[취재파일] 폐와 간, 콩팥에 쌓인 초미세먼지 촬영…혈액 통해 온몸에 침투 확인

세계보건기구(WHO) 산하 국제암연구소(IARC)는 미세먼지를 1군 발암물질로 규정하고 있다. 미세먼지, 특히 초미세먼지는 단순히 호흡기뿐만 아니라 심장이나 뇌 등 우리 몸 곳곳을 침투해 염증이나 각종 질병과 암을 일으키고 심지어 태아에까지 영향을 미치기 때문이다.

하지만 지금까지 미세먼지가 체내에서 어떻게 이동하고 또 어느 장기에 얼마나 쌓이는지를 직접 눈으로 확인할 수 있는 연구 결과는 많지 않은 것이 현실이다.

최근 중국 연구팀은 초미세먼지가 허파꽈리뿐 아니라 혈관으로 침투해 간이나 콩팥 같은 장기의 세포에 쌓이는 과정을 거의 실시간으로 세포 수준까지 매우 상세하게 촬영하는 데 성공했다. 연구결과는 미국국립과학원회보(PNAS) 최근호에 발표됐다(Li et al., 2019).

연구팀은 형광 염색을 한 미세 입자를 실험용 쥐가 흡입하도록 한 뒤 허파와 간, 콩팥 등 각 기관을 매우 상세하게 촬영하는 방법으로 허파꽈리와 간, 콩팥 등의 세포에 미세먼지 입자 하나하나가 쌓여 있는 것을 확인했다. 연구팀은 미세 입자의 크기가 2.0 마이크로미터(μm) 이하인 PM2.0과 0.2μm 이하인 PM0.2 등 두 종류의 초미세먼지에 대한 실험을 실시했다.

우선 폐에서 이산화탄소와 산소의 교환이 이뤄지는 허파꽈리 영상을 보면 세포 곳곳에 노랗고 빨갛게 염색된 초미세먼지가 쌓여 있는 것을 볼 수 있다(아래 그림 참조). 특이한 것은 상대적으로 크기가 큰 PM2.0의 경우 허파꽈리에 균일하게 쌓이지 않고 한쪽에 몰려 있는 것을 볼 수 있다(그림 a1, a2 비교). 반면에 상대적으로 크기가 작은 PM0.2의 경우는 허파꽈리 전체에 거의 골고루 퍼져 있는 것을 볼 수 있다(그림 b1, b2). 연구팀은 상대적으로 크기가 큰 PM2.0의 경우는 중력에 의해 초미세먼지가 한쪽으로 쏠리는 것으로 해석했다.
허파꽈리에 초미세먼지가 쌓이는 것은 순식간에 이뤄진다. 아래 그림은 고농도 초미세먼지를 흡입하기 전, 흡입 5분 뒤, 그리고 15분 동안 흡입한 뒤 다시 깨끗한 공기를 흡입했을 때 허파꽈리 세포를 각각 촬영한 것이다. 일단 고농도 초미세먼지를 흡입하면 5분 뒤에는 허파꽈리 세포에 이미 초미세먼지가 붙어 있는 걸 확인할 수 있다.(노랗고 빨간 점으로 표시된 부분) 또 고농도 초미세먼지에 노출되면 깨끗한 공기를 흡입하는 동안에도 일정 시간 초미세먼지가 남아 있는 것을 볼 수 있다. 물론 고농도 초미세먼지에 노출되는 시간이 길어지면 길어질수록 쌓이는 양은 늘어난다.
고농도 초미세먼지에 직접 노출되는 허파뿐 아니라 간이나 콩팥 같은 내부 장기에도 초미세먼지가 쌓이는 것이 확인됐다. 아래 그림에서 빨간 점으로 표시된 부분이 초미세먼지가 쌓인 부분이다(아래 그림 참조). 지금까지 초미세먼지가 내부 장기에 쌓일 것인가에 대해서는 논란이 있었다. 초미세먼지의 크기가 내부 장기에 쌓이기에는 상대적으로 크기가 크지 않느냐는 주장이 있었다. 하지만 이번 연구 결과로 초미세먼지가 얼마든지 내부 장기에 쌓일 수 있다는 것이 눈으로 확인된 것이다. 물론 초미세먼지의 크기가 작을수록 장기에 더 많이 쌓이는 것으로 나타났다. 연구팀은 허파꽈리에서 공기-혈액 장벽(air-blood barrier)을 통과해 혈액으로 침투한 초미세먼지가 혈관을 타고 이동해 내부 장기에 쌓이는 것으로 추정했다.
국내에서도 비슷한 연구결과가 있었다. 지난해(2018) 11월 한국원자력연구원 전종호 박사 연구팀은 자동차 디젤엔진에서 배출되는 1μm 미만의 초미세먼지와 동일한 유형의 미세먼지에 방사성 동위원소를 결합해 실험용 쥐의 기도와 식도를 통해 투입한 뒤 폐와 위, 소장과 대장, 갑상샘 등에 축적된 미세먼지를 촬영한 바 있다(Lee at al., 2018). 특히 각종 장기에 축적된 미세먼지가 시간이 지남에 따라 어느 정도나 배출되는지 분석했다(아래 그림 참조).
몸속에서 미세먼지의 움직임과 쌓이는 곳을 촬영하는 이 같은 연구는 앞으로 미세먼지 노출로 인한 다양한 질병의 원인을 규명하고 치료기술을 개발하는데 큰 도움이 될 전망이다. 특히 입자가 큰 미세먼지(PM10)보다 온몸에 침투해 각종 장기에 많이 쌓이는 매우 작은 초미세먼지(예, PM0.2)에 대한 연구가 시급하다는 점을 이번 연구 결과는 보여주고 있다.

<참고문헌>

* Donghai Li, Yongjian Li, Guiling Li, Yu Zhang, Jiang Li, and Haosheng Chen, Fluorescent reconstitution on deposition of PM2.5 in lung and extrapulmonary organs, 2019, Proceedings of the National Academy of Sciences, doi/10.1073/pnas.1818134116

* Chang Heon Lee, Ha Eun Shim, Lee Song, Hi Gyu Moon, Kyuhong Lee, Jung Eun Yang, Ha Yeon Song, Yong Jun Choi, Dae Seong Choi and Jongho Jeon, Efficient and stable radiolabeling of polycyclic aromatic hydrocarbon assemblies: in vivo imaging of diesel exhaust particulates in mice, Chemical Communications, 2018, DOI:10.1039/c8cc08304e