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미세플라스틱, ‘표면 화학적 특성’이 뇌 염증 유발의 핵심

아민기가 노출된 미세플라스틱' 강력한 염증 반응 유도 확인 미세플라스틱 표면 성질이 뇌 면역세포 자극하고, 신경세포 사멸로 이어질 수 있음 증명 가톨릭대학교 의과대학 유승아 교수팀,

미세플라스틱, ‘표면 화학적 특성’이 뇌 염증 유발의 핵심

우리 생활 곳곳에 퍼져 있는 미세플라스틱이 인체 건강에 미치는 우려가 커지는 가운데, 가톨릭대학교 의과대학 의생명과학교실 유승아 교수(공동 교신저자), 임향숙 교수(공동 교신저자), 남민경 박사(공동 제1저자), 김채린 대학원생(공동 제1저자) 공동 연구팀이 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. 연구팀은 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. 연구팀은 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 파괴했다. 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 연구팀은 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. 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 「Amine-modified polystyrene particles induce surface chemistry-driven immunotoxicity in microglia: Protective effects of trolox」라는 제목으로 환경·보건 분야 국제학술지 Ecotoxicology and Environmental Safety에 2026년 1월 게재되었고, 연구팀은 미세플라스틱 표면 특성에 따른 신경 면역독성 평가 및 억제 기술과 관련해 국내 특허 2건을 출원했다. ▲[그림 설명 : 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

토종 ‘광대싸리’에서 항암 성분 `세큐리닌 생성 과정 처음 밝혀

유기화학과 단일세포전사체 분석을 통한 생합성 과정 경로 규명 ‘황산전이효소’가 비로신 B를 항암 성분 세큐리닌으로 바꾸는 데 핵심적 역할한다는 사실 밝혀 KAIST 생명과학과 김상규 교수 연구팀 화학과 한순규 교수 연구팀

토종 ‘광대싸리’에서 항암 성분 `세큐리닌 생성 과정 처음 밝혀

식물 유래 약 성분은 많지만, 식물이 이를 어떻게 만들어 내는지는 오랫동안 미스터리였다. KAIST 연구진이 70년 만에 토종 약용식물 광대싸리에서 항암 성분인 `세큐리닌이 생성되는 전 과정을 처음으로 밝혀냈다. 이번 성과로 실험실과 미생물 공장에서 항암 물질을 안정적으로 생산할 수 있는 길이 열렸다. KAIST는 생명과학과 김상규 교수 연구팀과 화학과 한순규 교수 연구팀이 우리나라 자생 식물인 광대싸리에서 항암 효과로 알려진 세큐리닌(securinine) 계열 물질이 만들어지는 핵심 과정을 규명했다고 6일 밝혔다. 