미세플라스틱이 혈관을 막아 뇌기능을 저하시킬 수 있다

Microplastics in the bloodstream can induce cerebral thrombosis by causing cell obstruction and lead to neurobehavioral abnormalities (2025)

https://doi.org/10.1126/sciadv.adr8243

 

최근 연구에서는 미세플라스틱(Microplastics, MPs)이 혈류에 침투하여 뇌혈전증(cerebral thrombosis)을 유발하고, 이로 인해 신경 행동 이상을 초래할 가능성이 있다는 사실이 밝혀졌다. 미세플라스틱이 체내에 축적될 경우 단순한 독성 반응을 넘어, 혈액 내 면역세포와 결합하여 혈관을 물리적으로 막는 기전이 작용한다는 점이 연구를 통해 밝혀졌다. 연구진은 실시간 고해상도 이미징 기술을 활용하여 살아있는 생쥐 모델에서 미세플라스틱의 이동을 추적하고, 미세플라스틱이 혈관 내 세포들과 상호작용하여 뇌혈관 폐색과 혈류 감소를 유발하는 과정을 관찰했다.

 

연구 방법

1. 실험 모델 및 샘플링

• 실험 동물

  • 8주령의 수컷 C57BL/6J 생쥐 사용

• 미세플라스틱 처리

  • 형광 라벨이 부착된 5μm 크기의 미세플라스틱을 생쥐에게 경구 투여 또는 정맥 주사로 투입
  • 미세플라스틱의 크기별 영향을 비교하기 위해 2μm 및 0.08μm 크기의 입자도 사용
  • 농도별 실험을 위해 50μg/mL, 25μg/mL, 5μg/mL의 미세플라스틱을 주입하여 혈관 폐색 여부 평가

2. 미세플라스틱의 혈류 내 이동 분석

• 고해상도 이중광자 현미경(Miniature Two-Photon Microscopy, mTPM) 활용

  • 살아있는 생쥐의 뇌혈관을 실시간으로 관찰하여 미세플라스틱의 이동 경로 및 혈관 내 위치 분석
  • 미세플라스틱이 특정 혈관 부위에서 정체되는지 여부 평가

• 레이저 스펙클 대조 이미징(Laser Speckle Contrast Imaging, LSCI) 활용

  • 미세플라스틱이 혈관을 차단할 경우 혈류 속도가 감소하는지를 측정

3. 면역세포와 미세플라스틱의 상호작용 분석

• 면역세포 분리 및 분석
  • 생쥐의 혈액을 채취한 후 적혈구를 제거하고 백혈구 분리
  • 형광 활성 세포 분리(Fluorescence-Activated Cell Sorting, FACS) 기술을 활용하여 미세플라스틱을 포함한 세포(MPL-세포) 확인
  • MPL-세포의 종류 분석(호중구, 대식세포 등)

4. 미세플라스틱에 의한 신경 행동 변화 평가

• 행동 실험 수행
  1. 오픈 필드(Open Field) 테스트
     • 생쥐의 이동 거리, 속도, 활동성을 평가하여 불안 및 운동능력 저하 여부 확인
  2. Y-미로(Y-maze) 테스트
     • 공간 기억력 및 인지 기능 평가
  3. 회전봉(Rotarod) 테스트
     • 균형 감각 및 운동 조절 능력 분석
  4. 매달리기(Rod-hanging) 테스트
     • 근력 및 지구력 평가

 

연구 결과

1. 미세플라스틱이 혈류에 진입 후 이동 및 정체 과정

• 미세플라스틱은 혈류를 따라 빠르게 이동하였으며, 일부 입자는 혈관의 좁은 부위에서 정체됨

• 좁은 혈관에서는 미세플라스틱이 단독으로 존재하는 것이 아니라 면역세포에 의해 포식된 형태로 발견됨
• 형광 라벨링을 통해 미세플라스틱을 포함한 면역세포(MPL-세포)가 혈관 내에 축적되는 과정 확인

2. MPL-세포의 혈관 폐색 유발

• MPL-세포는 주로 호중구 및 대식세포로 구성됨

• MPL-세포는 일반 면역세포보다 크기가 커졌으며, 혈관벽에 부착될 가능성이 증가됨
• 혈관 분기점에서 MPL-세포가 정체되며 혈류 차단 현상 발생

3. 미세플라스틱의 크기 및 농도에 따른 혈관 폐색 영향

• 미세플라스틱 크기별 결과

  • 5μm 미세플라스틱: 가장 높은 혈관 폐색 발생률을 보였음
  • 2μm 미세플라스틱: 혈관 폐색 빈도가 절반 이하로 감소
  • 0.08μm 미세플라스틱: 혈관에서 빠르게 제거되었으며, 폐색 현상이 거의 발생하지 않음

