이온성 및 비이온성 등장액 용매에서 산화아연나노입자의 분산 특성
최종혜·김혜진·박광식# 동덕여자대학교 약학대학
(Received May 23, 2013; Revised July 5, 2013; Accepted July 8, 2013)
Dispersion Characteristics of Zinc Oxide Nanoparticles in Ionic and Non-ionic Isotonic Solution
Jonghye Choi, Hyejin Kim and Kwangsik Park#
College of Pharmacy, Dongduk Women’s University, Seoul 136-714, Korea
Abstract − Zinc oxide nanoparticles (ZnONPs) are widely used in a variety of products and cosmetic products including paper, paints, plastics and sunscreen. However, information on the safety of ZnONPs are not enough and many publications suggest possible toxic effects on environmental and human health. Furthermore, physico-chemical characteristics of nano- particles makes it hard to test toxicity using the test guidelines of chemicals adopted by regulatory bodies. In this study, stability of ZnONPs was investigated using different types of isotonic solution, which is important in the toxicity study of intravenous route. Precipitation, aggregation, size, zeta potential and morphology of ZnONPs were evaluated with different times and concentrations. Precipitation of ZnONPs were observed in ionic isotonic solution including phosphate-buffered saline, Kreb’s-Ringer solution, physiological salt solution and cell culture media of DMEM (Dulbecco’s Modified Eagle’s Medium) with 10% fetal bovine serum. On the other hand, they were stable without precipitation in non-ionic isotonic solu- tion such as 5% glucose and 2% glycerol, respectively, which are biocompatible for intravenous injection. The average size of ZnONPs in 5% glucose and 2% glycerol was stably maintained, which is less than 30 nm and very similar as that in water dispersion of ZnONPs, provided by the manufacturer. The stability was maintained during the experimental period of 5 days and diluted state up to 15,000 ppm. These data suggest that 5% glucose and 2% glycerol solution can be used for the vehi- cles of ZnONPs in the toxicity study of intravenous injection route.
Keywords □ zinc oxide nanoparticles, glycerol, glucose, stability
산화아연나노입자는 수년전부터 화장품 등 개인미용 및 위생 용품에 사용되고 있으며 특히, 티타늄나노입자와 함께 자외선 차 단제의 주요 성분으로 가장 널리 알려져 있다. 또한, 산화아연나 노입자의 용도가 식품포장, 이미징 등으로 확대됨에 따라 사람 의 피부뿐만 아니라, 호흡기 및 경구 노출의 기회도 증가하고 있 다. 따라서, 산화아연나노입자의 인체노출과 독성에 관한 연구가 다양하게 시도되고 있다.1,2)
최근에 산화아연나노입자의 독성기전으로서 아연나노입자가 체내 아연이온의 항상성을 교란시킴으로써 미토콘드리아막의 탈 분극, caspase 활성화, 세포사멸의 단계를 거친다는 연구결과가 발표된 바 있다.3)또한, 사람의 피부로부터 각질 세포(human
