Bioaccumulation of microplastics in decedent human brains (2025)

https://doi.org/10.1038/s41591-024-03453-1

 

최근 환경 내 미세플라스틱(MNPs)과 나노플라스틱(NPs)의 증가가 인간의 건강에 미치는 영향을 우려하는 연구가 늘고 있다. 이번 연구는 사망자 조직 샘플을 이용해 미세플라스틱이 신체 주요 장기(간, 신장, 뇌)에 축적되는지를 분석하고, 특히 뇌 조직에서의 축적 패턴을 조사했다. 연구 결과, 뇌에서 가장 높은 농도의 미세플라스틱이 발견되었으며, 특히 치매 환자의 뇌에서는 일반 뇌 조직보다 더 많은 미세플라스틱이 검출되었다.

 

연구 방법 및 분석 기법

1. 실험 대상 및 샘플

• 샘플 수집

  • 2016년과 2024년 각각 사망자의 간, 신장, 뇌 조직(전두엽)을 채취
  • 동일한 해부학적 위치에서 샘플 채취
  • 추가적으로 1997년~2013년 동안 수집된 동부 지역(미국)의 뇌 조직 샘플과 치매 환자의 뇌 샘플(2019~2024년 수집) 포함

• 조직 분류

  • 정상 조직(간, 신장, 뇌)
  • 치매 환자 뇌 조직

2. 미세플라스틱 검출 방법

• 열분해 가스크로마토그래피 질량분석(Py-GC/MS)

  • 샘플을 500mg씩 채취 후 10% 수산화칼륨(KOH)로 소화하여 생체 조직 제거
  • 초고속 원심분리(100,000g, 4시간)를 통해 미세플라스틱이 포함된 잔여 펠릿(pellet) 분리
  • 분석 표준물질(폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리염화비닐(PVC) 등 12종의 플라스틱)과 비교하여 미세플라스틱의 종류 및 농도 분석

• 적외선 분광법(ATR-FTIR) 및 전자현미경(SEM-EDS)

  • 미세플라스틱의 구성 성분 및 분포를 확인
  • 전자현미경(SEM)과 에너지 분산형 분광법(EDS)으로 입자 크기, 모양 및 탄소 함량 분석
  • 투과전자현미경(TEM)으로 나노미터(nm) 수준의 입자 확인

 

연구 결과 및 분석

1. 장기별 미세플라스틱 축적 비교

• 뇌(전두엽)에서 미세플라스틱 농도가 가장 높음

  • 뇌 조직에서 검출된 미세플라스틱 농도는 간과 신장의 7~30배
  • 특히 2024년 샘플에서 더욱 높은 농도 확인

• 간과 신장에서도 미세플라스틱 검출됨

  • 2016년 대비 2024년 샘플에서 미세플라스틱 농도가 증가
  • 간과 신장의 미세플라스틱 농도는 중앙값 433μg/g (간), 404μg/g (신장)

2. 미세플라스틱의 주요 성분 및 비율

• 폴리에틸렌(PE)이 가장 높은 비율로 검출됨

  • 뇌에서 PE 비율 75% 이상
  • 간과 신장에서도 검출되었지만, 비율이 상대적으로 낮음
  • 기타 플라스틱 종류
    • 폴리프로필렌(PP)
    • 폴리염화비닐(PVC)
    • 스티렌-부타디엔 고무(SBR)

3. 시간 경과에 따른 미세플라스틱 증가

• 2016년 샘플 대비 2024년 샘플에서 미세플라스틱 농도가 약 50% 증가

• 이는 환경 내 미세플라스틱 증가와 밀접한 연관이 있을 가능성

4. 치매 환자의 뇌에서 미세플라스틱 축적 증가

• 치매 환자의 뇌에서 일반 뇌보다 미세플라스틱 농도가 훨씬 높음

  • 일반 뇌 조직: 중앙값 4917μg/g
  • 치매 환자 뇌 조직: 중앙값 26,076μg/g (일반 뇌의 약 5배)
• 미세플라스틱이 뇌혈관 벽과 면역세포 내에서 고농도로 검출됨
• 이는 신경염증 및 신경퇴행성 질환과의 연관 가능성을 시사

