보고서 정보
주관연구기관 |
서울여자대학교 Seoul Womans University |
연구책임자 |
최수진
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2016-06 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO201700015054 |
과제고유번호 |
1711023286 |
사업명 |
신진연구자지원 |
DB 구축일자 |
2017-11-25
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키워드 |
식품용 나노소재.흡수율.생체이용률.장관 내 흡수 메커니즘.생체 내 성상.약동학적 연구.독성.효율.food nanomaterials.absorption.bioavailability.intestinal absorption mechanism.biological fate.pharmacokinetics.toxicity.efficacy.
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201700015054 |
초록
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연구의 목적 및 내용
식품용 나노소재로서 가장 널리 사용되고 있는 대표물질 3종에 대한 생체이용률 및 흡수기작을 연구하는 것을 목표로 하였는데, 대표물질 3종으로 산화아연, 이산화티타늄, 이산화규소를 선정하여 1) 나노크기(나노 vs 벌크)에 따른 물리화학적 특성 분석을 바탕으로 위장 모사조건에서의 이온화도, 랫드에 경구투여 후 흡수율 및 생체이용률 평가, 2) in vitro 3D cell culture system인 human FAE (follicle-associated epithelium) model과 ex vivo Pe
연구의 목적 및 내용
식품용 나노소재로서 가장 널리 사용되고 있는 대표물질 3종에 대한 생체이용률 및 흡수기작을 연구하는 것을 목표로 하였는데, 대표물질 3종으로 산화아연, 이산화티타늄, 이산화규소를 선정하여 1) 나노크기(나노 vs 벌크)에 따른 물리화학적 특성 분석을 바탕으로 위장 모사조건에서의 이온화도, 랫드에 경구투여 후 흡수율 및 생체이용률 평가, 2) in vitro 3D cell culture system인 human FAE (follicle-associated epithelium) model과 ex vivo Peyer's patch에서의 장관세포 내 흡수 메커니즘 연구, 3) 경구투여 후 NGS 기법을 이용하여 간 조직 내 유전자 발현양상 및 혈장 단백질과의 상호작용에 의한 나노코로나 현상 연구를 바탕으로 식품용 나노소재의 효율 및 잠재적 독성에 대한 종합적 상관관계를 확립하는 것을 주된 연구내용으로 하였음.
연구결과
식품용 산화아연, 이산화티타늄, 이산화규소는 입자 크기(나노 vs 벌크)에 따라 위장관 모사조건에서 용해도 차이를 나타내지 않았으며, 특히 산화아연의 경우 위액 조건에서의 용해도가 다른 두 가지 물질보다 확연히 높아 경구 섭취 후 일부 이온화되어 존재함을 확인함. 세 가지 나노물질 모두 랫드에 경구투여 후 흡수율이 유의적으로 향상되는 것으로 규명되었으며, 이는 2차년도 연구결과에서 알 수 있듯이 나노물질이 장관상피세포 내 M (microfold) cell에 의해 에너지 의존적 기작으로 효율적으로 유입되기 때문으로 판명됨. In vitro FAE 모델에서 장관상피세포 내 유입기작 연구 결과는 경구투여에 의한 흡수율 결과와 밀접한 상관관계를 나타내었는데, 즉 M cell에 의한 유입량이 적은 이산화규소와 이산화티타늄의 경우 산화아연 대비 낮은 경구흡수율을 보이는 것으로 평가되었음. 잠재적 독성에 대한 정보를 획득하기 위하여 산화아연 물질을 14일 반복투여 후 간 조직에서의 전사체 발현양상을 NGS (next generation sequencing) 기법을 이용해 분석한 결과 나노 및 벌크 입자 크기에 따른 RNA 발현양상이 다르게 나타났으며, 특히 아연 이온과는 매우 다른 발현양상을 나타내었음. 산화아연 물질의 입자크기에 따른 혈장 단백질과 상호작용 정도를 proteomics 기법을 이용하여 분석한 결과에 의하면 입자 크기에 따라 나노코로나 현상이 달라질 수 있으므로 이러한 결과는 나노물질의 잠재적 독성 영향일 달라질 수 있음을 제시함.