epidermal keratinocytes)를 분리한 후 일차배양하고 산화아연나 노입자의 세포투과성을 평가한 결과, 14 µg/ml 농도의 아연나노 를 처리한 6시간 후에 세포안으로 유입되는 것이 확인되었으며 아울러 Comet assay 결과 DNA 손상이 확인되었고, MTT assay 결과 세포독성이 농도 의존적으로 증가되는 것이 확인되었다.4) 이러한 결과는 화장품 등 소비자제품에서 산화아연나노를 사용 할 경우 인체위해성에 주의할 필요가 있다는 것을 의미한다. 이 외에도 다양한 in vitro 시험결과가 보고되고 있는데 배양세포를 이용한 독성시험 결과 산화아연나노물질은 염증반응관련 cytokine 의 생성을 촉진하며 산화적 스트레스기전을 통해 세포의 정상적 인 생체반응을 다양하게 변화시키는 것으로 확인되었다.5-7)한편, 노출경로에 따른 독성 및 독성동태를 확인하기 위한 다양한 in vivo 시험결과도 보고되고 있다. Wang 등은 산화아연나노입자를 랫드에 2.5 mg/kg 용량으로 하루 2회씩 3일 동안 처리한 결과 간 조직에서 조직병리학적 소견과 아울러 아연의 함량이 높게 검
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종설
출되었고 ALT, AST 등 간손상 지표효소가 혈청에서 높게 나타 나는 것을 확인하였다.8) 또 다른 연구에서는 20 nm 크기의 산화 아연나노입자를 5~2,000 mg/kg 용량으로 경구 투여하였을 때 용량 역관계로 간 독성이 나타나는 것을 확인하였다.9) Surekha 등은 피부경로를 통해 현실적으로 노출이 가능한 용량에서의 산 화아연나노입자의 위해성을 파악하기 위해 20 nm 산화아연나노 입자를 75, 180, 360 mg/kg 용량으로 주 5일 28일간 투여한 결 과 피부콜라젠 함량이 감소하는 것을 확인한 바 있다.10)독성동 태시험과 관련하여서는 마우스에 50 nm 나노입자를 경구투여 한 후 조직분포를 측정한 결과 간, 비장, 신장 등에 산화아연 나노 입자가 분포되는 것이 확인되었으며 경구투여보다 복강투여시 혈중지속시간이 길게 나타나는 것을 확인하였다.11) Baek 등은 랫드에 50, 300, 2000 mg/kg 용량으로 산화아연나노입자를 경구 투여한 후 독성, 혈중농도-시간 곡선, 배설 및 분포 등에 대해 시 험하였는데 간, 폐, 신장 등에 아연의 분포도가 높게 나타나며 경 구 투여 후 대부분은 대변으로 배설되는 것이 확인되었다. 그러 나 2,000 mg/kg 고용량에서도 사망한 랫드는 나타나지 않았다.1,2) 그러나 산화아연나노입자의 in vivo 독성시험이나 독성동태시 험을 수행함에 있어 정맥주사노출에 의한 독성영향을 평가한 결 과는 현재까지 찾아 볼 수 없다. 산화아연나노입자의 경구투여 시 생체이용율 또는 흡수율을 파악하거나 산화아연나노물질의 본래독성(intrinsic toxicity)을 평가하기 위해서는 투여용량의 대 부분이 혈중으로 흡수된 후 표적장기에 분포되어야 한다. 따라 서, 경구투여에 의해 산화아연나노물질의 독성을 평가할 경우 투 여용량의 대부분이 체내에 흡수되지 않아 본래독성을 파악할 수 없게 된다. 즉, 산화아연나노물질의 생체내 독성시험(in vivo test) 을 수행할 경우에는 투여용량과 체내용량의 관계를 명확히 파악 하는 것이 중요하다. 투여용량과 체내용량의 관계를 규정하기 위 해서는 시험물질을 정맥주사 경로를 이용하여 투여해야 하는데 이때 용매는 등장 상태로서 혈액의 삼투압에 영향을 미치지 않 아야 한다. 산화아연나노 물질을 등장액에 혼화해야할 경우 생 리식염수 등의 이온등장액에서는 침전이 발생하여 정맥주사를 할 수 없는 경우가 발생할 수 있다.
본 연구에서는 이러한 문제점을 해결하고자 비이온성 등장액 인 글루코스와 글리세롤을 이용하여 산화아연나노입자를 현탁시 키고 그 안정성을 평가하였으며 이러한 결과를 바탕으로 향후 산 화아연나노입자를 정맥주사경로로 생체 투여함으로써 산화아연
나노입자의 본래 독성을 평가할 수 있는 방안을 마련하였다.
실험재료 및 방법
산화아연나노
산화아연나노입자는 Sigma-Aldrich(St Louis, MO, USA)사로 부터 구입하여 사용하였다. 본 제품은 탈이온수에 50 wt.%로 분 산되어 있었다. 전자현미경 측정에 의한 산화아연나노의 입경은 100 nm 이하이며, 평균 입경은 35 nm 이하이다. pH는 수용액상 에서 7±0.1이며 밀도는 25oC에서 1.7±0.1 g/ml이다. 나노입자 의 표면은 3-aminopropyl triethoxysilane으로 코팅되어 있어 양 전하를 띄고 있으며 탈이온 증류수에서의 산화아연나노 표면전 하(zeta potential)는 100 ppm 농도에서 44.94±4.22 mV로 측정 되었다. 구입한 산화아연나노입자는 실온상태로 보관하였으며 실 험에 사용하기 전에 부드럽게 균질화 시켜준 후 필요한 만큼 소 량씩 희석하여 100~15,000 ppm(mg/l) 농도로 사용하였다. 희석 한 산화아연나노는 응집되지 않도록 즉시 사용하였다.