• 미세플라스틱 농도별 결과

  • 50μg/mL 농도에서 가장 높은 혈관 폐색 빈도를 보였음
  • 5μg/mL 이하에서는 혈관 폐색 현상이 감소했지만 완전히 사라지지는 않음

4. 뇌혈류 감소 및 신경 행동 변화

• 레이저 스펙클 이미징 결과

  • 미세플라스틱 투여 후 혈류량이 유의미하게 감소
  • 작은 혈관일수록 혈류 감소가 더 뚜렷하게 나타남

• 신경 행동 변화 실험 결과

  • 오픈 필드 테스트: 미세플라스틱을 투여한 생쥐는 이동 거리 및 속도가 감소
  • Y-미로 테스트: 미세플라스틱을 투여한 생쥐는 기억력 저하 경향을 보임
  • 회전봉 테스트: 균형 유지 능력 감소
  • 매달리기 테스트: 근력 및 지구력이 감소

• 미세플라스틱에 의해 뇌혈류가 감소하면 신경 기능 저하가 발생할 가능성이 높음

 

 

미세플라스틱에 의해 혈관이 막히고 뇌 혈류가 감소하는 과정

(A) 뇌 혈류를 측정한 레이저 스펙클 대조 이미징(LSCI) 결과

• 미세플라스틱을 주입한 후 혈류량의 변화를 시각적으로 보여줌

• 이미지의 색상이 밝을수록 혈류량이 많고, 어두울수록 혈류량이 적음을 의미함
• 시간이 지남에 따라 혈류량이 감소하는 것을 확인할 수 있음

(B) 혈류량 변화에 대한 정량적 분석

• 미세플라스틱을 주입한 후 혈류량이 얼마나 감소하는지를 측정하여 그래프로 나타냄

• 10분 후부터 혈류량이 줄어들기 시작하며, 30분 후에는 가장 큰 감소를 보임

(C~E) 혈류량 감소 정도에 따른 혈관 그룹 분석

• 혈류량이 높은 혈관(500 PU 이상)은 미세플라스틱의 영향을 적게 받음

• 혈류량이 중간(400–500 PU) 또는 낮은(400 PU 미만) 혈관에서는 혈류 감소가 현저하게 나타남
• 즉, 작은 혈관일수록 미세플라스틱으로 인한 혈관 폐색의 영향이 크다는 점을 시사함

핵심 분석

1. 미세플라스틱이 혈관을 물리적으로 차단하여 혈류 감소를 유발함

   • 혈관 내 미세플라스틱을 포함한 면역세포(MPL-세포)가 쌓이며, 작은 혈관에서 먼저 혈전처럼 작용하여 혈액 순환을 방해함
   • 특히 뇌 모세혈관에서 폐색이 심하게 발생하며, 이는 신경 세포로 가는 산소와 영양 공급을 제한할 가능성이 있음

2. 혈류 감소가 뇌기능 저하로 이어질 가능성이 높음

   • 연구에서 신경 행동 변화(이동 능력 감소, 기억력 저하 등)가 관찰되었으며, 이는 뇌혈류 감소와 직접적인 연관이 있을 수 있음
   • 장기간 혈류 저하가 지속될 경우, 뇌졸중이나 신경퇴행성 질환으로 발전할 위험이 있음

3. 작은 혈관일수록 미세플라스틱의 영향이 큼

   • 비교적 큰 혈관에서는 혈류량이 크게 감소하지 않음
   • 하지만 작은 혈관에서는 혈류가 눈에 띄게 줄어들어, 혈관 폐색이 뚜렷하게 발생함
   • 이는 모세혈관이 많은 뇌와 같은 기관에서 미세플라스틱이 더 큰 영향을 미칠 가능성이 있다는 점을 의미함

 

연구 결론

이번 연구를 통해 미세플라스틱이 단순한 환경오염 문제가 아니라, 혈관을 막고 신경계에 영향을 미칠 가능성이 있다는 점이 확인되었다. 미세플라스틱이 혈류를 따라 이동한 후, 면역세포에 의해 포식되면서 혈관을 물리적으로 차단하고 뇌혈류를 감소시키는 과정이 관찰되었다. 특히, 작은 혈관일수록 폐색이 심하게 나타났으며, 이로 인해 신경 행동 이상과 기억력 저하 등의 증상이 유발될 가능성이 높아졌다. 이러한 결과는 미세플라스틱이 혈관 건강과 신경 질환에 미치는 영향을 고려해야 하며, 미세플라스틱 노출을 줄이기 위한 환경 규제와 건강 연구가 시급하다는 점을 강조한다.