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세포 배양에서 액틴 필라멘트 파괴할 수 있어

테라헤르츠 방사선, 단백질 변화시킨다.
세포 배양에서 액틴 필라멘트의 파괴로 이어져

놀라운 효과 :
무해한 것으로 생각되는 테라헤르츠(Terahertz) 방사선은 세포와 조직에 영향을 줄 수 있다는 것이 실험결과 밝혀졌다. 이 방사선이 피부나 다른 조직에 침투하지 않지만 에너지는 통과한다. 그리고 액틴 필라멘트와 같은 세포 단백질을 분명하게 손상 시킬 수 있다.
과학 저널 "Scientific Reports"에 연구자들은, 이러한 손상에도 불구하고 세포가 더 살아남는지 이 생물학적 효과를 더 자세히 조사해야 한다고 보고했다.

▲ 테라 헤르츠 방사선은 세포의 액틴 필라멘트를 분명히 파괴할 수 있다. 여기서는 녹색부분 © vshivkova / iStock

적외선과 마이크로파 사이의 테라헤르츠 복사는 종이, 직물 또는 플라스틱과 같은 많은 일반적인 물질을 파괴하지 않고 침투 할 수 있다. 따라서 재료 테스트뿐만 아니라 공항의 보안 검사에도 사용된다. 지금까지 단파 X-선과 달리 이 방사선은 세포나 DNA를 손상시키지 않는다는 큰 장점이 있다.

충격파로서 손상?

그러나 센다이에 있는 리켄 연구소의 쇼타 야마자키(Shota Yamazaki) 주변의 연구원들이 최근 확인한 것처럼, 무해하다는 것은 부분적으로만 사실일 수 있다.
테라헤르츠 방사선은 이미 피부 표면에 완전히 흡수되어 있으므로 최대한 세포층으로 침투한다. 테라헤르츠 방사선이 추가로 침투할 수 있는 에너지 형태로 변환되면 여전히 조직 내부에 손상을 줄 수 있다고 연구진은 설명했다.

이전 실험에서, 그들은 수중에서 테라헤르츠 복사가 수 밀리미터 깊이의 충격파를 생성 할 수 있음을 이미 관찰했다. 이러한 충격파에 의해 세포 성분이 손상될 수 있는지 알아내기 위해, 연구원들은 생물학적 세포 성분을 테라헤르츠 방사선 펄스에 노출 시켰다.
첫 번째 테스트 대상으로 액틴 필라멘트 솔루션을 선택했다. 이 단백질 실은 세포 구조를 형성하며 근육 섬유의 중요한 부분이다.

액틴 필라멘트 파괴

연구원들이 평방센티미터(㎠) 당 80 마이크로 줄(micro joule)의 테라헤르츠 펄스로 물에 용해된 액틴에 방사선을 조사했을 때 효과가 있었다. 컨트롤 용액의 액틴 필라멘트는 그대로 남아 있지만 방사선을 받은 샘플의 양은 50% 감소했다. 이러한 감소는 방사선이 이들 필라멘트의 형성을 방해한다는 것을 시사한다.

그러나 테라헤르츠 방사선 자체는 이에 책임이 있는 것이 아니다.
연구원들은 “물의 높은 흡수 효과는 약 10마이크로 미터(㎛)이상 침투하지 않도록 깊이를 제한한다. 샘플 부피의 약 1%에 해당하는 두께다”고 설명한다.
샘플이 거의 가열되지 않았기 때문에 방사선이 기계적 에너지로 변환되어 액틴 필라멘트가 붕괴되는 것으로 의심된다.

과학자들은 “우리의 결과는 테라헤르츠 복사 에너지가 수용액에 1밀리미터 이상을 침투 할 수 있음을 보여 준다. 복사 에너지는 분명히 압력파로 변환되어 세포 액틴 필라멘트를 파괴할 수 있다"고 주장했다.

▲ 테라헤르츠의 주파수 범위. 자료출처: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Spectre_Terahertz.svg

살아있는 세포에서도 손상

살아있는 세포에 미치는 영향은 없을까?
이를 테스트하기 위해 과학자들은 이제 세포 배양을 테라헤르츠 펄스에 노출 시켰다.
세포를 영양 배지에 위치시켜 세포와 표면 사이에 800-1,800㎛의 거리가 있도록 하였다.
직접적인 방사선 효과는 제외되었다.

야마자키와 그의 동료들은 이 실험에서 방사선 후 손상을 보였다:
"액틴 필라멘트가 감소되고 세포 가장자리에서 응집된 액틴 복합체가 관찰 되었다"고 보고했다. 대조 배양과의 비교는 배치의 온도가 0.5도만큼 차이가 있음을 보여 주었다.
따라서 방사선으로 인한 과도한 가열은 이러한 손상의 원인이 아니었다.

아직까지 연구원들은 세포에 대한 광범위한 손상을 관찰할 수 없었다.
테라헤르츠 방사선은 또한 세포 생존에 부정적인 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
야마자키는 “테라헤르츠 방사선이 세포를 죽이지 않고 세포 단백질에 작용할 수 있다는 것은 흥미롭다”고 말했다.

권장되는 추가 연구

과학자들에 따르면, 이러한 새로운 연구 결과는 향후 테라헤르츠 기술의 적용에서도 고려해야 한다. 리켄(RIKEN) 연구소의 치코 오타니(Chiko Otani)는 “이 방사선이 생물학적 조직에 미치는 영향을 완전히 이해하는 것이 중요하다. 위험을 평가하고 이 효과를 가능한 응용 분야에 사용하는 것이다”고 설명했다.

과학자들은 이러한 효과에 대한 추가 연구가 합리적이고 필요하다고 강조했다.
공항에서 테라헤르츠 스캐너를 통과하며 걱정할 필요는 없다. 이 효과는 피부의 최대로 밀리미터에 영향을 미치기 때문에 이러한 형태의 적용에서 영향이 발생하는지 여부는 완전히 열려 있다.

(Scientific Reports, 2020; doi : 10.1038 / s41598-020-65955-5)
출처 : RIKEN

[더사이언스플러스]

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