등장액 및 삼투압 측정
등장액으로 사용할 용매로서 탈이온수, DMEM, Phosphate bufferred saline(PBS), Krebs-Ringer solution(KR solution), Physiological salt solution(PSS), 5% glucose 및 2% glycerol 을 선택하였다. 이온성 용매의 주요 구성성분은 Table I에 나타 내었다. 각 용매 또는 용매에 나노입자를 혼화한 현탁액의 삼투 압은 삼투압측정기기(Osmomat 030, Human Corp. Seoul, Korea)를 사용하여 측정하였다. 2% 글리세롤의 경우, 측정결과 삼투압 범위는 250~300 mOsm/kg로 나타났다. 각각의 등장액 에 산화아연나노를 100~15,000 ppm 농도가 되도록 희석하였을 때의 삼투압을 측정하여 삼투압에 변화가 있는지 확인하였다.13)
인공위액 및 안정성 시험
인공위액은 붕해시험법을 적용하여 제조하였으며 나트륨 2.0 g 에 염산 7.0 ml 및 물을 넣어 녹여 1000 ml로 하였다. 이색은 무 색투명하고 pH는 2이다. 제조한 인공위액에서의 나노물질 안정 성을 평가하기위해 deionized water, 5% glucose, 2% glycerol, FBS에 산화아연나노물질의 농도를 각각 150,000 ppm으로 맞춘 후 이 액 1 볼륨에 대해 인공위액 9 볼륨을 혼화하고 24시간 후
Table I− Components of solution used in the tests of ZnONPs dispersion Solution Components
DMEM 10% fetal bovine serum, 100 U/ml penicillin, 100 µg/ml streptomycin in Dulbecco's modified Eagle Medium PBS 137 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 4.3 mM Na2HPO4, 1.4 mM KH2PO4
KR solution 115.5 mM NaCl, 4.6 mM KCl, 1.2 mM KH2PO4, 1.2 mM MgSO4, 25.0 mM NaHCO3, 2.5 mM CaCl2, 11.1 mM glucose PSS 140 mM NaCl, 5.0 mM KCl, 1.4 mM MgCl2, 1.2 mM NaH2PO4, 10.0 mM HEPES, 5.0 mM NaHCO3, 1.8 mM CaCl2,
11.5 mM glucose
에 침전 발생여부를 확인하였다.
산화아연나노 입경 및 표면전하 측정
산화아연나노 입자의 크기 분포는 Submicron Particle Sizer (NICOMPTM, CA, USA)의 Number-wt Gaussian 법으로 3분 마다 3번 측정하여 평균 및 표준편차를 기록하였다. 100~15,000 ppm에서 나노입자의 입경 변화를 측정하였다. 나노입자의 응집 에 관한 시각적 이미지를 제작하기 위해 각각의 용매에 현탁시 킨 산화아연나노입자 시료 약 20 µl를 깨끗한 마이크로슬라이드 위에 올려놓고 광학현미경(Nikon, Tokyo, Japan)으로 200배의 배 율로 응집괴 생성여부를 관찰하였다. 표면전하는 zeta potential analyzer(Brookhaven instruments corp., NY, USA)를 사용하여 측정하였다.13)
통계처리
입경 및 표면전하는 평균 및 편차 값을 계산하여 제시하였으 며 one-way ANOVA test 및 Student's t-test 등을 통해 각 용 매에서의 입경차이를 확인하였다.
