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“우리 몸안에 미세먼지, 눈으로 볼 수 있을까”원자력硏 ‘분자영상 기술’…인체 유해성 등 기초 의학 연구 활용

초겨울로 접어들었지만 중국발 황사유입으로 미세먼지 농도가 연일 '나쁨수준'을 유지하고 있어 국민들의 우려가 깊어지고 있다. 미세먼지는 화석연료를 태우거나, 공장ㆍ자동차의 매연을 통해 발생하는 먼지들 가운데 입자 지름이 10μm(마이크로미터. 1μm=100만분의 1m)이하인 먼지를 말한다. 머리카락 지름(50~70μm) 대비 약 5분의1에서 7분의1 정도 크기로 육안 식별이 불가능하다.

대기 중에 분포된 미세먼지는 호흡기를 거쳐 폐에 침투하거나 혈관을 따라 체내로 이동하며 천식, 폐렴과 같은 호흡기 질환을 유발한다. 특히 일반적으로 크기가 작을수록 독성이 커지며 미세먼지 크기에 따라 체내 장기 분포가 달라지는 것으로 알려져 있다. 이에 의료 및 학계에서는 체내에 유입 된 미세먼지의 움직임을 분석하고 배출 기술을 연구하는 등 유해성 저감을 위한 다양한 노력을 기울이고 있다.

< 미세먼지 표준물질의 체내 영상화 연구 과정 >
▲1단계=방사성동위원소(Iodine-125)가 표지(labeling) 된 DEP를 합성 하는 과정(Radiolabeiling of DEP) ▲2단계=방사성동위원소가 표지 된 DEP를 동물의 호흡기에 노출 한 후 각 시간 별로 체내 유입 된 미세먼지를 영상화하고 각 장기에 분포 된 방사선량을 측정하여 DEP의 체내 분포를 정량화 하는 과정(Biological assessment)

최근 미세먼지의 체내 움직임을 관찰할 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발해 화제다. 한국원자력연구원(원장 직무대행 백원필)은 첨단방사선연구소 생명공학연구부 전종호 박사 연구팀이 방사성동위원소를 이용해 미세먼지의 체내 분포를 영상화 하는 기술을 개발하는데 성공했다고 밝혔다.

4일 원자력연구원에 따르면 자동차 디젤엔진에서 배출되는 미세먼지(1μm 미만 크기)와 동일한 유형의 미세먼지 표준물질(DEP, Diesel Exhaust Particulates)과 방사성동위원소를 화학적으로 결합시킨 미세먼지 샘플을 실험용 쥐의 기도와 식도에 각각 투입하고 RI-Biomics 시설의 핵의학 영상장비를 활용해 장기 내 DEP의 축적량과 장기들의 상태를 촬영했다.

RI-Biomics 시설은 인체를 투과해 체내 물질의 움직임을 실시간으로 추적할 수 있는 방사성동위원소(RI, Radioisotope)의 특성을 생명체학(Biomics)에 적용한 융합연구 시설이다. 개발 단계의 신약 후보물질에 미량의 방사성동위원소를 합성한 뒤 동물 등 실험체에 투여함으로써 실험체내 해당 물질의 분포 정도를 촬영할 수 있다.

연구 결과 입을 통해 식도로 유입된 DEP은 체외 배출까지 단 이틀이 소요되었으며 이동 중 다른 장기에 영향을 주지 않았다. 반면 코를 통해 기도를 거쳐 흡입된 DEP은 같은 기간 60%가량 폐에 축적 되었으며 배출에도 7일 이상의 기간이 소요되는 것으로 관찰됐다. 또 배출 과정 중 소량의 DEP이 간과 신장 등 일부 다른 장기로 이동하는 것을 확인했다.

< 기도를 통해 노출 된 미세먼지 표준물질 영상 >
▲사진위 설명=실험용 미세먼지 표준물질을 기도로 투여한 뒤 시간 경과에 따라(2시간→18시간→48시간) 얻은 단일광자단층촬영 영상(흰색 화살표 Lungs=폐). 투여 후 48시간이 경과되었으나, 다량의 DEP로 구성 된 미세먼지가 폐에 축적 되어 있으며, 배출이 매우 느림.  ▲사진아래 설명=실험용 미세먼지 표준물질을 식도로 투여 뒤 시간 경과에 따라(2시간→18시간→48시간) 얻은 단일광자단층촬영 영상(흰색 화살표 Stomach=위). 투여 후 48시간 뒤 대부분의 미세먼지가 체외로 배출됨

이번 영상화 기술 개발 성공은 종래의 분석 화학적 방법(실험체 부검을 통해 확보한 장기에서 유해물질을 추출하여 정량하는 실험 기법)으로는 불가능했던 체내 미세먼지의 실시간 축적량 및 움직임, 배출 상태를 살아있는 실험체에서 연속적으로 관찰할 수 있다는 점에서 큰 의의를 갖는다.

전종호 박사는 “핵의학 영상 기술을 활용해 체내 유입된 미세먼지의 분포도 및 동적 특성을 체계적으로 확인한 연구는 이번이 처음”이라면서 “현재 의학계에서 주목하는 미세먼지 노출로 인한 다양한 질환의 발병 원인을 규명하고, 치료 기술 개발에 필요한 기초 연구를 지원하는 등 향후 국민 보건 향상에 기여 할 수 있는 활로를 모색해 나갈 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제학술지 ‘케미컬 커뮤니케이션즈(Chemical Communications)’에 11월 26일자로 온라인 게재됐으며, 표지 논문으로 선정됐다.

김소연 기자  ksy@knpnews.com

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