뇌-심장까지 파고들어 손상 유발… 미세먼지 질병 요인 규명 나섰다

[STOP! 미세먼지]〈3〉관련 질환 연구 어디까지
미세먼지 유사 형태 입자 주입되자, 신경세포 내에서 과도한 물질 분비
치매 유발 단백질 뭉침 현상 심해져… 심혈관계-허혈성심질환에 악영향
장기 조직 민감도 100배 이상 상승

한국과학기술연구원(KIST)의 연구자가 미세먼지가 뇌에 미치는 영향을 분석하기 위한 ‘브레인 칩’을 제조하고 있다. 한국과학기술연구원 제공

미세먼지 등 대기오염 물질이 폐나 기관지 등 호흡기에 나쁜 영향을 주는 것은 널리 알려진 사실이다. 하지만 인체의 다른 부분에도 손상을 일으키는지는 아직 명확하게 규명되지 않았다. 이에 정부와 산하 출연연구기관들은 미세먼지를 포함한 대기오염 물질이 뇌, 심장, 장기, 감각기관 등에 미치는 영향을 종합적으로 연구하고 있다. 미세먼지 관련 질환의 치료 방법을 개발하기 위한 기초 자료가 될 것으로 기대하고 있다.

○ 뇌 손상 유발하는 미세먼지

연구진은 브레인칩을 통해 미세먼지 등 대기오염 물질이 뇌에 있는 신경세포에 전달될 때 나타나는 미세한 반응까지 확인했다. 한국과학기술연구원 제공

질병관리청에 따르면 2015년부터 2019년까지 미세먼지(PM2.5) 영향으로 사망한 사람은 11만9873명으로 추산된다. 초미세먼지에 노출돼 뇌졸중, 폐암, 허혈성심질환 등의 질병으로 사망한 사례를 종합한 수치다.

미세먼지가 인체에 미치는 영향을 좀 더 구체적으로 확인하기 위해 과학기술정보통신부와 산하 출연연구기관들은 광범위한 연구에 착수했다. 그 결과 미세먼지가 뇌 손상을 일으킨다는 사실을 발견했다. 미세먼지 노출 탓에 심장과 위장 등에서 만성 질환이 발생할 수 있다는 점도 확인했다.

앞서 2016년 영국 랭커스터대 연구팀은 영국과 멕시코에 거주하다가 숨진 37명의 뇌 조직을 분석한 결과 미세먼지 등에 들어 있는 금속 물질이 다량으로 발견됐다고 발표했다. 연구팀은 인간의 뇌에 들어온 금속 물질이 체내에서 만들어진 것이 아니라 호흡 등을 통해 외부에서 들어온 것으로 추정했다.

한국과학기술연구원(KIST) 연구진은 이러한 해외 사례 등에 착안해 미세먼지가 뇌에 미치는 영향을 규명하기 위한 연구를 본격적으로 진행하기 시작했다. 뇌는 다른 신체기관과 다르게 오염 물질이 내부에 침투할 경우 스스로 배출할 가능성이 낮기 때문에 정확한 미세먼지의 영향을 알아야 대처 방안을 찾을 수 있다고 판단했다.

연구진은 우선 미세먼지와 유사한 탄소 나노 재료를 다양한 형태의 입자로 제조해 신경세포에 전달하는 실험을 했다. 세포는 점처럼 이뤄진 탄소 재료에는 별다른 반응을 하지 않다가 경유 차량에서 나오는 대기오염 물질과 비슷한 3차원 형태의 입자가 전해지자 과도한 신경 물질을 분비했다. 14일 이상 노출되자 신경세포가 아예 사멸하는 등 인체에 좋지 않은 반응도 나타났다. 뇌 신경세포가 사멸하면 기억을 잃거나 인지 장애가 생길 수 있다.

연구진은 3차원 탄소 입자가 치매 환자에게 더 나쁜 영향을 줄 수 있다는 사실도 규명했다. 치매를 유발하는 ‘아밀로이드 베타 단백질’ 뭉침 현상이 3차원 탄소 입자에 노출됐을 때 더 활발해진다는 것을 확인했다. KIST는 뇌에서 발생하는 신호를 정밀하게 측정할 수 있는 ‘브레인칩’과 쥐를 이용한 미세먼지 영향 연구도 별도로 진행하고 있다.

연구진은 신경세포가 미세먼지에 노출되더라도 과민 반응과 같은 문제가 발생하지 않도록 하는 물질을 찾는 연구를 이어갈 예정이다. 김홍남 KIST 뇌과학창의연구단 선임연구원은 “미세먼지가 뇌에 어떤 영향을 주는지 확인한 만큼 앞으로는 이를 막을 수 있는 연구에 더 집중할 것”이라고 설명했다.

○ 심장, 위장 등 장기 질환의 원인

KIST는 미세먼지가 생물의 뇌에 미치는 나쁜 영향을 종합적으로 파악하기 위해 쥐를 대상으로 한 실험도 진행하고 있다. 한국과학기술연구원 제공

미세먼지는 심장, 위장 등의 장기와 감각기관에도 영향을 주고 있다. 정부 부처가 합동으로 전국 7개 도시에서 2015년부터 2년여간의 통계 자료를 토대로 분석한 결과 미세먼지 농도가 높을수록 65세 이상 연령 집단에서 심혈관계 질환이나 허혈성심질환의 발생 가능성이 높았다.

한국생명공학연구원은 미세먼지가 들어간 장기 조직의 변화를 직접 관찰하는 연구를 진행했다. 미세먼지가 들어간 뒤부터 대장, 비장, 간 등에서 이상 징후가 드러나기 시작했으며 2주째부터는 장기 조직의 염증 반응이 나타났다.

연구 결과 미세먼지의 영향을 받은 장기 조직의 민감도는 일반 비교 대상보다 100배 이상 높았다. 미세먼지가 염증 반응을 증폭시켜 대장 및 여러 장기 조직 손상에 직접적인 영향을 준다는 사실을 밝혀낸 것이다.

어류를 대상으로 한 실험에선 미세먼지가 후각세포를 손상시킬 수 있는 위험 요인을 찾았다. 한국한의학연구원이 ‘제브라피시’를 사흘간 미세먼지에 노출시킨 뒤 관찰하자 염증 관련 유전자가 증가하고 신경세포는 감소한 것으로 나타났다.

과기부 관계자는 “미세먼지가 신체에 미치는 각종 요인을 찾아 분석이 끝나면 관계 부처와 협력해 맞춤형 치료 방안도 개발할 수 있을 것”이라고 말했다.