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흡입한 나노 튜브의 독성 Inven.Discov.Tech.


흡입한 나노 튜브의 독성

흡입한 나노 튜브의 독성

탄소 나노튜브가 석면과 같은 효과를 가지고 있다는 새로운 연구 결과가 나왔다. 쥐를 대상으로 한 이번 실험에서 석면과 같이 흡입했을 때 튜브가 폐의 바깥쪽까지 다다를 수 있음이 처음으로 관찰되었다. 하지만, 연구자들은 연구 결과 해석을 조심스럽게 해야 된다고 말한다.

탄소 나노튜브는 석면처럼 가늘고 길어서 두 개의 쌓인 막인 늑막(pleura)을 가로막을 수 있는 가능성을 가지고 있다. 석면의 경우는 섬유가 이 지역 안에 머무를 수 있어, 폐 질환과 중피종(mesothelioma)의 원인이 될 수 있다.

연구 책임자인 James Bonner (North Carolina State University) 박사는 탄소 나노튜브가 석면과 같다고 말할 수는 없다며, 그 이유를 아직 잘 이해하지 못하기 때문이라고 말했다. “암을 유발한다는 증거가 없으며, 이번에 발견한 것은 종피종이 일어날 수 있는 자리까지 나노튜브가 들어갈 수 있음을 관찰한 것이라고 말한다. 하지만 연구팀은 그렇다고 해서 암이 일어날 것이라는 정보는 없다고 말한다.

작년, 나노튜브로 작업을 하는 사람들의 안정성에 대한 문제가 대두되었을 때, Nature Nanotechnology에서 출판된 한 논문은 쥐 배 부분에 나노 튜브를 주입했을 때 폐 조직에 위협을 줄 수 있다는 결론을 보고한 바 있다. Bonner 박사팀이 보고한 이번 연구는 실제 세계에서 나노튜브를 흡입했을 때 어떤 일이 일어나는지에 대한 통찰을 제공한다.

Inhaled carbon nanotubes reach the subpleural tissue in mice 늑막 아래 있는 면역 세포에 잡힌 탄소 나노튜브의 TEM 이미지

Bonner 연구팀이 실행한 실험은 14주 동안 이루어진 것으로, 흡입한 나노튜브가 종피종의 원인이 될 수 있는지 테스트 하기에는 긴 시간이 아니지만, 연구팀은 섬유증 형태의 손상이 있음을 확인했으며, 이것은 석면의 경우와 유사하다. 다중벽 탄소 나노튜브를 흡입한 쥐는 약 2주 후에 섬유증이 나타났고, 나노튜브는 늑막 바로 아래 지역의 면역 세포에 응집되었다. 하지만 탄소 블랙 나노입자를 흡입한 쥐의 경우는 섬유증이 발달되지 않았다.

다른 형태의 나노튜브의 차이를 구별하는 것이 중요하다는 내용의 논문을 쓴 Ken Donaldson(University of Edinburgh) 박사는 작은 것일수록 질병을 일으킬 수 있는 원인이 되고, 마찬가지로 길면 길수록 질병을 일으킬 수 있다고 말한다. 이번 연구를 바탕으로 다른 모든 나노튜브의 경우 유전적으로 심각한다고 말할 수 없다며, 나노 튜브가 길이가 다르고 조성이 다르며 오염물질이 다르기 때문이라고 말한다.

Bonner 박사도 독성은 나노튜브 성장에 이용되는 니켈 촉매와 관련이 있을 수 있다고 지적한다. 박사는 다른 촉매를 사용했을 때, 또는 다른 크기나 보다 적은 양을 요구하는 경우에서의 나노튜브의 효과를 비교하기 위한 추가 연구를 고려하고 있다.


참고문헌:

1. C A Poland et al, Nature Nanotechnology, 2008, 3, 423 (DOI: 10.1038/nnano.2008.111

2. J P Ryman-Rasmussen et al, Nature Nanotechnology, 2009, DOI: 10.1038/NNANO.2009.305





New evidence for toxic effects of inhaled nanotubes


25 October 2009

Further evidence for the asbestos-like effects of carbon nanotubes has emerged from a new study in mice. The study shows for the first time that the tubes reach the outer lining of the lung when inhaled - as asbestos does. But researchers say the results should be interpreted with caution.

Carbon nanotubes, like asbestos, have high aspect ratios; in other words, they are long and thin, meaning they have the potential to get stuck when trying to cross the two layered membrane - the pleura - separating the lung from the chest wall. In the case of asbestos, fibres can dwell in this area, causing lung disease and mesothelioma, a type of slow-growing cancer.

'We're not saying that carbon nanotubes are going to be like asbestos. We don't know yet,' says James Bonner of North Carolina State University in the US, who led the research. 'There's no evidence of cancer. The major finding is that we're saying that nanotubes get to the site where mesothelioma would occur, but we don't have the information to say that it does occur.'

Real world risks

Last year, concerns were raised for the safety of those working with nanotubes when a paper published in Nature Nanotechnology concluded that nanotubes could damage lung tissue if injected into the abdomen of mice.1 The study by Bonner and colleagues now provides an insight into potential effects of exposure in the 'real world' by examining what happens when the tubes are inhaled.2

Inhaled carbon nanotubes reach the subpleural tissue in mice

TEM image of carbon nanotubes caught in an immune cell below the pleura (image on right shows detail) © Nature Nanotechnology


The timescale (14 weeks) of Bonner's experiment was not long enough to test whether inhaled nanotubes cause mesothelioma, but the team did see damage in the form of fibrosis - scarring of the pleura - which is also seen with asbestos. Mice that inhaled multi-walled carbon nanotubes developed fibrosis after around two weeks, with the nanotubes accumulating in immune cells in the region just below the pleura. By comparison, mice inhaling carbon black nanoparticles, which do not have the crucial high aspect ratio, did not develop fibrosis.

Ken Donaldson of the University of Edinburgh, one of the authors of the 2008 paper, stresses the importance of distinguishing between different types of nanotubes. 'My guess would be that the smallest ones are the least likely to cause much in the way of disease and that the longest ones would be most likely to cause disease,' he says. 'We're not in any position to be able to say this study has generic significance for all other nanotubes, because they come in different lengths, compositions and contaminants.'

Bonner agrees, pointing out that the toxic effects could even be related to the nickel catalysts left over from nanotube growth - other manufacturing processes use different catalysts. He says further studies comparing the effects of nanotubes from different sources, of different sizes and at lower doses are required.

'This research contributes to the emerging evidence base on the inhalation toxicology of high aspect ratio nanoparticles,' says Steve Hankin, a toxicologist with SAFENANO at the Institute of Occupational Medicine. Crucially, he notes, the link between toxicology and the risk posed by any substance is exposure - without exposure, the risk can be substantially minimised or even eliminated.


Hayley Birch

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References

1. C A Poland et al, Nature Nanotechnology, 2008, 3, 423 (DOI:  10.1038/nnano.2008.111

2. J P Ryman-Rasmussen et al, Nature Nanotechnology, 2009, DOI: 10.1038/NNANO.2009.305



Source
: KISTI,
rsc.org


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