나노소재(NM)는 이제 전자 기기, 식품, 화장품 및 의약품을 포함한 다양한 제품에서 발견될 수 있습니다.
NMs의 사용 증가와 전 세계 수요의 결과로, NMs의 생산, 처리, 운송, 응용, 폐기 및 후속 릴리스를 통해 NMs에 노출되는 개인들의 수가 증가함에 따라, 연구자들은 이러한 물질들이 인간, 동물 및 환경 건강에 어떤 영향을 미칠 수 있는지에 대해 더 깊이 이해하게 되었습니다.
미토콘드리아란 무엇일까요?
종종 세포의 "강국"이라고 불리는 미토콘드리아는 자신의 게놈도 포함하는 이중막 결합 기관입니다. 미토콘드리아의 외부막은 이온과 분자가 이 오르간으로 들어오고 나가는 선택적 통과를 담당하지만, 내막은 전자 전달체인(ETC)과 아데노신 삼인산(ATP) 합성이 아무런 간섭 없이 계속 진행되도록 하기 위해 매우 제한적인 투과성을 보입니다. 다른 분자로부터의 ce입니다.
핵에서 발견되는 것보다 훨씬 작은 반면, 미토콘드리아 게놈은 ATP의 생성에서 그것의 역할 외에도, ETC와 ATP 합성에 관련된 몇몇 단백질뿐만 아니라 rRNA와 tRNA를 인코딩하는 것을 담당하는 몇 개의 중요한 유전자를 가지고 있습니다. 미토콘드리아는 또한 이온 교환, 대사물 운반, 칼슘 신호 전달, 그리고 세포증의 시작을 포함한 몇몇 다른 생물학적 과정에서도 역할을 합니다.
미토콘드리아 독성이란 무엇입니까?
미토콘드리아를 특별히 목표로 하고 독성 효과를 발휘하는 것으로 알려진 초기의 화학물질로는 올리고마이신, 2,4-디니트로페놀, 펜타클 로페놀, 일산화탄소 등이 있습니다. 그 이후로, 미토콘드리아의 특정한 기능뿐만 아니라 이 고도로 복잡한 기관이 스트레스에 어떻게 반응하는지를 이해하기 위해 상당한 양의 연구가 수행되었습니다.
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연구원들은 단백질의 메틸화가 다른 미토콘드리아 과정에 어떻게 영향을 미치는지 연구합니다.
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사실, 대부분의 시험관내 독성 검사는 화학 발견 과정 초기에 수행되는 것이 종종 미토콘드리아 독성 효과의 가능한 분석, 특히 이 오르간 전위의 변화를 통한 분석으로 시작할 것이라고 말합니다.
수많은 미토콘드리아 독성학 연구에 가장 첨단의 초점을 맞춘 연구들 중 일부는 화학물질이 어떻게 반응성 산소 종(ROS)의 농도를 변화시킬 수 있는지 포함하는데, 대부분은 보통 미토콘드리아에서 생산됩니다.
세포 내의 미토콘드리아는 다른 기관들에 존재하는 유사한 방어 체계를 보이는 반면, 강한 스트레스에 노출되면 취약해질 수 있습니다. 따라서, 연구원들은 종종 어떻게 변화된 미토콘드리아 균질성이 특정 독성 끝점을 야기시킬 수 있는지를 이해하는 데 관심이 있습니다.
나노물질은 어떻게 미토콘드리아 독성을 유발합니까?
현재까지, 연구자들은 일부 NMs의 미토콘드리아 독성을 확인했는데, 이는 세포막 전위와 호흡 기능을 감소시키고 시토크롬 C의 방출을 촉진함으로써 이 유기체의 형태 변화를 유도하는 것으로 보통 보입니다. 이러한 영향 외에도, NM 유도 미토콘드리아 독성의 가장 주목할 만한 메커니즘 중 하나는 ROS의 생성 때문입니다.
NM 노출 후 ROS의 과잉생산은 미토콘드리아에 대한 직접적인 손상을 통해 발생할 수 있으며, 이로 인해 여러 가지 독성 효과가 발생하거나, 또는 ROS 생성으로 이어질 수 있는 미토콘드리아 호흡 사슬 복합체의 활동이 감소될 수 있습니다.
ROS는 세포 고분자에 광범위한 유해한 손상을 일으킬 수 있는 매우 반응성이 높은 화학 물질입니다. 높은 수준의 ROS와 관련된 내재적인 부작용 외에도, 이러한 방식으로 미토콘드리아 역학 관계를 변화시키는 NM의 능력은 궁극적으로 ATP 생산 수준의 변화와 낮은 미토콘드리아 막 전위(MMP) 수준으로 이어질 수 있습니다.
어떤 나노물질이 미토콘드리아 독성을 유발합니까?
여러 가지 다른 유형의 NM은 미토콘드리아에 독성 효과를 유도하는 능력에 대해 철저히 평가되었습니다. 전 세계 NM으로 만들어진 제품의 약 37%를 차지하는 산화금속 나노입자는 미토콘드리아에서 변화를 일으키는 능력으로 연구되었습니다.
예를 들어 산화티타늄(TiO2) 나노입자(NPs)는 여러 가지 다른 메커니즘을 통해 다양한 시험관내 모델에서 미토콘드리아 독성을 유도하는 것으로 발견되었으며, 그 중 일부는 MMP 감소, 미토콘드리아 막의 탈분극화, 세포핵 C 방출 증가, 미토콘드리아 팽창, 미토 파지 활성화 등을 포함합니다.
마찬가지로, 은 나노 입자(Ag-NP)는 MMP와 ATP 생산을 감소시킬 뿐만 아니라 여러 시험관내 모델에서 미토콘드리아 조각화를 촉진하는 것으로 나타났습니다.