나노금속산화물 (CuO, Al2O3, CuAl2O4)이 폐상피세포주(A549)에 미치는 세포유전독성 평가 : Genocytotoxicity of metal oxide nanoparticles(CuO, Al2O3, CuAl2O4) in A549 cells

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서울대학교 대학원
학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 보건학과(보건학전공), 2012. 2. 정해원.
최근 나노 기술의 발달로 나노물질의 응용범위가 급속히 확산되고 있다. 나노물질의 사용범위가 다양해질수록 나노물질의 인체 노출가능성은 높아지게 되므로 많은 나노물질의 독성 및 인체 유해성에 대해 많은 연구가 진행되고 있다. 나노산화구리나 나노산화알루미늄 또한 동물독성연구, 세포독성연구 등의 활발한 독성연구가 이루어 지고 있다. 하지만 근래에는 두 가지 이상의 나노크기의 산화금속물질들을 합성 재조합하여 만든 나노크기의 혼합산화금속물질이 많이 사용이 되고 있지만, 그 독성 연구에 대해서는 매우 부족한 실정이다. 나노혼합산화금속물질의 한 종류인 나노산화구리알루미늄은 나노산화구리와 나노산화알루미늄의 합성 재조합물질로서 반도체공정이나 투명전자분야에서 많이 사용되고 있지만, 독성연구는 전무한 상태이다. 따라서 본 연구는 나노산화구리알루미늄의 세포수준에서의 독성을 나노산화구리알루미늄을 구성하고 있는 나노산화구리와 나노산화알루미늄을 함께 세포수준에서 독성 평가를 하였다.

본 연구에서는 나노산화구리알루미늄의 세포수준에서의 독성을 그 구성물질인 나노산화구리, 나노산화알루미늄과 함께 평가하였다. 세포수준에서의 독성은 MTT assay와 Trypan blue assay를 통하여 세포생존률을 관찰하였고, Comet assay를 통하여 DNA 손상을 확인하였으며, Flow cytometry를 이용하여 활성산소종 발생수준을 확인하였다.

나노산화구리는 세포생존률이 급격히 감소하였고, 나노산화알루미늄의 세포독성은 미미한 것으로 나타났다. 나노산화구리알루미늄의 세포독성은 같은 농도에서 나노산화구리보다 작고 나노산화알루미늄 보다 크게 나타났다. 또한 DNA 손상과 활성산소종 발생수준에서도 비슷한 양상으로 나노산화구리는 DNA손상과 활성산소종의 발생이 급격히 증가하였고, 나노산화알루미늄의 DNA손상과 활성산소종 발생수준은 같은농도에서 나노산화구리 보다 낮았고, 나노산화알루미늄보다 높았다.

결론적으로, 나노산화구리, 나노산화알루미늄, 나노산화구리알루미늄은 DNA손상과 활성산소종을 유발함으로서 세포생존률을 감소시킴을 확인하였다.
Recently, growing nanotechnology industry leads to concerns about unknown health effects of nanoparticles in humans. Metal and metal oxide nanomaterials are used in skin care products, abrasives, and polishers. However, the toxicity of these nanoparticles is not fully understood. The purpose of this study is to assess the toxicity of three kinds of metal oxide nanoparticles (CuO, Al2O3, and CuAl2O4).

To evaluate cell death induced by the metal oxide nanoparticles, we performed MTT assay in the carcinomic human lung epithelial cell line (A549). We examined the genotoxic effects of the nanoparticles in A549 cells using alkaline single cell gel electrophoresis (Comet) assay. The level of reactive oxygen species (ROS) generation induced by the metal oxide nanoparticles in A549 cells was determined by flow cytometry using the fluorescent dye, 2', 7-dichlorofluorescin diacetate (DCF-DA).

Dose-dependent decrease in cell survival was observed after treatment of CuO, Al2O3 and CuAl2O4. Dose-response trend in the nanoparticles induced DNA damage could be seen in A549 cells treated with CuO, Al2O3, and CuAl2O4. The relative levels of intracellular ROS induced by nanoparticles treatment were significantly augmented. DCF fluorescence intensity in the 50㎍/㎖ of CuO, Al2O3, and CuAl2O4 treated cells was increased by 441, 176 and 235 %, respectively, as compared to the control group.

Taken together, CuO, Al2O3, and CuAl2O4 nanoparticles induced DNA damage and generation of intracellular ROS, eventually, triggering the cell death.
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