영국 맨체스터대학 국립그래핀연구소(National Graphene Institute, The University of Manchester) 설치류 반복 흡입독성 연구 결과, 그래핀옥사이드(Graphene Oxide, GO) 입자의 크기가 흡입독성에 중요한 영향을 미치는 것으로 확인됨.

생산비용이 저렴하고 우수한 물리적 특성을 보유한 그래핀옥사이드(GO)는 복합재, 분산액, 코팅제, 태양전지, 바이오센서 등 다양한 산업분야에 활용되고 있음. 그러나 그래핀옥사이드의 흡입 독성 관련 연구 부족으로 인하여 안전성 관련 우려가 높아짐. 

당 연구는 유럽연합 그래핀 플래그쉽(Graphene Flagship) 프로젝트의 일환으로, 그래핀옥사이드(GO) 입자 크기(마이크로미터[micrometre-sized, LGO], 나노미터 [nanometre-sized, USGO])별 Sheet를 대상으로 설치류 만성 흡입독성 연구가 수행됨.

2020년에 선행된 그래핀옥사이드 입자크기 별 설치류 단일노출시험에서는, LGO Sheet에 노출된 개체에서 최대 90일 동안 염증 지속이 확인되었으며, 이와는 대조적으로 USGO Sheet에 노출된 개체는 최대 28일 이전 완전히 회복되는 것으로 확인됨.

이번 연구에서 수행된 만성노출시험은 그래핀옥사이드 LGO 및USGO Sheet 을 이용, 유전독성을 평가하기 위해 수행되었으며, 실험 쥐를 대상으로 단일투여 최대 28일, 반복투여 최대 84일 동안 3~30 마이크로그램(㎍) 용량을 노출시켜 평가를 진행함. 이 실험에서 노출량 3 ㎍은 ‘일반적인 작업장 노출‘을 의미하며, 노출량 30 ㎍은 사고와 같은 최악 상황을 의미함.

선행 연구에서는 통상적 방법인 전체 폐 조직을 분석하였지만, 이번 연구에서는 면역염색기법(immunostaining)을 적용하여 DNA 손상여부를 확인함. 이는 나노물질이 전체 폐 조직 내 축적 영향치와 함께 과소평가될 수 있는 국소적인 영향도 확인해 보기 위하여 적용됨.

연구 결과, 마우스의 폐는 USGO Sheet에 노출 후 빠르게 회복되었지만, LGO Sheet 에서는 ‘장기 유전독성‘ 발현 가능성이 확인됨. 단일 고용량의 LGO sheet 투여군은 곧 회복되었으나, 반복 노출 투여군은 DNA 이중 구조에서 파손이 확인됨. 이에 대해 연구진은 염증 및 산화스트레스가 장기적인 DNA 손상을 유발한 것으로 분석함.

이번 연구 결과를 통해, 그래핀옥사이드 입자의 측면 외형치수의 중요성이 강조됨과 동시에, 향후 위해성 평가 및 상업적 활용을 위해 보다 안전한 그래핀옥사이드의 2 차원  설계 시 중요한 고려사항이 될 것이라고 밝힘.

연구의 궁극적인 목표는 작업장 노출한계에 관한 권고사항을 설정하는 것이나, 현재 노출데이터는 매우 부족한 실정임. 이에 관해 맨체스터 대학 규제 및 위험성 연구소(Institute for Risk and Regulatory Research)는 영국 안전보건청(Health and Safety Executive, HSE)과 함께 그래핀옥사이드에 대한 노출데이터를 수집 및 조사 중.

유럽연합의Graphene Flagship 연구 프로젝트는 지난 10년 간 그래핀의 안전성 및 위해성에 관한 데이터를 생산 및 관리해왔으며, 해당 프로젝트는 2023년에 종료될 예정임.

* Journal article

https://particleandfibretoxicology.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12989-022-00502-w

출처: Chemical Watch