인체의 자철석 : 생체 대 인위적

Biogenic, 화학적으로 순수한 마그네타이트 결정은 Monera, Protista 및 Animalia 왕국 내의 광범위한 유기체 (예 : 자기 주위 미생물, 곤충, 연체 동물, 물고기, 새, 포유류)의 몸에서 발생합니다 (4). 이러한 유기체에서 마그네타이트는 방향과 탐색을 용이하게하는 자기장 감지의 한 유형의 생물 물리학 적 메커니즘의 기초를 형성합니다 (5, 6). 인간의 뇌에서 마그네타이트는 철 대사의 일부로 생물학적으로 침전되는 것으로 여겨지지만 (7) 현재 PNAS에서는 Maher et al. (2) 외부 소스에서 발생할 수 있음을 암시합니다.

대기 오염에는 가스 (예 : 질소 산화물, 오존, 이산화황)뿐만 아니라 크기가 수 나노 미터에 이르는 고체 입자도 포함됩니다. 수 마이크로 미터까지. 입자상 물질 (PM)로 알려진 이러한 입자는 자연적 과정과 인간 활동을 통해 생성되며 대기로 직접 방출되거나 대기 내에서 형성됩니다. 대기 순환의 결과로 주어진 환경에서 공기 중 입자는 마른 호수, 사막, 화재, 연기 더미, 교통 또는 광산 작업과 같은 지역 및 원거리 소스에서 파생 될 수 있습니다. 마그네타이트는 특히 도시 환경 (8)에서 대기 중 PM 오염의 풍부한 구성 요소로, 디젤 배기 가스, 브레이크 마모 입자, 지하 역의 공기, 철도 노선, 용접 작업장에서 확인되었습니다. 공기 중 PM은 대기, 환경 및 생태 학적 영향 (8) 외에도 심각한 영향을 미칠 수있을뿐만 아니라 호흡 할 때마다 수백만 건의 건강에 악영향을 미칠 수 있습니다. 자철광을 포함한 고체 입자가 우리의 호흡기에 들어갈 수 있습니다. 일단 흡입하면 거친 입자 (일반적으로 직경이 > 2.5 μm 인 입자로 정의 됨)가 상부 호흡기의 전도기도 표면에 퇴적 될 수있는 반면 더 작은 입자 (< 2.5 μm, PM2.5)는 가스 교환이 일어나는 폐의 가장 깊은 부분으로 이동할 수 있습니다 (9). 초미립자 (< 100 nm) 또는 나노 입자는 호흡기를 구성하는 세포 조직을 통과하여 혈액 순환과 폐외 기관으로 이동하지만 후각을 통해 이동할 수 있습니다. 신경, 중추 신경계 (10)로. PNAS에서 Maher et al. (2) 대기 오염에서 파생 된 마그네타이트 나노 입자를 연구 대상의 뇌로 전달하기 위해 후자의 메커니즘을 호출합니다. 이 저자들은 가설의 주요 논거 중 하나로 마그네타이트의 대부분 구형 모양을 사용합니다. 구형은 마모에서 파생 된 입자 (예 : 브레이크 마모 입자)와 대조적으로 연소에서 파생 된 입자 (예 : 디젤 배기 가스)의 전형입니다. ), 일반적으로 불규칙한 모양과 각진 형태 또는 내인성 입자로, 제자리에서 (예 : 뇌 내에서) 성장했기 때문에 진 면체가되는 경향이 있습니다 (7).Maher et al.에 의해 제시된 전자 현미경 이미지. (2) 연구 된 뇌에는 두 가지 유형의 마그네타이트 (구형 및 euhedral)가 존재하며, 이는 외부 (대기 오염)와 내부 (즉, 생체)의 두 가지 다른 소스에서 파생되었음을 시사합니다. 이 결론은 오염 된 지역의 공기 중 PM에서 흔히 볼 수있는 다른 전이 금속 나노 입자의 존재에 의해 더욱 뒷받침됩니다.

