초록 ▼

연구의 목적 및 내용
자외선 차단제 (sunscreen)가 피부 광노화 억제에 효과적인 것은 확실하지만 여기에 함유된 타이타늄 나노물질이 정말로 안전한지는 in vitro나 동물모델로는 위험성을 명학하게 검증하는데 한계가 있다. 뿐만 아니라, 날이 갈수록 증가하는 UV 광선의 조사량 및 세기에 따른 자외선 차단제 사용의 증가를 고려하였을 때, 나노 타이타늄 성분에 의한 인체피부 유해성 평가가 시급한 실정이다. 이에 본 연구진은 human keratinocyte인 HaCaT cell line과 human dermal fibrob

연구의 목적 및 내용
자외선 차단제 (sunscreen)가 피부 광노화 억제에 효과적인 것은 확실하지만 여기에 함유된 타이타늄 나노물질이 정말로 안전한지는 in vitro나 동물모델로는 위험성을 명학하게 검증하는데 한계가 있다. 뿐만 아니라, 날이 갈수록 증가하는 UV 광선의 조사량 및 세기에 따른 자외선 차단제 사용의 증가를 고려하였을 때, 나노 타이타늄 성분에 의한 인체피부 유해성 평가가 시급한 실정이다. 이에 본 연구진은 human keratinocyte인 HaCaT cell line과 human dermal fibroblast를 이용하여 인체와 유사한 세포 시스템인 in vivo mimic 3D skin culture system을 구축하고 이를 이용해 UV 또는 나노 타이타늄의 동시노출 시 DNA damage 및 DNA repair 활성에 미치는 유해성을 비교 평가하여 유해 기전을 확립하여 향후, 나노 타이타늄의 인체 유해성 평가에 있어 유용하게 쓰일 수 있는 독성 자료를 제공하고자 한다.
연구결과
본 연구에서는 나노 타이타늄의 응집을 막고자 sodium polyacrylate (PAA) 분산제를 이용하였으며, human keratinocyte (HaCaT) cell을 이용한 2D 및 3D culture system에서 나노 타이타늄의 세포독성 및 유전독성을 평가하였다. 우선, 2D system에서 MTT assay를 통하여 nTiO2/PAA 처리가 nTiO2만 처리되었을 경우보다 세포 생존능력에 있어 더 큰 민감성을 보이는 것을 확인하였다. 또한 nTiO2/PAA 처리는 농도 의존적으로 ROS level을 증가시켰으며, comet assay 및 gamma-H2AX immunofluorescence 시험법으로 DNA damage를 유도하였다. 뿐만 아니라, nTiO2/PAA 노출에 의해 UVB로 유도된 6-4 pps의 유전자 수복 능력이 감소하였으며, 산화적 스트레스 지표인 8-oxoG의 형성은 증가하였다. Histochemistry를 통해 성공적인 구축이 확인된 in vivo mimic 3D skin culture system에서, nTiO2/PAA 및 UVB 동시 노출 시 각각의 처리에 의한 경우에서 보다 6-4 pps의 level이 눈에 띄게 증가함을 DNA slot blot을 통해 확인하였으며, 항종양인자 p53의 단백질 수준 또한 nTiO2/PAA 처리에 의해 증가하였다. 게다가 DNA repair mechanism에서 매우 중요한 효소인 XPG의 활성이 nTiO2/PAA 노출에 의해 확연하게 감소한 것을 확인할 수 있었다.
연구결과의 활용계획
나노 타이타늄 (nTiO2)의 DNA repair 관련 피부 광손상 기전 확립 및 통합적 유해 분자 타겟 발굴을 통해 화장품 내 나노 타이타늄의 인체 피부 안정성 및 유해성 평가를 위한 기초 자료 및 구체적인 데이터베이스를 제공 할 수 있을 것으로 사료되며, 향후 화장품내 나노 성분의 유해성 평가를 위해 DNA repair 활성 변화 관련 독성 기전을 새로운 광손상 타겟 기전으로 제시하는데 중요한 근거 자료가 될 것으로 사료된다. 뿐만 아니라 본연구에서 이용한 in vivo mimic 3D skin culture system 기법은 화장품 원료 및 제품 개발, 성분 안정성 및 유해성 평가에 적용 가능한 획기적인 기술로써 사용될 수 있을 것이라 사료된다. 궁극적으로, 전 세계적으로 자외선 차단제 (sunscreen)의 사용량이 증가함에 따라 자외선이 강하여 피부암에 취약한 백인들 및 피부노화억제가 화장품사업에서 차세대의 주요방향임을 고려할 때, 이 연구를 통해 타이타늄 나노물질의 안전성을 입증하는 것이 상업적으로 커다란 가치가 있으며, 반대로 위험성을 밝히게 되면 국내보건은 물론 world health orgarnization의 관점에서도 커다란 공익적 가치가 있을 것으로 판단된다.

