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[IT뉴스]세포 내 미세먼지 쌓이면 대사균형 무너져…'실시간 시각화' 첫 성공

온카뱅크관리자

2025-11-04 13:57:28

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> 한국기초과학지원연구원 
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 <img alt="(왼쪽 위부터 시계방향으로) 박정원 한국기초과학지원연구원(KBSI) 연구원, 이주은 박사, 이성수 책임연구원, 황금숙 부원장, 김성학 전남대 교수. KBSI 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/04/dongascience/20251104134751912makd.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="8WTspAKpn6" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/04/dongascience/20251104134751912makd.jpg" width="658">
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 (왼쪽 위부터 시계방향으로) 박정원 한국기초과학지원연구원(KBSI) 연구원, 이주은 박사, 이성수 책임연구원, 황금숙 부원장, 김성학 전남대 교수. KBSI 제공
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 세포 안에 미세먼지(PM)가 쌓였을 때 일어나는 변화를 실시간으로 시각화한 첫 연구결과가 발표됐다. 환경유해인자로 만성 염증이 발생하는 메커니즘을 밝힌 성과다. 향후 염증 완화 치료 전략을 개발하는 데 활용될 것으로 기대된다.
 한국기초과학지원연구원(KBSI)은 이성수 호남권센터 책임연구원과 황금숙 부원장 연구팀이 김성학 전남대 동물공학과 교수 연구팀과 함께 3D 홀로토모그래피(3D-HT)와 다중오믹스 분석기술을 결합해 환경유해인자에 의한 세포 지질대사 교란 과정 등을 실시간·정량적으로 입증했다고 4일 밝혔다. 
 기존 3D-HT 기술은 세포의 형태 변화나 외부 미세입자가 세포 안으로 들어오는 과정을 관찰하는 데는 유용하지만 세포 내 대사 반응이나 세포소기관의 미세한 변화를 정량적으로 분석하는 데는 한계가 있었다. 
 연구팀은 3D-HT 기술에 지질체·전사체 분석기술인 다중오믹스 분석기술을 결합해 새로운 멀티모달 분석법을 개발했다. 
 새 분석법으로 표준 미세먼지 모델인 ERM-CZ100(PM)에 노출된 생쥐의 대식세포 내 지질체를 분석한 결과, 총 234종의 지질이 동정(화학적 분석 통한 물질 확인)됐다. 미세먼지 노출은 아라키돈산 등 염증 관련 지질 대사체가 약 2~3배 증가하는 원인이었다. 
 전사체를 분석한 결과에서는 미세먼지가 대식세포의 지질대사를 재편성해 랜즈사이클을 과활성화시키고 염증 반응이 지속적으로 발생하도록 유도한다는 점이 확인됐다. 랜즈사이클은 인지질을 분해·재합성해 염증 매개물 생성을 조절하는 지질대사 경로다. 미세먼지 노출은 포스포리파아제 A2(PLA2) 등 랜즈사이클 관련 유전자 발현이 최대 4~6배 이상 뚜렷하게 상승하도록 만들고 염증 관련 유전자(Tnf, Ccl2, Ptgs2 등) 발현이 증가되도록 만들었다.  
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 <img alt="3차원 홀로토모그래피 현미경을 통해 미세먼지 단일입자 이미징과 미세먼지에 노출된 대식세포 내 입체적 변화를 확인한 결과. KBSI 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202511/04/dongascience/20251104134753189dkex.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="6O5TKsPKn8" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202511/04/dongascience/20251104134753189dkex.jpg" width="658">
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 3차원 홀로토모그래피 현미경을 통해 미세먼지 단일입자 이미징과 미세먼지에 노출된 대식세포 내 입체적 변화를 확인한 결과. KBSI 제공
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 형광 인지질 기질(PC-A2, PED-A1)을 이용한 실시간 영상 분석 결과에서는 미세먼지 노출 시 리소인지질과 자유 지방산의 형광 신호가 약 1.5~2배 증가했다. PLA2 억제제 처리 시에는 염증 매개물인 프로스타글란딘(PGE2) 생성이 40~50% 감소했다. PLA2와 랜즈사이클이 미세먼지 유발 염증의 핵심 경로라는 점이 입증된 것이다. 
 이번 연구는 세포 내부에 미세먼지가 축적되면 지질 방울이 형성되면서 세포 구조와 대사 균형이 무너진다는 사실을 영상으로 입증한 첫 사례로 미세먼지의 독성을 시각적으로 보여준다. 염증 활성 표지자(CDg16)와 지질 방울 염색(BODIPY)을 활용한 실시간 정량 분석을 통해 염증이 먼저 활성화되고 이후 지질 방울이 축적되는 순차적 세포 반응이 관찰됐다. 염증과 지질대사 사이의 연계성을 실시간 영상으로 규명한 것이다. 
 이성수 책임연구원은 “3D-HT와 다중오믹스를 결합해 살아있는 세포의 염증 경로를 실시간으로 규명한 첫 사례”라며 “이 기술은 향후 환경유해입자 독성평가와 염증성 질환 연구에 폭넓게 활용될 것”이라고 말했다. 
 황금숙 부원장은 “이번 성과는 미세먼지가 인체 세포의 지질대사 체계를 교란해 염증을 유발하는 과정을 정량적으로 규명한 결과”라며 “KBSI는 국민 건강과 직결된 미세먼지, 미세플라스틱, 중금속 등 환경유해인자 연구를 분석과학의 힘으로 지속해 나가겠다”고 밝혔다. 연구결과는 국제학술지 ‘위험물질저널’에 10월 5일 온라인 게재됐다. 
 &lt;참고 자료&gt; doi.org/10.1016/j.jhazmat.2025.140027
 [문세영 기자 moon09@donga.com]
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