최근 플라스틱의 인체 유해성에 대한 우려가 커지면서 관련 연구가 활발해지고 있다. 

이런 가운데 나노플라스틱이 미세플라스틱보다 파킨슨병과 유사한 뇌 손상 및 신경 염증을 현저히 더 유발한다는 사실이 처음으로 밝혀졌다.

한국원자력의학원(원장 이진경) 김진수 박사 연구팀은 앞서 나노플라스틱이 미세플라스틱보다 뇌에 더 쉽게 축적된다는 사실을 규명했다.

이어, 이번 연구는 이러한 선행 결과를 바탕으로 나노플라스틱이 파킨슨병 발병과 어떤 연관성을 가지는지 규명하기 위해 수행됐다.

먼저, 연구팀은 합성 플라스틱의 일종인 폴리스틸렌을 직경 0.25마이크로미터(µm) 미세플라스틱과 이보다 12.5배 작은 20나노미터(nm) 나노플라스틱 형태로 준비하고, 방사성동위원소 구리-64를 표지하여 실험쥐 기도에 투여한 뒤, 양전자방출단층촬영(PET)을 통해 뇌 속 플라스틱의 축적 위치와 양을 비교 분석했다.

분석 결과, 파킨슨병과 관련된 뇌 영역인 선조체(대뇌 안쪽에 위치하며, 흑질로부터 도파민 신호를 받아 몸의 움직임을 조절함. 도파민 신경세포 감소 시 운동 능력이 저하됨)와 흑질(뇌간 안쪽, 선조체 바로 아래에 위치하며, 도파민 신경세포가 모여 선조체로 신호를 전달함. 흑질의 도파민 세포가 손상되면 선조체로 신호가 제대로 전달되지 않아 움직임이 느려지고 근력이 약해짐)에서 나노플라스틱이 미세플라스틱보다 2~3배 더 많이 축적되는 것으로 나타났다. 

(사진 : 미세플라스틱과 나노플라스틱의 뇌 축적량 비교)

(좌측부터 : 조이시 산무게아·정혜주 연수연구원, 김진수 박사)

이어 미세플라스틱과 나노플라스틱을 각각 하루 20마이크로그램(µg)씩 16주간 에어로졸 형태로 실험 쥐에게 흡입시키며 운동·행동 변화, 염증 발생 및 유전자 변화를 비교 분석했다. 

▲운동 

나노플라스틱 노출 쥐는 미세플라스틱 노출군에 비해 로타로드 회전봉 검사에서 체류 시간과 악력이 1.6배(약 40%) 감소했으며, 트레드밀 검사에서는 피로 도달 시간이 1.4배 단축되어 파킨슨병과 유사한 운동 장애를 보였다. 

▲행동 

탐색 행동 감소와 함께 불안 증상이 2배 증가했으며, 우울증 경향이 1.5배 증가하는 등 비운동 증상도 나타났다.

▲염증 

뇌 조직 분석 결과, 나노플라스틱은 도파민 신경세포 손상을 1.4배, 파킨슨병의 핵심 단백질인 인산화 알파시누클레인(뇌 신경세포안에 존재하는 단백질로 파킨슨병 환자의 뇌에서는 인산화 형태로 뭉쳐서 신경세포 안에 축적됨. 이렇게 뭉친 단백질이 신경세포를 손상시키고, 도파민 신경세포 사멸로 이어짐) 축적을 1.9배 높였다. 

이와 함께 별세포와 미세아교세포(별세포는 신경세포에 영양을 공급하고, 미세아교세포는 뇌 속 병원체나 손상된 세포를 제거하고 염증 반응을 조절함. 이들 세포가 지나치게 활성화되면 염증성 사이토카인이 과도하게 분비되어 신경세포를 손상시키고 뇌 기능을 떨어뜨림)활성 및 염증성 사이토카인이 1.8~3배 상승하여 뇌 염증을 악화시키는 것으로 확인됐다. 

▲유전자 

RNA 시퀀싱[세포 내 존재하는 모든 RNA(전사체)를 해독하여 어떤 유전자가 얼마나 활발하게 활동하는지(유전자 발현) 파악하는 최첨단 방법] 분석 결과, 선조체와 흑질에서 Kcnn4, Tlr7 유전자의 증가와 Neurod1, Cartpt 유전자(파킨슨병과 연관된 유전자들로, 도파민 신경 기능, 면역반응, 염증 조절, 신경 보호 등 다양한 생물학적 경로에 관여함)의 감소 등 파킨슨병 환자와 유사한 유전자 변화가 확인됐다.

이번 연구로 연구팀은 나노플라스틱이 미세플라스틱보다 뇌 침투력이 높고, 도파민 신경 및 뇌 염증을 악화시켜 파킨슨병 위험을 높일 수 있다는 것을 세계 최초로 입증했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 기관고유사업으로 진행한 ‘방사성동위원소 생산시설 운영 및 응용연구’와 한국연구재단 우수연구·중견연구사업(유형1)으로 진행한 ‘미세플라스틱 흡입과 폐암 발생 가능성: 입자 크기와의 상관성 연구’의 일환으로 수행됐다.

이번 연구성과는 국제 학술지 ‘유해물질 연구저널(Journal of Hazardous Materials Advances)’ 2025년 11월 13일자 온라인판에 ‘Nanoplastics Cause an Increased Risk of Parkinson’s Disease Compared to Microplastics at Environmental Exposure Levels‘라는 내용으로 게재됐다. 

김진수 박사는 “현재 미세먼지에 대해서는 국제적으로 엄격한 기준이 있지만, 미세·나노플라스틱은 관리 체계가 없는 실정”이라며, “향후 다양한 플라스틱 입자 조합, 실제 환경 시료, 인체 역학 연구로 연구 범위를 확대하고, 공기 중 미세·나노플라스틱 관리 기준 마련에 과학적 근거를 제공할 것”이라고 밝혔다.

[메디컬월드뉴스 김영신 기자]

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