Evaluation of toxicity of iron oxide magnetic nanoparticles in a kidney tubule-on-a-chip

Abstract

피속의 대사산물과 미네랄을 여과하여 물과 함께 체외로 배출하고 체액의 균형을 유지해 주는 주요기관인 신장은, 높은 혈액공급과 독성물질의 농축의 특성으로 인하여 생체 이물에 특히 민감한 것으로 알려져 왔다. 그럼에도 불구하고 나노입자가 신장에 미치는 영향에 관한 연구는 폐나 간과 같은 다른 장기들에미치는 영향에 비하여 연구가 거의 이루어지지 않았다. 본 연구진은 최근체내의 신장의 세뇨관을 체외에서 재구성한 신장세뇨관칩을 개발한바 있다. 이렇게 만들어진 신장세뇨관칩은 세포 골격 재배열과 같은 장기수준의 생리적 기능을 재현했을 뿐 아니라, 잘 알려진 약품의 인체 적용 시 미치는 영향을 효과적으로 예상함으로써 동물실험을 대체할 수 있는 툴(tool)로써 인정받아 왔다. 본 연구에서는 이러한 신장세뇨관칩을 이용하여 기존에 활발히 사용 중인 가돌리늄나노입자 기반의 MRI조형제를 대체할 새로운 MRI조형제로 각광받고 있는 다양한크기(3nm, 11nm, 30nm)의 산화철나노입자가 신장에 미치는 영향과 산화철나노입자로 인한 나노독성을 알아보았다.나노입자의 크기와 농도에 따라 신장세포에 끼치는 독성의 정도를 알아보는 실험에서, 입자의 크기가 작을수록, 농도가 짙을수록 신장세포가 분비하는 ROS의 양이 증가하고, 생존율이 현저하게 감소함을 확인하였다.

Progress of nanotechnology holds great promise for a broad range of applications and has grown as an area of vigorous study in the applied science. Keepingpace with the rapidly developing technology, researchers have strived on merging such technology into medical application to develop less invasive but more effective medical devices. A powerful diagnostic tool, Magnetic Resonance Imaging (MRI), has been vividly practiced to examine anatomical details and functional information in noninvasive and real time monitoring manner.Iron oxide magnetic nanoparticle (IOMNP) caught a special attention in biomedicine as a great alternative of currently usedGd+-based MRI contrast agent due to its long term imaging advantage and size dependent property change.However, safety issue of IOMNP use as a MRI contrast agent is still controversial. In this paper, we attempt toexamine nephrotoxicity of IOMNP using our engineered kidney tubule-on-a-chip that not only successfully reconstitute organ level physiological functions such as cytoskeleton rearrangement, increase tight junction formation, and cellular conformational rearrangement but also effectively predict of physiological responses with known pharmaceutical agent, at clinical relevant doses, in vitro.