광대싸리는 우리나라 산과 들에서 쉽게 볼 수 있는 관목으로, 동북아시아 지역에서는 오래전부터 잎과 뿌리를 약재로 사용해 왔다. ▲(왼쪽부터) KAIST 김상규 교수, 한순규 교수 이 식물에는 세큐리닌을 비롯한 다양한 알칼로이드 성분이 들어 있어 신약 개발 가능성이 높은 약용식물로 주목받아 왔다. 세큐리닌은 1956년 광대싸리에서 처음 발견된 이후 지금까지 130종이 넘는 관련 물질이 보고됐다. 이들 가운데 일부는 항암 효과를 보이거나, 뇌로 잘 전달돼 신경 재생을 돕는 효능이 있는 것으로 알려져 있다. 그러나 이렇게 중요한 물질들이 식물 안에서 어떻게 만들어지는지는 지난 70년간 밝혀지지 않은 난제였다. 생명체 안에서 천연물이 만들어지는 과정을 ‘생합성’이라고 한다. 이는 최종 물질이 만들어지기까지 어떤 중간 단계를 거치고, 어떤 효소가 작용하는지를 밝히는 일이다. 모르핀, 카페인, 니코틴 등 식물이 만들어내는 약효가 강한 천연 성분인 알칼로이드는 구조가 매우 복잡해 생합성 과정을 규명하기 특히 어려운 물질로 알려져 있다. 이번 연구에서는 화학과 생명과학의 협력이 핵심 역할을 했다. 세큐리닌 계열 물질의 화학적 합성을 오랫동안 연구해 온 한순규 교수 연구팀과, 식물 유전체 분석과 단일세포 분석에 강점을 가진 김상규 교수 연구팀이 공동으로 연구를 진행했다. 김상규 교수 연구팀은 성남시 불곡산 일대의 ‘KAIST 생태림’에서 광대싸리를 확보해 연구 시료를 만들고, 식물의 유전체를 정밀 분석했다. 특히 세큐리닌 생성이 활발한 잎 조직을 대상으로 단일세포 전사체 분석을 수행해, 어떤 세포에서 어떤 유전자가 작동하는지를 세밀하게 추적했다. 한편 한순규 교수 연구팀은 세큐리닌이 만들어지기 바로 전 단계의 물질로 ‘비로신 B’를 찾아내고, 이를 실험실에서 직접 만들어 그 변화를 관찰했다. 그 결과, 식물 속 효소인 ‘황산전이효소’가 비로신 B를 항암 성분 세큐리닌으로 바꾸는 데 핵심적인 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다. 이는 황산전이효소가 단순히 화학 성분을 붙이는 보조 역할이 아니라, 알칼로이드의 구조 자체를 바꾸는 데도 중요한 역할을 할 수 있음을 처음으로 보여준 연구 결과다. 김상규 교수와 한순규 교수는 “이번 연구는 우리나라 자생 식물에서 얻을 수 있는 고부가가치 천연물이 어떻게 만들어지는지를 분자 수준에서 밝힌 것”이라며 “앞으로 미생물이나 세포를 이용해 항암 물질을 안정적으로 생산하고, 다양한 의약학적 응용으로 이어질 수 있는 기반을 마련했다”고 말했다. 이번 연구에는 KAIST 정성준 박사후연구원, 강규민 박사후연구원, 김태인 석박통합과정생이 공동 제1저자로 참여했으며, 연구 성과는 국제 저명 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 15.7)에 1월 23일 게재됐다. 이번 연구는 과기부 한국연구재단의 중견 합성생물학, 농촌진흥청 NBT사업단의 차세대농작물신육종기술개발, KAIST 생태연구프로그램의 지원을 받아 수행됐다. ▲ 광대싸리 식물(AI생성 이미지 ▲유기화학과 단일세포전사체 분석을 통한 생합성 경로 규명

