【후생신보】  미세플라스틱의 ‘표면 화학적 특성’이 뇌 염증과 신경세포 손상을 결정짓는 핵심 요인임을 세계 최초로 규명했다.

 

가톨릭의대 의생명과학교실 유승아 교수(공동 교신저자)팀(임향숙 교수 공동 교신저자, 남민경 박사 공동 제1저자, 김채린 대학원생 공동 제1저자)이 미세플라스틱의 ‘표면 화학적 특성’이 뇌 염증과 신경세포 손상을 결정짓는 핵심 요인임을 세계 최초로 규명했다.

 

이번 연구는 미세플라스틱의 위험성을 단순히 크기나 노출량의 문제를 넘어, 미세플라스틱 표면에 형성된 화학적 성질이 뇌에 어떠한 영향을 미치는지를 정밀하게 분석했다는 점에서 큰 의미가 있다.

 

▲ (왼쪽부터) 유승아 교수 임향숙 교수 남민경 박사 김채린 대학원생

 

미세플라스틱은 환경 속에서 다양한 물질과 접촉하며 시간이 지날수록 표면 성질이 변화한다. 이 과정에서 아민기(-NH₂, 질소와 수소의 결합물)나 카르복실기(-COOH, 탄소·산소·수소의 결합물)처럼 전기적 성질을 가진 화학 구조가 표면에 노출 되는데 그동안 이러한 변화가 뇌 건강에 구체적으로 어떤 영향을 미치는지는 거의 알려지지 않았다.

 

유 교수팀은 표면 화학 구조가 서로 다른 폴리스티렌 미세플라스틱을 이용해 뇌 속 면역세포 역할을 하는 미세아교세포(microglia 뇌 내 유해 물질을 제거하는 세포)를 중심으로 분석을 진행했다.

 

실험 결과, 아민기가 노출된 미세플라스틱(PS-NH₂)은 일반 미세플라스틱이나 카르복실기가 붙은 입자보다 훨씬 빠르게 미세아교세포 안으로 침투했으며 강력한 염증 반응을 유도하는 것으로 나타났다.

 

특히 아민기가 노출된 미세플라스틱이 처리된 미세아교세포에서는 TNF-α, IL-6와 같은 염증 신호 물질이 크게 증가했고 이는 미세아교세포가 염증을 일으키는 방향(M1형)으로 변화했음을 의미한다.

 

유 교수팀은 이러한 변화의 핵심 원인이 미토콘드리아(세포 내 에너지 공장 역할을 하는 기관) 내에서 과도하게 생성되는 활성산소라는 점을 밝혀냈다.

 

PS-NH₂는 미토콘드리아에서 슈퍼옥사이드(superoxide, 산화력이 강한 활성산소의 일종)를 지속적으로 발생시켰고 이로 인해 과산화수소(H₂O₂)와 질소산화물(NO) 생성이 연쇄적으로 늘어나며 세포의 에너지 생성 시스템을 파괴해 결과적으로 이렇게 활성화된 뇌 면역세포는 주변 신경세포에 2차적인 손상을 입히는 것으로 확인됐다.

 

즉, 미세플라스틱의 표면 성질이 뇌 면역세포를 자극하고 그 반응이 신경세포 사멸로 이어질 수 있음을 실험적으로 증명한 것이다.

 

아울러 유 교수팀은 이러한 독성 반응을 제어할 수 있는 가능성도 확인했다.

 

비타민 E 유사체인 항산화제 트롤록스(Trolox)를 처리한 결과, 활성산소로 인해 유도된 염증 신호와 신경세포 손상이 분자 수준에서 유의하게 감소했다. 이는 향후 미세플라스틱으로 인한 신경 독성을 예방하고 보호하기 위한 전략 개발에 중요한 단서를 제공한다.

 

▲ 아민기가 노출된 폴리스티렌이 미토콘드리아 활성종 축적을 경유한 신경면역염증에 의한 신경세포 소실 기전 및 Trolox에 의한 극복 = 아민기가 노출된 폴리스티렌 미세플라스틱(PS-NH2)이 미세아교세포에서 세포독성과 염증 반응을 유도하며, 미토콘드리아 superoxide 생성을 통해 산화스트레스를 증가시키는 기전 및 Trolox처리에 따른 신경독성 완화 효과 개념도.

 

유승아 교수는 “이번 연구는 미세플라스틱의 ‘보이지 않는 표면’이 뇌 면역반응과 신경 손상에 어떤 영향을 미치는지를 세계 최초로 규명한 연구”라며 “환경 유해물질과 신경퇴행성 질환의 연관성을 이해하고, 미세플라스틱의 위험도를 새롭게 정의하는 데 중요한 과학적 근거가 될 것”이라고 밝혔다.

 

한편 이번 연구 성과는 환경·보건 분야 국제학술지 Ecotoxicology and Environmental Safety에 2026년 1월 게재됐다.

 

특히 유 교수팀은 미세플라스틱 표면 특성에 따른 신경 면역독성 평가 및 억제 기술과 관련해 국내 특허 2건을 출원했다.