미세먼지, 아토피 피부에 더 깊이 침투해 염증 유발
표준연, 비선형광학현미경으로 피부 조직의 미세먼지 직접 측정
각질 손상된 아토피 피부에 미세먼지가 진피 가까이 침투, 사이토카인 증가 확인
미세먼지 관련 의약품 및 화장품 개발에 중요한 정보 제공 기대
국내 연구진이 아토피 등의 기저질환이 있는 피부에 미세먼지가 더 깊이 침투해 염증을 유발할 수 있음을 규명했다.
한국표준과학연구원(KRISS, 원장 박현민)은 KRISS 안전측정연구소 바이오이미징팀과 화학바이오표준본부 가스분석 표준그룹이 아모레퍼시픽 기술연구원(원장 박영호)과의 공동연구를 통해 피부 조직의 미세먼지를 직접 측정할 수 있는 기술을 개발했다고 밝혔다.
공동연구팀은 이번 기술개발로 미세먼지를 더욱 정밀하게 분석할 수 있게 됨으로써, 미세먼지가 체내에 유입된 이후 어떤 반응을 보이는지 체계적인 연구가 가능해질 것으로 기대한다.
높은 수준의 미세먼지 농도는 호흡기 질환, 심혈관계 질환 같은 다양한 질환의 원인이 되면서 사회적으로 큰 문제가 되고 있다. 호흡기를 통해 인체에 흡입된 미세먼지에 대한 유해성 연구는 상당히 수행됐으나, 피부 노출에 의한 유해성 연구는 매우 미흡한 실정이다.
특히 미세먼지는 매우 복잡한 혼합물의 형태로, 과학적으로는 어떤 성분을 목표로 연구해야 하는지에 대한 판단이 어렵다.
피부 표면에서 미세먼지의 3차원 분포 분석. 비선형광학현미경 이미징을 통해 특별한 전처리 없이 사람의 피부에 도포된 미세먼지의 분포를 분자수준으로 분석할 수 있다. 초록색은 피부의 케라틴이고, 노랑색은 미세먼지를 나타내고 있다 (사진=한국표준과학연구원)
비선형광학현미경으로 이미징한 인체 피부 3차원 표면 영상. (좌) 정상 피부와 달리, 각질의 상처가 있는 피부에서는 미세먼지가 깊숙이 침투되어 염증을 일으킨다는 연구결과의 모식도 (우) 비선형광학현미경 이미징(사진=한국표준과학연구원)
◇비선형광학현미경으로 피부 조직의 미세먼지 관찰 성공, 아토피 피부에 미세먼지 깊이 침투해 염증 유발
연구팀은 이에 대해 “KRISS의 미세먼지 전문가인 정진상 책임연구원과의 공동연구를 통해 미세먼지의 주요 성분 및 위해성 높은 성분을 선별하여 연구의 속도를 낼 수 있었으며, 아모레퍼시픽 이은수, 이성훈 박사와의 공동연구를 통해 사람 피부의 영상화 및 미세먼지 성분의 의미 있는 타깃을 선정하여 연구를 성공적으로 수행할 수 있었다”라고 밝혔다.
기존에는 생체조직에 침투된 미세먼지를 보기 위해 명시야(Bright Field) 현미경이나 투과전자 현미경을 이용했다. 하지만 까다로운 전처리 과정이 반드시 필요하고, 검은색 입자는 모두 미세먼지라고 가정하므로 정확한 분석이 어려웠다.
공동연구팀은 미세먼지가 실제 사람의 피부에 분포 및 침투하는 과정을 연구하기 위해 ▲미세전지 구성 요소의 분자 성분 분석을 수행하여 특정 파장에서 탄소 분자 결합 부분의 에너지가 높아져 가시화할 수 있음을 확인하고 ▲사람 피부의 미세먼지를 여러 조건으로 처리한 후, 비선형광학현미경으로 탄소 분자 가시화를 진행, 특별한 전처리 또는 염색 과정 없이 피부조직의 3차원 분포를 정밀 분석했으며 ▲정상 각질 상태인 정상 피부 대비, 각질이 손상된 아토피 피부 시료에서는 미세먼지가 진피 가까이 침투하고, 더 나아가 염증을 일으키는 사이토카인의 증가를 확인했다.