실험결과 및 고찰
이온성 또는 비이온성 용매에서의 분산성
생리적 등장성을 갖는 PBS, KR, PSS 및 DMEM 세포배양배 지에 산화아연나노입자를 100∼15,000 ppm 농도로 현탁시킬 경 우 이들 용매에서 산화아연나노입자는 응집되는 현상이 나타났 다. 최고농도인 15,000 ppm에서는 육안으로 확인될 정도의 심각 한 응집현상이 나타나 침전이 형성되었다(Fig. 1A). 산화아연나 노입자의 응집은 이들 이온성 용매에 존재하는 다양한 이온의 존
재에 의한 높은 이온력(ionic strength)이 산화아연나노입자간의 반발력을 감소시킴으로써 나타나는 현상이라 판단되었다. PBS 등 이온력이 높은 용매에서는 100 ppm 이하의 농도에서도 육안 으로 확인되는 응집괴가 형성되는 것이 확인되었다. 반면에 5%
글루코스 등장액이나 2% 글리세롤 등장액 등 비이온성 용매에 서는 응집괴가 형성되지 않는 것으로 확인되었다(Fig. 1B). 본 연 구에서 사용한 산화아연나노입자는 평균입경이 30 nm 수준으로 알려져 있으며 탈이온수에 현탁되어 있다. Fig. 1B에서 보는 바 와 같이 산화아연나노입자는 탈이온수에서는 매우 안정한 상태 로 어떠한 응집괴도 확인할 수 없었다. 산화아연나노입자의 본 래독성을 확인하기 위해서는 흡수율을 고려하지 않아도 되는 정 맥주사경로를 통한 독성농도를 확인하는 것이 중요하다. 이때 산 화아연나노입자를 이온성 용매로 희석할 경우 Fig. 1A에서 보는 바와 같이 침전을 형성하므로 이들 용매는 정맥 주사용 제제로 사용하기에는 적절하지 않다. 그러나 Fig. 1B에서 보는 바와 같 이 비이온성 용매인 5% 글루코스 또는 2% 글리세롤의 경우 침 전이 형성되지 않고 분산성이 높아 정맥주사용 제제를 제조하기 에 적절한 용매로 사용될 수 있다. 한편, 희석되지 않은 혈청 (FBS)에 산화아연나노입자를 현탁시킨 결과, 최고 농도 15,000 ppm에서도 산화아연나노입자의 분산성이 높게 유지되는 것을 확 인하였다. 이러한 결과로 보아 5% 글루코스 또는 2% 글리세롤 을 이용하여 정맥주사 제제를 제조하고 나노입자를 정맥주사할 경우 혈청으로 유입된 나노입자는 혈청 중에서 응집되지 않고 나 노입자상태를 유지할 것으로 기대된다.
광학현미경으로 각 용매에서 채취한 산화아연나노입자시료를 관찰한 결과 이온성 용매에서는 다양한 형태의 응집괴가 관찰되 었으나(Fig. 2A) 탈이온수, 글루코스 및 글리세롤 등의 비이온성 용매, 그리고 혈청에서는 응집괴가 관찰되지 않았다(Fig. 2B). 이
Fig. 1− Aggregation and precipitation of zinc oxide nanoparticles (ZnONPS) in isotonic solution. A; Zinc oxide nanoparticles (ZnONPs, 15,000 ppm) were suspended in isotonic solutions containing ions such as phosphate buffered saline (PBS), Kreb's-Ringer solution (KR), physilological salt solution (PSS), and culture media (DMEM). Nanoparticles were aggregated and precipitated in a few hours.
Arrows show the top of suspension (upper) or precipitation (lower). B; Aggregation and precipitation were not occurred when ZnONPs (15,000 ppm) were suspended in the isotonic solutions without additional ionic salts such as 5% glucose solution and 2% glycerol solution. ZnONPs were also well suspended in Fetal Bovine Serum (FBS) and deionized water (DW). ZnONPs provided by the manufacturer was originally suspended in DW.
들 비이온성 용매에서는 제조 후 5일이 경과하여도 처음의 분산 성은 변화없이 유지되는 것으로 관찰되었다.
