| 초록 |
본 연구의 목표는 나노입자 등 나노재료의 환경에서의 물리화학적 변화를 고찰하고, 이러한 나노재료가 생명체에 도입되었을 때 유도되는 유전학적 메커니즘을 선충류의 예쁜꼬마선충 (Caenorhabditis elegans) 모델 동물을 통해 규명한다. 나노재료의 물리화학적 특성, C. elegans에서 나노재료에 의해 유발되는 유전학적 메커니즘, 미세유체채널(microfluidic channel), multi-well plate 등의 high-throughput screening (HTS)의 공학적 기술을 융합하여 탄소나노재료를 비롯한 나노재료를 효율적으로 검출할 수 있는 시스템을 개발한다. 탄소나노재료(플러렌 fullerene, 플러롤 fullerol), 은나노입자의 수용액에서 장기간 존재 시에 일어나는 물리화학적 특성을 dynamic light scattering (DLS), transmission electron microscope (TEM), scanning electron microscope (SEM), UV/Vis spectrophotometer 등의 기기를 이용하여 규명했다. 물에 분산된 플러렌은 100 나노미터 내외의 균일한 크기로 homogeneous하게 존재하나, 플러롤은 수십에서 200 나노미터 이하의 다양한 크기 그룹으로 heterogeneous하게 존재함을 확인했다. 단기간 (40시간) 물에 분산되어 있을 경우 크기 변화가 거의 없지만, 장기간 (1-3년) 수계 노출의 경우, 크기가 1-1000 나노미터로 더욱 다양해짐을 확인했다. 탄소나노재료의 유전적 조절 메커니즘 관련하여, DNA 손상 시 발현되는 hus-1 유전자, 세포사멸 기작의 상위에 분포하는 cep-1, egl-1 유전자가 나노재료가 C. elegans에 도입 시에, overexpression됨을 real-time PCR 방법을 통해 규명했으며, 이들 유전가가 결여된 돌연변이 종을 대상으로 나노재료를 도입했을 경우, 나노입자에 의한 독성이 현저히 줄어듦을 통해, 이 들 유전자가 핵심 조절인자임을 확인했다. 그동안 학계에서는 플러렌, 플러롤이 산화 스트레스를 유발하여 독성을 일으킨다는 보고가 많았으나, 본 연구를 통해 C. elegans의 ROS 수준을 모니터했을 때, 생체 내에서 플러렌과 플러롤은 오히려 항산화 기능을 가짐을 확인했다. 나노재료의 검출을 효율적으로 하는 시스템을 개발하고자, soft lithography 방법으로 미세유체채널 칩 제조를 위한 마스터를 제작하고, 이에 PDMS (polydimethyl siloxane) 고분자를 이용하여 그 안에 C. elegans가 incubation, immobilization 될 수 있는 C. elegans-on-a-chip을 개발했다. C. elegans-on-a-chip을 통해 나노입자가 유입되고 이에 노출된 동물의 성장이 저해되어 길이가 감소됨을 채널상에서 구별이 가능하며, 너비가 감소하여 wedge-shape 채널에서 더 먼 거리를 갈 수 있는 거동 능력을 통해 식별이 가능하고, 나노재료에 특이적으로 반응하는 유전자 mtl-2에 GFP (green fluorescence protein) 유전자를 붙여 나노재료 노출에 의해 형광이 발현되어 검출이 가능한 시스템을 구현했다. (출처:요약문 4p) |
