대기 미립자 물질(PM)은 수백 종의 무기물과 유기물을 포함하는 위험한 입자의 복잡한 혼합물이다. 특히 카본블랙(CB), 벤조[a]피렌(BaP) 등 유기성분은 다양한 유전독성과 발암효과를 나타내는 것으로 알려져 있다. 게다가, PM이 몸으로 들어오는 것은 호흡기 및 심혈관 질환과 같은 여러 건강상의 위험을 초래할 수 있다. 이전의 연구에서, CB 와 다환 방향족 탄화수소(PAHs)의 독성에 대한 잘 연구되었지만, 복합적인 독성에 대한 이해는 부족하다. 따라서 이러한 한계를 극복하기 위해서는 PM의 물리적, 화학적 특성이 결합될 때 발생하는 생물학적 반응을 설명할 필요가 있다.
본 연구에서는 CB와 BaP 로 구성된 PM의 물리화학적 특성이 인간 폐세포의 염증반응에 미치는 영향을 조사하였다. PM은 다양한 크기의 CB에 BaP를 흡착하여 준비했다. 제조된 PM의 생물학적 유해성을 평가하기 위해 세포 생존 가능성, 산화 스트레스 수준 및 염증성 사이토카인을 분석하였다. 그 결과 BaP의 유무에 관계없이 모든 PM(PM0.1, PM2.5, PM10)에 노출되었을 때 세포 생존성이 저하되었다. 흥미롭게도, CB에 대한 BaP 흡착으로 인한 PM 크기의 증가는 인간 폐세포(A549 상피세포)에 대한 독성 효과가 불충분한 것으로 나타났다. 우리는 더 작은 CB가 더 큰 표면적 때문에 더 많은 유해 물질을 전달할 수 있는 활성 산소 종(ROS) 형성을 초래하면서 세포 생존성을 감소시킨다는 것을 발견했다. 또한, 작은 CB 는 A549 상피세포에서 염증성 사이토카인의 발현을 유도하는 데 우세했다. 이러한 결과는 BaP의 존재와 비교하여 CB의 크기가 폐 세포의 염증에 즉시 영향을 미치는 핵심 요소임을 나타낸다.
따라서, 이 연구는 PM의 다양한 물리화학적 특성의 생물학적 영향에 대한 향후 작업을 위한 기본 지표를 제공하며 PM의 독성 전차 경로를 식별하여 대기 오염의 가장 유해한 요소를 줄이는 새로운 전략으로 이어질 것이다.