간암 항암 전 ‘간 탄성도 검사’로 합병증 위험 예측

전신 항암치료 후 간부전·출혈 위험, 치료 전 비침습 검사로 사전 평가 간 기능 취약 환자 맞춤형 치료 전략 수립에 실질적 기준 제공 가톨릭대학교 은평성모병원 소화기내과 이재준 교수 서울성모병원 소화기내과 한지원 교수 연구팀

간암 항암 전 ‘간 탄성도 검사’로 합병증 위험 예측

국내 연구진이 간암 항암치료 전 간 기능 위험을 예측하는 새로운 접근법을 제시했다. 가톨릭대학교 은평성모병원(배시현 병원장) 소화기내과 이재준 교수(제1저자)와 서울성모병원 소화기내과 한지원 교수(교신저자) 연구팀은, 간 탄성도 검사(Vibration-Controlled Transient Elastography, VCTE)로 측정한 간 경직도가 진행성 간암 환자의 전신 항암치료 이후 간부전 발생 위험을 효과적으로 예측할 수 있음을 규명했다. 최근 아테졸리주맙·베바시주맙(Atezolizumab plus Bevacizumab, Ate/Bev)을 포함한 면역항암 기반 치료는 진행성 간세포암 환자의 생존율을 획기적으로 향상시키며 1차 표준 치료로 자리 잡았다. 그러나 일부 환자에서는 치료 도중 복수, 간성 뇌병증, 정맥류 출혈 등 간 기능 악화가 발생하며, 이로 인해 치료 지속이 어려워지고 예후가 급격히 나빠지는 문제가 있었다. 그럼에도 불구하고 이러한 간부전 위험을 치료 전에 객관적으로 예측할 수 있는 지표는 제한적이었다. 이에 연구팀은 논문 ‘비침습적 간 탄성도 검사 기반 진행성 간세포암 환자의 전신치료 후 간부전 위험 예측’을 통해 국내 7개 대학병원에서 전신치료를 받은 진행성 간세포암 환자 396명을 대상으로 다기관 후향적 연구를 수행하고 분석 결과를 발표했다. 연구 대상으로 선정된 모든 환자는 전신치료 시작 전 간 탄성도 검사를 시행 받았으며, 연구팀은 간 탄성도 25kPa를 기준으로 환자를 분류해 임상 경과를 분석했다. kPa는 간이 얼마나 딱딱한지를 나타내는 압력 단위로, 수치가 높을수록 간 손상이 심하고 간부전 위험이 큰 상태를 의미한다. 분석 결과, 간 탄성도 25kPa 이상인 환자군은 25kPa 미만인 환자군에 비해 전신치료 후 간부전 발생 위험이 약 2배 이상 높았고, 정맥류 출혈 위험 또한 유의하게 증가한 것으로 나타났다. 특히 Ate/Bev 치료를 받은 환자 중 간 탄성도가 높은 경우, 치료 효과와 관계없이 간부전과 출혈 위험이 현저히 증가했다. 반면, 간 탄성도가 낮은 환자군에서는 Ate/Bev 치료가 생존율을 향상시키면서도 간부전 위험을 증가시키지 않았다. 연구팀은 간 탄성도 외에도 간 기능 상태를 나타내는 Child-Pugh 점수, 종양 개수, 고등급 문맥 침범 여부 등을 종합해 간부전 고위험군을 선별하는 위험 점수 모델을 개발했다. 이 모델은 치료 시작 후 12개월 이내 간부전 발생을 높은 정확도로 예측했으며, 임상 현장에서 전신치료 전략을 개인 맞춤형으로 결정하는 데 활용 가능성을 제시했다. 이재준 교수는 “이번 연구는 간암 전신치료에서 종양 반응뿐 아니라 간 자체의 예후가 치료 성패를 좌우한다는 점을 명확히 보여준다”며, “치료 전 간 탄성도 검사만으로도 고위험 환자를 선별할 수 있어 실제 진료 현장에서 치료 선택과 위험 평가에 중요한 기준이 될 수 있다”고 말했다. 한지원 교수는 “간 탄성도 검사는 비침습적이고 반복 측정이 가능해 임상 적용성이 높다”며, “앞으로는 간 기능이 취약한 환자에서 치료 전략을 보다 신중히 결정하는 데 중요한 도구로 활용될 수 있을 것”이라고 밝혔다. 결과적으로 이번 연구는 간암 치료에서 전신치료 전 간부전 위험을 예측할 수 있는 객관적 지표를 제시하고, 면역항암제 치료의 안전한 적용 범위를 보다 명확히 했다는 점에서 의미가 크다. 나아가 간암 치료를 종양 중심에서 간 기능과 종양을 함께 고려하는 통합적 접근으로 확장할 수 있는 근거를 마련했다. 이번 연구 결과는 간암 분야 최상위 국제학술지로 평가받는 Liver Cancer(IF 9.1)에 게재 승인(Accept)됐다.

빛을 쪼여 암세포를 사멸시키는 새로운 광치료 기술 개발

암세포 주변의 물을 산화시켜 암세포 사멸 활성산소 생성량과 저산소 환경 안정성 현저히 우수 확인 고려대학교(총장 김동원) 화학과 김종승·우한영·곽경원 교수 연구팀

