3'00" 읽기
- 생체 분자로 만든 껍질은 플라스틱 입자가 혈액 뇌 장벽을 통과하도록 도와준다.
- 200nm 크기의 플라스틱 입자는 섭취 후 불과 2시간 만에 뇌에서 감지돼

미세플라스틱은 어떻게 뇌로 들어갈까?
생체 분자로 만든 껍질은 플라스틱 입자가 혈액 뇌 장벽을 통과하도록 도와준다.

장벽 깨짐:
생쥐를 대상으로 한 실험에서 확인된 바에 따르면 음식에서 나오는 작은 미세플라스틱 입자는 혈뇌 장벽을 통과하여 뇌에 침투할 수 있다. 200nm(나노미터) 크기의 플라스틱 입자는 섭취 후 불과 2시간 만에 뇌에서 감지되었다. 미세플라스틱은 콜레스테롤과 같은 부착된 내인성 분자의 도움으로 혈액-뇌 장벽을 통과한다. 미세플라스틱은 플라스틱이 막 장벽을 쉽게 통과하도록 한다. 

▲ 내인성 콜레스테롤 분자로 코팅된 미세 플라스틱 입자는 생쥐 및 모델 시뮬레이션을 사용한 테스트에서 알 수 있듯이 혈액-뇌 장벽을 통과할 수 있다. © Kopatz et al. / nanomaterials, CC-by 4.0

미세플라스틱은 오랫동안 공기, 물, 토양뿐만 아니라 먹이 사슬, 식수, 우리 몸 등 어디에나 존재했다. 그곳에서 그것은 조직과 기관에 침투할 수 있고 심지어 우리 뇌의 장벽을 뚫을 수도 있다. 연구에 따르면 더 큰 미세플라스틱 입자는 기계적으로 세포막을 손상시키고 염증을 촉진하는 반면 더 작은 미세플라스틱 입자는 이 이중 지질막을 통과할 수 있다. 이 통로는 생물학적 분자가 플라스틱 입자에 부착되었을 때 선호된다.

경구 섭취 후 단 2시간 만에 뇌에 도달

비엔나 의과대학의 베레나 코파츠(Verena Kopatz)와 그녀의 동료들은 미세플라스틱이 어떻게 뇌에 들어가 혈액-뇌 장벽을 극복하는지 자세히 조사했다. 이를 위해 폴리스티렌으로 만든 미세플라스틱을 9.5㎛(마이크로미터), 1.14㎛, 293㎛의 세 가지 크기로 사용했다. 크기에 따라 작은 구체에 다른 형광 마커를 표시하고 모의 소화액에서 짧은 시간 동안 전처리했다. 그런 다음 마우스에게 경구 투여했다.

▲ 실험 개요도

결과:
"놀랍게도 우리는 불과 2시간 후에 동물의 뇌에서 가장 작은 미세플라스틱 입자의 녹색 형광 신호를 관찰했다"고 연구원들은 보고했다. "이는 폴리스티렌 나노플라스틱이 상대적으로 짧은 시간에 장 장벽과 혈뇌 장벽을 통과할 수 있음을 나타낸다." 플라스틱 입자의 크기가 분명히 결정적이다.

콜레스테롤 봉투는 장벽을 관통하는 것을 돕는다.

그런데 미세플라스틱 입자가 뇌를 보호하는 데 매우 중요한 혈액-뇌 장벽을 어떻게 통과할 수 있을까? 이를 결정하기 위해 Kopatz와 그녀의 동료들은 거의 원자 분해능으로 컴퓨터 시뮬레이션을 수행했다. 가상 혈액-뇌 장벽은 인지질 DOPC로 만들어진 이중 지질막으로 형성되었으며, 내인성 콜레스테롤 분자로 만들어진 껍질 또는 부착된 단백질로 만들어진 껍질이 있는 순수한 형태의 폴리스티렌 비드가 미세플라스틱으로 선택되었다.

▲ 그림 3. 투여 후 불과 2시간 만에 마우스 뇌에서 나노미터 크기의 PS 플라스틱 입자가 검출되었다. 수컷 마우스 뇌의 대표적인 면역형광 이미지, 대조군(Ctr) 및 단일 용량 MNP 위관 주입 후 2 또는 4시간. 조직 절편을 Dapi(파란색)로 대조 염색했다. 화살표는 녹색 형광 나노플라스틱 입자(0.293 ± 0.008 μm)를 나타낸다. 스케일 바 20μm.(출처: 관련논문 Micro- and Nanoplastics Breach the Blood–Brain Barrier (BBB): Biomolecular Corona’s Role Revealed)

모델 시뮬레이션은 미세 플라스틱이 멤브레인을 통과할 수 있는지 여부가 결정적으로 부착된 분자의 "바이오 코로나"에 달려 있음을 보여주었다. 주로 단백질로 구성되어 있으면 막 장벽을 통과하지 못한다. 반면에 폴리스톨 입자가 콜레스테롤로 코팅되어 있거나 노출되어 있으면 이중지질막을 통과할 수 있다. Kopatz와 그녀의 동료들은 "이는 위험 평가에서 플라스틱 입자 표면의 환경 침전물을 통해 획득한 '코로나'를 이해하는 것이 얼마나 중요한지를 강조한다"고 말했다.

더 많은 연구가 필요하다.

따라서 과학자들에 따르면 미세플라스틱과 우리 조직, 세포막 및 세포의 상호작용에 대한 추가 연구가 시급하다. "마이크로 플라스틱 및 나노 플라스틱 입자가 인간과 환경에 미치는 잠재적 피해를 최소화하려면 노출을 제한하고 MNP의 효과를 추가로 연구하면서 사용을 제한하는 것이 중요하다"고 비엔나 의과 대학의 수석 저자인 Lukas Kenner는 말했다.

일상생활에서 미세플라스틱 섭취를 줄이려면 음료 선택이 중요할 수 있다. 한 연구에 따르면 플라스틱병에서 하루에 권장되는 1.5~2리터의 물을 마시는 사람은 연간 약 9만 개의 플라스틱 입자를 소비한다. 그러나 수돗물을 사용하는 경우 지리적 위치에 따라 섭취량을 4만 개로 줄일 수 있다. (nanomaterials, 2023; doi: 10.3390/nano13081404)
출처: 비엔나 의과 대학/ Medizinische Universität Wien

[더사이언스플러스=문광주 기자]

[저작권자ⓒ the SCIENCE plus. 무단전재-재배포 금지]