, 그 반응이 신경세포 사멸로 이어질 수 있음을 실험적으로 증명했다. 이와 함께 이런 독성 반응을 제어할 수 있는 가능성도 확인했다.

비타민 E 유사체인 항산화제 트롤록스(Trolox)를 처리한 결과, 활성산소로 인해 유도된 염증 신호와 신경세포 손상이 분자 수준에서 유의하게 감소했다. 이는 향후 미세플라스틱으로 인한 신경 독성을 예방하고 보호하기 위한 전략 개발에 중요한 단서를 제공한다.

유승아 교수는 이번 연구는 미세플라스틱의 보이지 않는 표면이 뇌 면역반응과 신경 손상에 어떤 영향을 미치는지를 세계 최초로 규명한 연구라며, 환경 유해물질과 신경퇴행성 질환의 연관성을 이해하고, 미세플라스틱의 위험도를 새롭게 정의하는 데 중요한 과학적 근거가 될 것이라고 밝혔다.

연구팀은 미세플라스틱 표면 특성에 따른 신경 면역독성 평가 및 억제 기술 관련 국내 특허 2건을 출원했다.