Abstract ▼

Purpose & contents
Several researches, to date, focusing on nano TiO2-induced photodamage on skin have been not clearly understood yet. At present, increase in UV irradiation raises awareness of the health hazards, leading to increased consumption of nanoTiO2-containing sunscreen products for UV

Purpose & contents
Several researches, to date, focusing on nano TiO2-induced photodamage on skin have been not clearly understood yet. At present, increase in UV irradiation raises awareness of the health hazards, leading to increased consumption of nanoTiO2-containing sunscreen products for UV protection. Hazard evaluation of nanoTiO2-induced photodamage on skin as well as identifying molecular targets under nanoTiO2-UV exposure will be urgently required. Hence, we propose to study hazardous effects of nanoTiO2-UV combination in terms of DNA damage and DNA repair using in vivo mimic 3D skin culture system. Our work can provide useful information related to potential environmental and health hazard of this nano material.
Result
In this study, a stable, homogenous and weakly aggregated nTiO2 suspension was obtained by using surfactant-like dispersant, called sodium polyacrylate (PAA). This was used to assess the cytotoxicity and genotoxicity in immortalized human epidermal keratinocytes (HaCaT) of both conventional and 3-dimensional (3D) skin culture models. The cells exhibited higher susceptibility to nTiO2/PAA relative to nTiO2 alone since nTiO2/PAA probably remained in nano-scale until complete treatment period. The oxidative stress indicator was dose dependently induced by nTiO2/PAA with respect to the levels of reactive oxygen species (ROS) via ROS reactive probe DCF. DNA damage in terms of DNA tail intensity and gamma-H2AX foci was coincidently increased toward exposure of nTiO2/PAA in dose-related fashion, evaluated by comet assay and gamma-H2AX immunofluorescence, respectively. Using enzyme-linked immumosorbent assay (ELISA) technique, repair capacity of UVB-damaged DNA, 6-4photoproducts (6-4pps), was remarkably retarded and formation of 8oxoguanine (8-oxoG), oxidative stress indicator, was notably induced by nTiO2/PAA pretreatment. In vivo mimic 3D skin culture was successfully established and the growth of 3D culture was inhibited after nTiO2/PAA exposure using modified histochemical technique. In consistency to the findings in the conventional culture, the formation of 6-4pps was apparently increased under combination of nTiO2/PAA and UVB relative to single individual treatment, evaluated by DNA slot blot. The induced protein level of p53 was responsible for nTiO2/PAA exposure, which was determined by Western blot analysis. The assay of XPG endonucleolytic activity in 3D skin culture system was successfully achieved and found to be decreased after nTiO2/PAA treatment.
Expected Contribution
Our finding can provide fundamental information involved in nano TiO2 stimulated photo carcinogenesis on skin. This can also contribute toxicological database toward potential biological hazards of nano TiO2 application. Furthermore, our study can be of concern about nano TiO2 toxicity and implicated for future development of skin friendly commercial products including sun screen, cosmetics, and other skin care products.

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목 차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 12
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 13
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 27
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 27
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 29
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 30
• 8. 참고문헌 ... 30
• 9. 연구성과 ... 32
• 10. 기타사항 ... 32