연구결과의 활용계획
본 연구과제에서 도출한 입자크기에 따른 흡수율 및 생체이용률에 대한 정보는 식품용 나노물질의 잠재적 독성 및 효율을 예측하는데 활용하고자 하며 위장 모사조건에서의 용해도 결과는 체내 나노물질의 fate를 이해하여 나노물질의 독성 및 효율을 궁극적으로 이해하고 설명하는데 활용할 수 있음. 장관 상피세포에서의 흡수기작 연구를 위해 확립한 in vitro human FAE 모델을 다양한 식품용 나노물질의 흡수 메커니즘 연구를 위해 활용하고자 하며, 이를 통해 효율적으로 흡수되는 물질의 경우 in vitro 결과만으로도 in vivo에서의 효율적 흡수율을 예측할 수 있을 것임. NGS 기법을 이용한 전사체 분석 결과를 바탕으로 향후 잠재적 독성이 나타날 수 있는 독성 기작 규명 연구에 활용하고자하며, 나노코로나 결과는 생체 내 거동과의 상관관계를 규명하는 연구에 활용함.
(출처 : 한글요약문 4p)
Abstract
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Purpose& contents
The aim of this study is to evaluate bioavailability and intestinal transport mechanism of the most widely applied food additives nanomaterials, such as silica, titanium dioxide, and zinc oxide nanoparticles with respect to particle size (nano vs bulk), based on researches on 1)
Purpose& contents
The aim of this study is to evaluate bioavailability and intestinal transport mechanism of the most widely applied food additives nanomaterials, such as silica, titanium dioxide, and zinc oxide nanoparticles with respect to particle size (nano vs bulk), based on researches on 1) physicochemical characterization, solubility in simulated gastric and intestinal fluids, oral absorption and bioavailability in rats, 2) in vitro transport mechanism in human FAE model, ex vivo transport in Peyer's patches, 3) RNA expression profiles in liver tissue after repeated oral administration and determination on protein-particle interaction using NGS analysis and proteomic analysis, respectively.
Result
Silica, titanium dioxide, and zinc oxide particles had amorphous, rutile, and Wurtize structure, respectively. In vitro solubility of three different particles was not affected by particle size, but zinc oxide particles were determined to be highly dissolved to zinc ions in acidic gastric fluid, suggesting their partially ionized fate. In vivo oral absorption efficiency of three particles significantly increased as particle size decrease after single-dose oral administration to rats, which can be explained by efficient energy-dependent intestinal transport mechanism of nanoparticles via M cells in 3D human FAE (follicle-associated epithelium) model. Whole RNA expression profiles in liver were analyzed using NGS (next generation sequencing) after 14-day repeated dose oral administration of zinc oxide particles to rats, showing different genomic expressions among nanoparticles, bulk counterpart materials, and ions. Protein-particle interaction was also determined with respect to particle size using HPLC-MS/MS, and identified three main proteins commonly adsorbed on to the surface of zinc oxide particles, such as albumin, fibrinogen, and fibronectin. On the other hand, complement C protein was found to be only adsorbed on nanoparticles, indicating different nanocorona formation. Taken together, these results suggest that oral absorption, intestinal transport mechanism, RNA expression profile, and protein-particle interaction could be affected by particle size.
Expected Contribution
The results obtained on oral absorption and bioavailability of food grade particles can be used to predict potential toxicity and efficacy of nanomaterials. In vivo solubility result will be useful to understand in vivo biological fate of nanoparticles, which is essential to determine their potential toxicity. Established in vivo FAE model can be applied to evaluate intestinal transport mechanism of various nanomaterials. Information on intestinal transport of nanoparticles using in vitro FAE model will be helpful to predict and understand in vivo oral absorption efficiency and bioavailability. NGS results on zinc oxide particles will be used to predict their potential toxicity mechanism and the relationship between nanocorona and biokinetics can be determined.
(출처 : SUMMARY 5p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 목차 ... 2
- 연구계획 요약문 ... 3
- 연구결과 요약문 ... 4
- 한글요약문 ... 4
- SUMMARY ... 5
- 연구내용 및 결과 ... 6
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 6
- 2. 국내외 기술개발 현황 ... 14
- 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 19
- 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 33
- 5. 연구결과의 활용계획 ... 34
- 6. 연구과정에서 수집한 해외 과학기술정보 ... 34
- 7. 참고문헌 ... 35
- 8. 연구성과 ... 36
- 9. 국가과학기술지식정보서비스에 등록한 연구시설·장비 현황 ... 40
- 10. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 41
- 11. 기타사항 ... 43
- 끝페이지 ... 43
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