비이온성 용매에서의 삼투압변화
산화아연나노입자는 100~15,000 ppm의 농도에서 5% 글루코 스 및 2% 글리세롤의 삼투압에 영향을 미치지 않으며 300 mOsm/kg 내외의 삼투압이 유지되는 것으로 확인되었다. Fig. 3 은 산화아연나노입자를 5% 글루코스 및 2% 글리세롤에 현탁시 키고 농도별, 시간대별로 삼투압을 측정한 것이다. 그림에서 보 는 바와 같이 삼투압의 변화가 크게 나타나지 않았다. 산화아연 나노입자의 존재에 의해서도 삼투압이 등장액 수준으로 유지된 다는 것은 이들 비이온성 용매를 이용한 나노입자 현탁액을 정 맥 주사할 경우에도 혈액의 삼투압 변화를 크게 일으키지 않을 것이라는 점을 예측할 수 있으며 아울러 나노입자로부터 아연이 온 등 이온성물질의 다량 방출이 일어나지 않고 있음을 기대할 수 있다.
표면전하(Zeta potential)의 변화
본 연구에서 사용한 산화아연나노입자는 3-aminopropyl triethoxysilane으로 코팅되어 있고 탈이온수에 현탁된 상태에서 는 양전하를 띄고 있다. KR 용매 등 이온성 용매에서는 산화아 연나노입자의 양전하가 감소되기 때문에 반발력이 감소되어 응 집괴가 형성되어 침전하는 것으로 판단되었다(Fig. 1A). 침전상 태의 입자에 대한 표면전하는 측정할 수 없으므로 본 연구에서 는 측정값을 제시하지 않았다. 한편, 5% 글루코스와 2% 글리세 롤 등 비이온성 용매에 산화아연나노입자를 현탁시키고 표면전 하를 측정하였을 때는 탈이온수에 분산되었을 때의 표면전하 값 과 통계학적 차이를 보이지 않았다(Table II). 표에서 보는 바와
같이 탈이온수에서는 농도 값의 증가에 따른 큰 차이 없이 36.02±
4.55~44.94±4.22 mV의 범위에 존재하였으며 이때 산화아연나 노입자의 크기 또한 농도 증가에 따른 큰 변화는 나타나지 않는 것으로 보였다. 한편, KR용매이나 PSS용매의 경우에도 각각 11.1 mM 및 11.5 mM 농도의 글루코스가 함유되어 있으나 이들 용 액에는 다른 음이온, 양이온 성격을 갖는 다량의 무기염류가 함 유되어 있어 이들이 산화아연나노입자의 표면전하에 영향을 미 쳤을 것으로 판단된다. 그러나 5% 글루코스 용액에는 이러한 이 온염류가 존재하지 않아 표면전하에 영향을 미치지 못한 것으로 판단 되었다. 2% 글리세롤 용매에서도 이온성 염류는 존재하지 않으며 따라서 나노입자의 표면전하는 5% 글루코스 용액에서와 마찬가지로 큰 변화없이 30.86±5.25~44.87±4.46 mV의 범위에 존재하였다. 표면전하가 통계학적으로 어느 정도 변화를 보여야 나노입자의 입경에 영향을 미치는 지 그 상관관계에 대해서는 아 직 충분한 정보가 없는 실정이며 본 연구에서도 측정된 표면전 하 값의 차이가 입경의 차이에 얼마나 영향을 미치는 지 그 상 관성을 정확히 표현할 수는 없었다.
비이온성 용매에서의 입경분포
산화아연나노입자를 탈이온수, 5% 글루코스, 2% 글리세롤 및 FBS에 현탁시키고 24시간 후 Submicron Particle Sizer로 나노 입경을 측정하고 그 결과를 Table III에 나타내었다. 제조회사에 서 제공한 산화아연나노입자는 탈이온수에 현탁된 제제로서 100~
15,000 ppm 농도에서 11.3±6.4~18.8±9.1 nm 크기의 안정된 분 포를 보였다. 5% 글루코스 등장액에서는 11.9±6.9~23.2±10.8 nm 크기의 분포를 보여 제조회사가 공급한 탈이온수에서의 나 노입자크기와 큰 차이를 보이지 않았다. 2% 글리세롤 등장액에 서는 6.9±4.5~26.1±11.0 nm의 입경분포를 나타내었는데 고농 Fig. 2− Light microscopy images (X200) of dispersed ZnONPS. The aggregates of ZnONPS formed in phosphate buffered saline(PBS), Krebs- Ringer solution(KR), physiological salt solution (PSS), and culture media (DMEM) were shown. Black and dark spots represent aggregates (Pannel A). However, no spots were shown and images are clean in deionized water (DW), 5% glucose solution, 2%
glycerol solution, and fetal bovine serum (FBS) (Pannel B). Arrows show the aggregates of ZnONPs.
