초록 ▼

본 연구에서는 in vivo 흡입독성을 예측할 수 있는 ‘in vitro 호흡기계 독성 스크리닝법’을 개발하는 것을 목적으로 in vitro 호흡기계 독성시험법 개발과 폐독성물질의 호흡기계 손상기전 규명 연구로 구분하여 연구를 수행하였다.
문헌조사를 통해 in vitro 호흡기계 독성시험법 개발 현황을 파악한 결과, 화학물질의 흡입독성 영향을 예측하기 위한 동물대체 시험법은 지속적으로 연구되어 왔으나 아직은 validation 진행 중인 동물대체 시험모델이 없으며, 흡입독성에 대한 중요성 부각과 기술발전에 따라 최근 들어 연구

본 연구에서는 in vivo 흡입독성을 예측할 수 있는 ‘in vitro 호흡기계 독성 스크리닝법’을 개발하는 것을 목적으로 in vitro 호흡기계 독성시험법 개발과 폐독성물질의 호흡기계 손상기전 규명 연구로 구분하여 연구를 수행하였다.
문헌조사를 통해 in vitro 호흡기계 독성시험법 개발 현황을 파악한 결과, 화학물질의 흡입독성 영향을 예측하기 위한 동물대체 시험법은 지속적으로 연구되어 왔으나 아직은 validation 진행 중인 동물대체 시험모델이 없으며, 흡입독성에 대한 중요성 부각과 기술발전에 따라 최근 들어 연구가 급증하고 있는 것으로 조사되었다. 본 연구에서는 인체 호흡기계와 유사한 조건으로 시험이 가능한 Air-Liquid Interface(ALI) 방법에 따라 세포모델과 노출모델을 확립하였다. 세포모델에서 세포배양 조건은 tight junction 형성 및 점액분비 여부를 측정하여 확립하였다. 노출모델에서는 ALI 노출시스템을 구축하기 위해 연구대상물질을 대상으로 적합한 발생/노출/분석법을 확립하고 노출시간, 유량을 최적화하였다. 종합하면, In vitro 호흡기계 독성시험 모델은 기관지모델과 폐포모델로 구분하여 상피세포, 대식세포, 비만세포로 구성한 세포를 ALI 배양하여 개발하였으며 submerged 노출법과 ALI 노출법을 적용함으로써 총 8종을 개발하였다. 이 중 mono-culture/submerged 모델을 독성스크리닝 모델로, co-culture/submerged 모델을 인체 호흡기계 유사모델로, co-culture/ALI 모델을 인체 실제노출 유사모델로 제안하였다.
개발된 시험계의 타당성을 조사하기 위해 음성대조물질 2종 및 독성 물질 3종을 선정하여 독성을 평가하였다. 또한 폐독성물질의 in vitro 시험결과는 in vivo 독성결과와 비교하여 개발된 시험법의 타당성을 조사하였다. 그 결과, ALI 노출시험계가 submerged 노출시험계에 비해 in vivo 상관성이 높으나 민감성이 떨어지는 것으로 확인되었다. 그러나 상관성을 명확히 하기 위해서는 연구대상물질 수를 늘려 추가 연구를 수행하는 것이 요구된다.
폐독성물질의 호흡기계 손상기전 규명연구는 폐독성물질의 호흡기계 손상기전을 선행연구 및 문헌조사를 통해 내독소, 유독성 화학물질, 입자상 유해물질로 구분하여 대표물질에 대해 파악하였다. 이를 통해 폐독성 기전을 산화적 스트레스와 DNA 손상으로 구분하여 생체지표를 분류하였다. 본 연구에서 확립한 방법과 체계는 향후 폐독성물질의 기전을 규명하기 위한 연구의 기본적인 틀로써 활용할 수 있다.

Abstract ▼

The alternative testing methods to predict chemical-induced inhalation toxicity have been widely studied, however, there are no validated standard testing methods to predict in vivo pulmonary toxicity. The purpose of this study is to develop ‘in vitro pulmonary toxicity screening method’ that can pr

The alternative testing methods to predict chemical-induced inhalation toxicity have been widely studied, however, there are no validated standard testing methods to predict in vivo pulmonary toxicity. The purpose of this study is to develop ‘in vitro pulmonary toxicity screening method’ that can predict in vivo pulmonary toxicity and to investigate injury mechanism caused by pulmonary toxicants.
To develop in vitro pulmonary toxicity screening method, we focused on 'cell culture model' and 'chemical exposure model'. Both mono-culture model and co-culture model including epithelial cells, macrophage and mast cells were established as cell culture models. The epithelial cells were used in bronchial or alveolar regions. And Air-Liquid Interface (ALI) exposure model was established by developing and optimizing the generation/exposure/monitoring method of the chemicals. Totally, 8 in vitro testing models were established. We suggested that mono-culture/submerged exposure model was suitable for toxicity screening model. And co-culture/submerged exposure model was suitable for human respiratory mimic model and co-culture/ALI exposure model was the most similar model for human inhalation toxicity test model.
Five chemicals (two non-toxicants and three toxicants) were chosen and performed to evaluate the testing methods. Our in vitro data were compared with reference in vivo toxicity data. As a result, ALI exposure model was less sensitive than submerged exposure model and more correlated with in vivo system. Further study is necessary to clarify correlation.
We investigated respiratory injury mechanism by classifying endotoxin, chemical toxicants and particulate matters based on the previous studies and references. The oxidative stress and DNA damages were selected as biomarkers for inhalation toxicity mechanism. Moreover, the toxic mechanism of toxicant was elucidated by our testing method. This study will be utilized as baseline data to investigate the injury mechanism caused by pulmonary toxicants.

목차 Contents

• 표 지 ... 1
• 용역연구개발과제 최종보고서 ... 2
• 제 출 문 ... 3
• 목 차 ... 4
• Ⅰ. 총괄연구개발과제 요약문 ... 6
• 국문 요약문 ... 6
• Summary ... 8
• Ⅱ. 총괄연구개발과제 연구결과 ... 10
• 제1장 총괄연구개발과제의 목적 및 필요성 ... 10
• 제2장 총괄연구개발과제의 내용 및 방법 ... 22
• 제3장 총괄연구개발과제의 최종결과 및 고찰 ... 105
• 제4장 총괄연구개발과제의 연구성과 ... 111
• 제5장 총괄주요연구 변경사항 ... 114
• 제6장 총괄참고문헌 ... 115
• 제7장 총괄첨부서류 ... 118
• 부 록 ... 119
• 끝페이지 ... 165