빛을 쪼여 암세포를 사멸시키는 새로운 광치료 기술 개발

고려대학교 화학과 김종승·우한영·곽경원 교수 연구팀이 빛을 쬐는 것 만으로 암세포 주변의 물을 산화시켜 암세포를 사멸시키는 새로운 광치료 기술을 개발했다. 이번 연구는 싱가포르 국립대학교 빈리우(Bin Liu) 교수, 성균관대학교 이진용 교수 연구팀과 함께 수행됐다. 이번 연구 성과는 화학 분야 국제학술지 ‘Journal of the American Chemical Society(JACS, IF=15.7)’ 온라인에 1월 28일 게재됐다. 광역학치료는 빛을 이용해 활성산소종을 만들어 암세포를 죽이지만, 산소가 부족한 환경에서는 치료 효과가 크게 감소하는 문제가 있다. 이를 보완하기 위해 다양한 나노구조나 산소 전달체를 사용하는 방식이 제안됐지만, 구조가 복잡하고 제어가 어려웠다. △ (윗줄 왼쪽부터) 고려대 화학과 나현지 석박사통합과정(제1저자), 서윤지(Yunjie Xu) 박사(교신저자), 곽경원 교수(교신저자), 우한영 교수(교신저자) △ (아랫줄 왼쪽부터) 성균관대 화학과 이진용 교수(교신저자), 싱가포르 국립대 화학생명공학과 빈리우(Bin Liu) 교수(교신저자), 고려대 화학과 김종승 교수(교신저자) *활성산소종(Reactive Oxygen Species, ROS,): 세포 내 산소 대사 과정에서 생성되는 반응성이 높은 산소 화학종으로, 과도하게 생성될 경우 세포 구조를 손상시키고 세포 사멸을 유도할 수 있다 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 세포막에 안정적으로 삽입되는 단일분자 광 테라노스틱스 플랫폼(NDI-COE)을 개발했다. 이 물질은 암세포막에 자리 잡은 뒤 빛을 받으면 세포 주변의 물을 직접 산화해 활성산소를 생성하며, 외부 산소 공급 없이도 반응이 지속된다. 실제 실험에서도 저산소 환경과 정상 산소 환경에서 유사한 수준의 활성산소 생성이 확인됐다. *테라노스틱스 (theranostics): 질병을 치료하는 기능과 치료 과정을 진단, 이미징 할 수 있는 통합형 의료 기술 이렇게 생성된 활성산소는 암세포막 손상을 유도해, 염증 반응을 동반하는 파이롭토시스(Pyroptosis)를 효과적으로 활성화한다. 파이롭토시스는 세포막이 부풀어 오르며 파열되는 형태의 세포 사멸 경로이다. 특히 이번 기술의 강점은 치료와 동시에 그 과정을 ‘눈으로 볼 수 있다’는 점이다. 연구팀이 개발한 NDI-COE는 세포막에 삽입되면 형광을 띄어, 암세포가 파괴되는 과정에서 형성되는 파이롭토틱 소낭의 방출을 실시간으로 관찰할 수 있다. 이는 치료와 진단 기능을 통합한 테라노스틱스 기술로서의 가능성을 보여준다. *파이롭토틱 소낭(Pyroptotic vesicles): 파이롭토시스 과정에서 부풀어 오른 세포막 일부가 떨어져 나와 형성되는 작은 주머니 형태의 구조 연구팀은 물 산화 능력이 없는 유사 물질과의 비교 실험을 통해, 이번 물질이 활성산소 생성량과 저산소 환경 안정성에서 현저히 우수함을 확인했다. 이는 해당 물질이 단순한 광감각제가 아닌, 암세포막에서 직접 작동하는 ‘분자 광전극’처럼 활용될 수 있음을 의미한다. 고려대 김종승 교수는 “이번 연구는 암세포 주변의 물을 활용해 산소 의존성을 극복한 새로운 광치료 전략을 제시했다”라며, “치료와 이미징 기능이 단일분자 수준에서 결합된 기술로, 저산소 종양 치료는 물론 면역 반응 연구로도 확장 가능성이 크다”라고 말했다. 본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 리더연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다. △ [첨부] 설명 : 빛에 의해 활성화된 NDI-COE가 암세포막–물 계면에서 물 산화를 촉진해 활성산소종을 생성하고, 파이롭토시스 및 소낭 방출 과정을 시각화하는 개념도.



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당뇨병, 연령 가리지 않는다, 일상 속 예방과 관리
당뇨병은 흔히 중장년층의 질환으로 인식되지만, 최근에는 성인에서 제1형 당뇨병이 새롭게 진단되거나 젊은 연령층 환자가 늘어나는 등 발병 양상에 변화가 나타나고 있다. 당뇨병의 유형부터 증상, 관리와 예방법까지 서울대병원 내분비대사내과 곽수헌 교수와 함께 알아봤다. 1. 당뇨병이란? 당뇨병은 혈액 속 포도당 수치가 정상보다 높은 상태가 지속되는 만성질환으로, 제1형·제2형·임신성 당뇨병 등으로 구분된다. 제1형 당뇨병은 인슐린을 만드는 췌장 베타세포가 파괴돼 인슐린 분비가 거의 이뤄지지 않는 질환으로, 주로 소아·청소년기에 발생하지만, 최근에는 성인에서 진단되는 사례도 증가하고 있다. 제2형 당뇨병은 인슐린 분비가 부족하거나 인슐린이 제대로 작용하지 않는 것이 특징으로, 생활 습관과 환경, 유전적 요인이 복합적으로 작용해 발생한다. ▲서울대병원 내분비대사내과 곽수헌 교수 임신성 당뇨병은 임신 중 호르몬 변화로 혈당이 일시적으로 상승하는 경우로, 출산 후 대부분 정상으로 회복되지만, 일부는 제2형 당뇨병으로 이어질 수 있어 추적 관찰이 필요하다. 국내 당뇨병 환자의 대부분은 제2형 당뇨병이며, 제1형 당뇨병은 전체의 2% 미만이다. 2. 위험인자와 발병 특징 당

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