뇌 조직에서 외부에서 파생 된 자철석의 발견에서 발생하는 질문 중 하나는 풍부한 추가 마그네타이트가 인체 건강에 악영향을 끼치 지 않습니다. PM2.5에 대한 노출이 호흡기 및 심혈관 질환으로 인한 사망률 및 입원 증가와 관련이 있다는 것은 역학 및 독성 연구에서 잘 알려져 있습니다 (11). 거친 입자가 건강에 해로운 영향을 미칠 수 있다는 증거가 증가하고 있습니다 (12). 그러나 크기에 의존하는 것 외에도 상호 작용은 구조, 화학적 조성, 모양, 표면적 및 반응성, 흡착 특성 및 용해도를 포함한 다른 입자 특성의 영향을받습니다. 건강에 좋지 않은 영향에는 만성 기관지염, 천식 악화, 섬유증 및 폐암이 포함됩니다 (13). 이러한 질병의 기전과 입자 특성에 대한 의존성은 여전히 잘 알려져 있지 않습니다. 가장 가능성이 높은 메커니즘은 활성 산소의 과도한 생성과 관련이 있으며, 이는 세포막, 단백질 및 DNA에 대한 산화 적 손상뿐만 아니라 염증을 유발하고 지속시키는 화학 물질의 방출로 이어질 수 있습니다 (14, 15).

자철광의 인체 건강 영향과 관련하여 뇌와 호흡기 모두에 대한 발표 된 데이터가 있습니다. 예를 들어, 마그네타이트의 뇌에 존재하는 것은 알츠하이머 병을 포함한 여러 신경 퇴행성 질환과 관련이있을 수 있으며, 산화 스트레스가 발병의 핵심 역할을하는 것으로 보입니다 (16, 17). 24 시간 동안 다른 마그네타이트 크기 분획 (나노 입자 포함) 및 용량에 노출 된 인간 폐 세포를 사용한 시험관 내 실험에서 연구 된 입자가 약간의 세포 독성이기는하지만 ROS 형성, 미토콘드리아 손상 및 유전 독성 효과를 증가시키는 것으로 나타났습니다. (18). 그 결과 ROS 형성이 폐 세포에서 마그네타이트의 유전 독성에 중요한 역할을한다는 결론을 내릴 수있었습니다. 반면에, 마그네타이트 나노 입자는 표면 개질 (즉, 코팅) 될 때 훨씬 덜 독성이있을 수 있습니다 (19).

그러나 인간에게 마그네타이트의 존재는 생물학적 가능성을 포함하여 다른 잠재적 인 영향을 미칩니다. 휴대 전화, 전력선 및 가전 제품에서 생성되는 약한 자기장과 관련된 장애 또는 MRI 절차 중 강한 자기장에 노출되어 고장 포화 효과 (7). 동시에 마그네타이트 나노 입자는 표적 약물 전달을위한 운반체로 사용될 수 있기 때문에 생의학 분야에서 특별한 관심을 받고 있습니다 (20). 더욱이 마그네타이트 나노 입자는 고열에 기반한 암 치료에 활용 될 수 있는데, 교류 자기장의 적용에 의해 유도 된 열은 암세포의 괴사를 유발하지만 주변 정상 조직을 손상 시키지는 않습니다 (21). 다양한 연구자들은 내인성 마그네타이트가 인간의 뇌와 다른 유기체에서 정보의 인식, 변환 및 장기 저장에 핵심적인 역할을 할 수 있다고 제안했습니다 (22).

세포에서 마그네타이트 발생 따라서 조직은 흥미로운 이분법을 나타냅니다. 한편으로 미네랄은 다양한 유형의 유기체의 자기 수용 및 탐색, 따라서 생존에 핵심적인 역할을 할 수 있으며, 다른 한편으로는 특히 다음과 같은 경우 인간에게 해로운 영향을 줄 수 있습니다. 오염 된 도시 환경에서 높은 PM 농도에 노출됩니다.