도로 존재시 입경이 작아지는 경향을 보였다. 이때 입경이 작아 지는 것은 나노입자가 분해되기보다는 고농도에서 반발력 등의 차이로 인해 응집의 상태가 달라지기 때문인 것으로 보인다. Table II에서 제시된 표면전하의 변화를 보면 100 ppm에 비해 10,000 ppm의 경우 큰 변화가 없으나 15,000 ppm일 때는 10 mV 정도 낮아 졌음을 알 수 있다. 일반적으로 표면전하의 크기가 작아질 경우 반발력도 감소하여 입자의 응집성은 커지게 되는데 2% 글
리세롤 용액에서 표면전하의 변화와 입경의 변화는 일관적인 상 관성을 도출하기 위해서는 보다 충분한 데이터가 축적되어야 할 것으로 판단된다. 농도증가에도 불구하고 ZnONPs의 표면전하가 매우 안정되어 있는 탈이온수에서는 농도증가에 따른 입경분포 의 변화가 나타나지 않는 것으로 확인되었다. 산화아연나노입자 를 희석시키지 않은 FBS에 현탁시킨 후 입경분포를 측정한 결 과 매우 안정된 입경분포를 보이고 있었다. Fig. 4는 탈이온수, 2% 글리세롤 용액, 5% 글루코스용액 및 FBS에 분산된 나노입 경의 분포를 보여주고 있다. 이온을 함유하지 않은 비이온성 등 장액인 5% 글루코스와 2% 글리세롤에서 입경분포는 나노형태 를 유지하고 있음을 보여주고 있다. 이러한 결과는 산화아연나 노입자가 나노입경크기로 정맥주사되어 혈청과 만나게 되더라도 나노입자의 안정성이 크게 훼손되지 않고 그 입경이 유지될 수 있음을 나타낸다.
따라서, 본 연구에서 사용한 5% 글루코스 용액 또는 2% 글리 세롤 용액은 산화아연나노입자의 본래의 크기를 변화시키지 않 고 안정된 나노입경을 유지할 수 있는 등장액이며 이러한 등장 액을 이용하여 제조한 현탁액을 정맥주사할 경우에 혈액의 등장 완충성을 손상시키지 않을 것으로 기대된다. 아울러 5% 글루코 스 또는 2% 글리세롤에 현탁된 산화아연입자가 혈중으로 유입 되더라도 그 나노입자의 안정성과 입경분포는 유지될 것으로 판 단되었다.
인공위액에서의 안정성
산화아연나노입자를 5% 글루코스 또는 2% 글리세롤에 현탁 Fig. 3− Osmolarity of 5% glucose solution and 2% glycerol solution
containing ZnONPs. A: Isotonic osmolarity was maintained although the concentration of ZnONPs was increased to 15,000 ppm. The Osmolarity of 5% glucose solution (B) and 2% glycerol solution (C) containing ZnONPs were maintained during the whole period of observation, 48 hours.
Table II− Zeta potential of ZnONPs in non-ionic isotonic solution and water (mV)
Concentration (ppm)
Deionized
water 5% glucose 2% glycerol 00,100 44.94±4.22 27.02±3.58 40.83±6.01 01,000 45.25±6.21 34.71±3.63 36.97±4.23 10,000 47.52±5.63 36.92±4.81 44.87±4.46 15,000 36.02±4.55 42.65±5.38 30.86±5.25 The commercial available ZnONPs used in this study was supplied in deionized water. Statically no differences in zeta potential was found among tested groups.
