음이온 나노플라스틱 노출로 내피 누출 유발

Aug 13, 2023

Nature Communications 13권, 기사 번호: 4757(2022) 이 기사 인용

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전 세계 규모의 플라스틱 생산은 현대 사회를 발전시키는 데 중요한 역할을 해 왔으며, 매립지, 해양 및 그 사이의 모든 곳에 플라스틱이 축적되는 현상은 환경 지속 가능성, 기후 및 잠재적으로 인간 건강에 주요 스트레스 요인이 되었습니다. 인간과 자연의 기계적, 화학적 힘은 결국 플라스틱을 분해하거나 재활용할 수 있지만, 플라스틱, 특히 나노플라스틱의 생물학적 지문에 대한 우리의 이해는 여전히 부족합니다. 여기에서 우리는 공초점 형광 현미경, 신호 전달 경로, 분자 역학 시뮬레이션을 통해 밝혀진 바와 같이 나노플라스틱 형태의 음이온성 폴리스티렌 및 폴리(메틸 메타크릴레이트)과 관련된 현상에 대해 보고합니다. 이 현상은 이들의 도입으로 인해 용량 의존적으로 혈관 내피 카드헤린 접합이 중단되는 것으로 나타났습니다. , 동물 모델 시스템을 이용한 생체외 및 생체내 분석도 가능합니다. 종합적으로, 우리의 결과는 나노플라스틱에 의해 유발된 혈관계 투과성이 본질적으로 주로 생물리학적-생화학적이며 활성 산소종 생산, 자가포식 및 세포사멸과 같은 세포독성 사건과 상관관계가 없다는 것을 암시합니다. 이렇게 밝혀진 세포간 수송 경로는 나노플라스틱의 행동과 생물학적 효과를 조사하기 위한 광대한 길을 열었으며, 이는 지속 가능한 플라스틱 산업과 환경 개선을 향한 혁신을 이끄는 데 중요한 통찰력을 제공할 수 있습니다.

마이크로 및 나노 플라스틱은 산업 및 연구 분야에서 환경으로 배출되거나 의류, 샴푸, 플라스틱 티백과 같은 상품의 부산물로 배출되는 플라스틱의 물리적, 화학적, 생물학적 분해의 파생물입니다1. 지난 세기 동안 전 세계 플라스틱 생산량이 꾸준히 증가하여 2018년에만 3억 5900만 톤에 이르렀습니다2. 이러한 인공 물질3, 특히 마이크로 및 나노 플라스틱 형태의 생물학적 부작용을 이해하고 완화하는 것이 보호를 위해 중요해졌습니다. 현대적인 삶의 방식을 보존하면서 인간의 건강과 환경의 지속 가능성을 추구합니다.

공기, 물, 토양에 널리 퍼져 있기 때문에 흡입, 섭취, 피부 노출을 통해 동물과 인간의 장기에서 미량의 플라스틱이 발견되었습니다4,5. 부피당 표면적 및 독성 프로필에서 미세하고 보다 광범위하게 연구된 대응물과 달리, 나노플라스틱은 동물의 성장, 생식 및 신진대사를 손상시킬 수 있으며6,7,8,9 사이토카인 분비, 세포자살, 소포체 스트레스를 증가시켜 면역체계를 손상시킬 수 있습니다. 및 산화 스트레스10,11,12,13.

최근 주어진 크기 범위(즉, <100 nm)의 TiO2, SiO2, 금 및 나노 다이아몬드와 같은 음이온성 무기 나노입자가 혈관 내피 카드헤린(VE-cadherin) 접합을 파괴하여 일시적인 미크론을 생성할 수 있다고 보고되었습니다. 내피 단층14,15의 크기가 큰 물리적 개구부. 나노물질 유발 내피 누출(NanoEL)이라고 불리는 이 현상은 나노구조가 혈관 순환을 통해 약물을 전달하거나 조직 이상을 감지하도록 설계되는 나노의학뿐만 아니라 나노독성학에도 중요한 영향을 미칩니다. BBB) 때때로. 본 연구에서 우리는 나노물질에 의해 유발된 인간 제대 정맥 내피 세포(HUVEC)의 내피 누출 형태로 나노플라스틱 노출과 관련된 생물학적 현상에 대해 보고합니다. 이 발견은 (1) 나노플라스틱이 NanoEL16을 유발하는 것으로 알려지지 않은 고분자 물질이라는 점과 (2) 나노플라스틱의 밀도가 폴리스티렌의 경우 ~1.05g/m3, 폴리(메틸 메타크릴레이트)의 경우 ~1.18g/m3라는 점에서 놀랍습니다. (PMMA)는 NanoEL 능력이 있는 무기 나노입자에 대해 결정된 1.72g/m3의 임계값보다 상당히 낮습니다17. 구체적으로, 우리는 분자 역학 시뮬레이션을 사용하여 폴리스티렌 및 PMMA 나노플라스틱에 의한 VE-카데린 이량체 파열의 분자 메커니즘을 조사하고 토끼 및 돼지 정맥의 생체 외 및 나노 플라스틱에 노출된 생쥐의 생체 내 내피 누출을 추가로 문서화했습니다. 이 연구는 혈관계 투과성이 나노플라스틱의 세포주위 ​​수송을 위한 메커니즘으로 암시되어 생태권을 가득 채우는 플라스틱의 생물학적 행동과 운명을 이해하려는 우리의 탐구에 중요한 지식 공백을 채웠습니다.