연구팀은 미세먼지의 주요 성분인 탄소 분자 결합을 직접 관찰할 수 있는 비선형광학현미경을 이용해 피부 조직의 미세먼지를 특별한 전처리 없이 관찰하는 데 성공했다. 더 나아가 피부를 구성하는 콜라겐, 엘라스틴과 같은 생체물질을 동시에 가시화함으로써 미세먼지의 피부 내 분포를 직관적으로 분석할 수 있게 됐다.
이를 통해 각질이 손상된 피부에는 미세먼지가 깊숙이 침투해 염증을 악화시키고 있음을 규명한 것이다.
비선형광학현미경은 서로 다른 색깔의 세 가지 레이저를 이용해 염색 과정을 거치지 않고 시료 고유의 분자를 관찰할 수 있는 현미경이다. KRISS는 지난 2006년 비선형광학현미경을 개발했으며, 이번 연구에서는 미세먼지를 선택적으로 이미징할 수 있도록 광학계를 조절해 연구에 활용했다.
KRISS 안전측정연구소 김세화 책임연구원은 “KRISS가 보유한 비선형광학현미경을 이용해 인체의 피부에 침투한 미세먼지를 가시화 할 수 있었다”라며, “미세먼지의 피부 침투 특성을 규명함으로써 피부질환 관련 대응 세정 제품과 보호 제품 개발에 중요한 정보를 제공할 수 있게 됐다”라고 밝혔다.
공동연구팀은 이번 기술개발 성과를 바탕으로, 인체 피부에 작용하는 나노물질의 광독성에 대한 후속 연구에 더욱 주력할 계획이다.
이번 연구성과는 생물학 분야의 국제분자생물학지인 인터내셔널 저널 오브 몰레큘러 사이언스(International Journal of Molecular Sciences, IF:4.556)에 지난 5월 온라인 게재됐다.[▶바이오타임즈 관련기사 바로가기]
이렇듯 면역력이 약한 어린아이들 같은 경우 미세먼지에 잦은 노출 시 무척이나 위험하다. 호흡기 질환은 물론이고 시력과 천식에도 영향을 준다고 한다. 눈에 보이지 않는 미세먼지는 이렇게 우리들 몸속에 천천히 쌓이고 있기 때문에 침묵의 살인자라 부르는 이유다.
눈에 보이지 않는 미세먼지는 그 크기가 너무 작아 호흡기를 통해 걸러지지 않고 폐 깊숙이 침투 페포에 흡착 페포를 손상시켜 폐질환을 일으키며, 체내에 들어온 미세먼지는 피를 통해 돌면서 각종 뇌혈관 질환 및 심혈관 질환을 일으킨다고 한다. 뿐만 아니라 치매와 골다공증 등 다양한 질병의 원인이 되며, 눈에도 영향을 주어 알레르기성 결막염과 각막염을 일으키고, 코에는 알레르기성 비염을 일으키며 기관지염과 폐기종, 천식은 물론 고혈압과 당뇨에도 큰 영향을 주고 있다고 한다.
무엇보다 높이에 따라 달라지는 미세먼지 농도를 간과해서는 안 된다.
도심 속 미세먼지 농도가 ‘좋음’으로 보도가 되고 측정이 되더라고 높이에 따라 다른 공기를 마신다. 키가 작은 어린이 호흡기 높이에서 측정되는 미세먼지 농도는 전혀 다른 결과가 측정되고 있으며 면역력이 약한 어린이들이 더 나쁜 공기를 마실 가능성이 높기 때문에 더욱 주의가 필요하고 대책이 필요하다. 지금 당장 학교 주변 도로 위 미세먼지 저감사업이 반드시 필요한 이유다.
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주식회사 에코케미칼
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