셀룰로오스 나노결정(cellulose nanocrystal)이 인간 건강에 유해한가? 그 답은 노출 경로(exposure route)에 좌우될 것이라고 미국 버지니아 공과대학(Virginia Tech scientist) 소속의 연구진이 수행한 문헌 검토 연구는 밝혔다. 동 연구는 그러나 이러한 주제와 관련된 연구가 거의 없으며, 많은 의문이 남아 있다고 밝혔다.
Industrial Biotechnology 저널에 발표된 논문에서 천연자원 및 환경학부에서 지속 가능한 생물재료 분야 조교수인 Maren Roman은 셀룰로오스 나노결정이 흡입하거나 체내 특정 세포에 도달할 때 독성을 유발하는지 여부를 조사한 다수의 연구가 일관된 결과를 제시하지 못하고 있다고 지적했다.
셀룰로오스 나노결정은 다양한 범위의 가능한 응용에 대하여 관심을 끌고 있는 바이오 기반의 나노재료이다. 새로운 연구는 셀룰로오스 나노결정에 대한 폐, 구강, 피부 및 세포 독성(cytotoxicity) 등에 대한 현재의 문헌을 검토했다. 셀룰로오스 나노결정의 구강과 피부 독성에 대한 현재의 연구들은 건강 부작용 효과(adverse health effects)가 없는 한편, 폐와 세포 독성에 관한 연구들은 다른 결과를 도출했다는 것을 보여 주었다고 동 연구는 밝혔다.
셀룰로오스 나노결정은 목재 펄프(wood pulp) 등과 같은 재생 가능한 재료로부터 생성된다. 생체에 적합하고, 생물 분해가 가능하며 저비용의 고부가 가치의 재료는 알약의 형태로 약품을 전달하거나 주사로 사용 및 농조화제(thickening agent) 등과 같은 고성능 복합재료와 광학 필름(optical films)에서 사용하기 위하여 연구되고 있다. 그러나 재료가 상용화되기 전, 재료에 대한 환경 영향과 인간 건강을 결정할 필요가 있다.
Roman은 버지니아 공과대학 산하 거대 분자 및 계면 연구소(Macromolecules and Interfaces Institute)와 협력하여, 호흡기계, 위장관계, 피부 및 세포에 대한 셀룰로오스 나노결정의 효과를 다룬 출판된 연구들을 검토했다.
호흡기계에서, 신체는 입으로 입자(particles)를 이동시킴으로써 목과 코 부분으로부터 입자를 제거할 수 있다. 입자는 입자의 크기(size)와 표면 전하(surface charge)에 따라 흡입과 분해 또는 위로 이동하여 폐로부터 제거될 수 있다.
초기 연구들은 조직 손상과 염증이 캐리어 액체(carrier liquid)에서 건조한 분말 대 현탁액(suspension) 등과 같은 시료의 형태와 용량에 의존한다는 것을 발견했다. 이후 동물 연구는 흡입된 입자로부터 질병 효과가 없다는 것을 보여 주었지만, Roman은 입자의 크기, 형태 및 표면 전하가 규명되지 않았다고 지적했다.
입, 식도, 위 및 장 등과 같은 위장관계에 대한 나노입자의 효과에 관한 대부분의 연구는 입자가 통과되어 제거된다는 것을 보여 주었다고 Roman은 보고했다. 그러나 일부 연구들은 나노입자와 마이크로입자가 장의 보호막을 침투하여 혈류에 도달할 수 있다는 것을 증명했다.
Roman은 크기, 정전기적 특성(electrostatic properties), 분자 구조 및 pH 등과 같은 셀룰로오스 나노결정 특성이 셀룰로오스 나노결정을 침투할 수 있도록 만드는 것처럼 보이지는 않지만 특별히 셀룰로오스 나노결정의 구강 독성과 관련된 연구는 2종류밖에 없다는 점을 지적했다.
나노입자 피부 노출에 대한 대부분의 연구는 피부의 외부 층을 통하여 나노입자의 의도하지 않은 침투가 이루어질 수 없다고 보고했다. 피부 노출에 관련된 셀룰로오스 나노결정 독성(cellulose nanocrystal toxicity)과 관련하여 발표된 3개의 연구는 셀룰로오스 나노결정이 특정의 피부 감작(skin sensitization)이 피부 조직 손상을 유발하지 않는다는 것을 보여주었다.
나노입자가 뇌와 같은 세포에 어떻게 도달할 것인가? 대부분의 연구는 셀룰로오스 나노결정이 용량에 따라 세포에 독성을 유발하지 않는다는 것을 보여 주었다. 가장 심각한 영향은 무지개 송어(rainbow trout)에서 간세포의 생존 능력(viability)의 20% 소실을 기록한 것이다.
또 연구들은 뇌, 목 및 눈 등과 같은 인간 세포와 다른 동물의 세포를 조사했다. 도출된 결과가 일치하는 않는다는 사실은 연구에 사용된 모든 다른 세포계( cell lines), 셀룰로오스 공급원, 침투 공정 및 공정 후 또는 시료 준비 방법 등을 고려하면 놀라운 것은 아니라고 Roman은 밝혔다.
따라서 셀룰로오스 나노결정에 대한 피부 접촉 또는 흡입은 비독성이며, 셀룰로오스 나노결정이 흡입에 대한 건강 부작용 효과를 가지는지 또는 세포 수준에서 산화 스트레스 반응이 있는지 여부를 결정하기 위하여 일반적인 결론을 지지할 수 있는 부가적인 연구가 필요하다고 동 연구는 지적했다.
그녀는 공정 이전으로부터 셀룰로오스 나노결정이 존재할 수 있는 화학물질을 간과한 수많은 연구를 비판했다. 이러한 검토는 다양한 노출 경로에 의해 셀룰로오스 나노결정의 가능한 건강 부작용 효과를 세부적으로 이해하기 위하여 독소(endotoxin) 또는 독성 화학물질 불순물의 존재와 같은 간섭 요인의 배제와 주의 깊은 시료 특성의 중요성을 강조했다. 주의 깊은 입자 특성과 간섭 요인(interfering factor)에 대한 차단이 셀룰로오스 나노결정의 가능한 건강 부작용 효과의 세부적인 이해를 개발할 수 있을 것이라고 Roman은 결론지었다.