Table III− Average size of ZnONPs suspended in different types of solution (nm)
Concentration (ppm)
Deionized water
5%
glucose
2%
glycerol FBS 00,100 14.9±8.7 18.4±10.5 26.1±11.0 7.1±4.90 01,000 18.8±9.1 23.2±10.8 17.9±8.90 8.4±6.00 10,000 11.3±6.4 11.9±6.90 9.4±5.6 43.7±23.0*
15,000 14.8±7.7 14.4±8.10 06.9±4.5* 53.9±29.4*
FBS represents 100% Fetal Bovine Serum. Significantly different from the size in 100 ppm suspension. *p<0.05.
시켜 정맥주사할 경우 혈중에서도 산화아연나노입자의 평균입경 에 큰 차이가 없을 것으로 보이며 이러한 결과는 나노입자의 본 래독성연구에 매우 중요한 의미를 갖는다고 할 수 있다. 즉, 지 금까지 나노독성연구중 위장관 경로를 통해 나노물질을 투여한 경우, 예상과는 달리 나노물질의 독성이 매우 낮게 나타난 경우 가 많았다.14-16)즉, in vitro에서는 다양한 독성현상이 확인되나 경구 투여경로를 통한 in vivo 시험의 경우 대부분 독성은 매우 낮았는데 이는 시험에 사용한 나노물질 본래의 독성이 낮기 때 문이 아니라 체내 투여되는 과정 중에서 나노입자의 평균입경이 유지되지 않아 위장관 경로를 통한 흡수가 매우 낮아 졌기 때문 으로 보인다. 실제 나노입자에 대한 독성동태시험 결과를 살펴 보면 경구투여의 경우 거의 대부분이 대변으로 배설되는 것을 확 인할 수 있는 데 이는 위장관을 통한 나노입자의 흡수가 거의 일 어나지 않기 때문으로 판단된다.17,18)경구투여의 경우 혈중 농도 가 매우 낮은 이유는 바로 나노입자의 생체이용율이 매우 낮기 때문이며 이는 위산 등 위액에서 나노입자의 안정성이 크게 훼 손되기 때문일 것으로 판단된다.
산화아연나노입자를 인공위액에 현탁시킬 경우 Fig. 5에서 보 는바와 같이 나노입자는 안정성이 크게 훼손되고 응집되어 침전 되는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과에서 보여주었듯이 산 화아연나노입자에 대한 안정성을 유지시키고 혈청과의 반응에서
도 평균나노입경이 유지되어 정맥주사 용매로서 적정하다고 판 단되었던 5% 글루코스 및 2% 글리세롤의 경우에도 인공위액과 섞일 경우 산화아연나노입자의 안정성을 유지시키지 못하는 것 으로 확인되었다. 이러한 결과는 산화아연나노입자의 경구투여 Fig. 4− Size distribution of ZnONPS in different types of solution. ZnONPs (15,000 ppm) were distributed as nano-sized particles in different types of solutions such as deionized water (A), 2% glycerol solution (B), 5% glucose solution (C), and fetal bovine serum (D).
Fig. 5− Aggregation and precipitation of ZnOPs in artificial gastric juice. ZnONPs (15,000 ppm) were prepared in deionized water, 5% glucose, 2% glycerol, and FBS, in which they are well dispersed. However, when those well-dispersed suspensions were mixed with the artificial gastric juice of pH 2 (1 : 9), aggregation and precipitation of ZnONPs were occurred. Arrows show the top of suspension (upper) or precipitation (lower).
경로에 의한 독성시험에서는 반드시 생체이용율을 고려하여야 한다는 점을 시사하고 있다.19,20)
본 연구에서는 5% 글루코스 용액과 2% 글리세롤 용액을 사 용하여 산화아연나노입자를 현탁시켰을 때 나노입자의 평균입경 이 유지되는 것을 확인하였으며 혈중에 유입될 경우라도 그 안 정성이 손상되지 않는다는 것을 확인하였다. 다만, 경구투여시에 는 위산과의 반응에 의해 현저히 응집현상이 일어나며 따라서 나 노입자의 독성시험시 위장관 경로를 채택할 경우에는 생체이용 율 등 나노입자의 체내동태를 고려하여 평가할 필요가 있다고 판 단된다.
참고문헌
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