5. 미세플라스틱의 뇌 내 유입 경로

• 혈액-뇌 장벽(BBB)을 통과하는 나노플라스틱이 뇌에 축적될 가능성
• 장내 흡수 → 혈류를 통해 이동 → 뇌로 유입되는 과정 가능성 제기

6. 미세플라스틱과 신경퇴행성 질환(치매) 연관성

• 치매 환자의 뇌에서 미세플라스틱 농도가 유의미하게 증가

• 혈관벽과 면역세포에 미세플라스틱이 축적되면서 신경염증 반응 유발 가능성
• 그러나, 미세플라스틱이 치매를 직접 유발한다고 단정할 수 없음

 

 

인간 간, 신장, 뇌에서 미세플라스틱 농도 비교 및 변화 추이

(a) 간, 신장, 뇌에서의 미세플라스틱 농도 비교

• 뇌(Brain)에서의 미세플라스틱 농도가 간(Liver)과 신장(Kidney)보다 훨씬 높음

• 2024년 샘플이 2016년 샘플보다 전반적으로 더 높은 농도를 보임
• 이는 최근 몇 년간 환경 내 미세플라스틱 농도가 증가하면서 인체 축적량도 함께 증가했음을 시사

(b) 미세플라스틱 종류별 분포

• 뇌에서 폴리에틸렌(PE)의 비율이 가장 높음 (약 75%)
• 간과 신장에서도 PE가 검출되지만, 뇌에 비해 비율이 낮음
• 기타 플라스틱 성분으로는 폴리프로필렌(PP), 폴리염화비닐(PVC), 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 등이 포함됨
• PE가 뇌에 특히 많이 축적된 이유는 아직 명확하지 않지만, 뇌의 생리학적 특성이 특정 유형의 플라스틱을 더 쉽게 받아들일 가능성이 있음

(c) 시간 경과에 따른 폴리에틸렌(PE) 농도 변화

• 모든 장기에서 PE 농도가 2024년에 더 증가
• 특히 뇌에서의 증가율이 가장 높음
• 이는 최근 환경 내 미세플라스틱 증가로 인해 인체 장기에서도 지속적으로 축적되고 있음을 의미
• 특히 뇌에서 PE가 더 많이 축적되는 경향을 보이는 것은 뇌의 특정한 대사 혹은 보호 메커니즘(Blood-Brain Barrier, BBB)이 일부 미세플라스틱을 걸러내지 못하는 가능성을 암시할 수 있음

(d) 치매 환자와 정상 뇌 조직에서의 미세플라스틱 농도 비교

• 치매 환자의 뇌에서 미세플라스틱 농도가 정상 뇌보다 훨씬 높음
• 특히 PE와 기타 플라스틱 농도가 치매 환자 그룹에서 극단적으로 높게 검출됨
• 미세플라스틱이 신경염증을 촉진하거나 신경 퇴행과 연관될 가능성이 있음
• 다만 현재 연구는 상관관계를 보여줄 뿐, 미세플라스틱이 직접 치매를 유발한다는 인과관계를 증명한 것은 아님

 

연구 결론

이번 연구는 미세플라스틱이 혈액-뇌 장벽을 통과하여 뇌에 축적될 가능성이 크다는 점을 보여주었다. 특히 치매 환자의 뇌에서는 미세플라스틱이 면역세포와 혈관벽에서 높은 농도로 발견되어 신경염증과의 연관 가능성이 제기되었다. 연구진은 미세플라스틱이 신경퇴행성 질환을 직접 유발한다고 단정할 수는 없지만, 지속적인 노출이 신경 건강에 부정적인 영향을 줄 가능성이 크다고 분석했다. 환경 내 미세플라스틱 오염이 계속 증가하는 만큼, 인간 건강에 미치는 영향을 더욱 깊이 연구해야 할 필요가 있다.