Protective effects of Hibiscus syriacus L. (Mugunghwa) on the skin against inflamm-aging

박설웅 경희대학교 대학원 2021 국내박사

연구배경:“Inflamm-aging”이란 피부의 건강과 노화에 있어서 새로운 용어이다. Inflamm-aging은 염증성 노화라고도 알려져 있으며, 만성 염증과 지속적인 낮은 수준의 자극으로부터 유발되는 염증을 말한다. 이것은 노화의 진행을 증가시키고 궁극적으로는 피부 방어 시스템을 고갈시키는 다양한 피부 변화를 유발시킨다. 일반적으로 “무궁화” 라고 알려져 있는 Hibiscus syriacus (H. syriacus)는 한국의 국화이다. 비록 히비스커스 종의 피부 효능에 관한 많은 연구가 있지만, H. syriacus 에 대한 연구는 거의 없다. 게다가, H. syriacus의 생물학적 효능 성분을 다른 Hibiscus 종과 비교한 연구는 없었다. 연구목적: 이번 연구는 염증성 노화 피부에 대한 H. syriacus 의 보호 효과를 확인하기 위해 수행하였다. 또한, 이번 연구에서는 “Inflamm-aging” 에 대한 H. syriacus(목근피와 꽃)의 피부 보호 효과를 in vitro 와 인체적용시험을 통해 검증하는 것에 초점을 맞추었다. 연구방법: Part A에서는 H. syriacus 의 항노화 그리고 항염 활성을 in vitro 연구를 통해 성공적으로 확인하였다. 분자 생물학적 방법으로 ELISA 키트를 사용하여 MMP-1, MMP-3, IL-6, type I procollagen, IL-1ß 그리고 COX-2의 단백질 발현량을 확인하였다. MMP-1, type I procollagen, IL-6, IL-1ß 그리고 COX-2의 mRNA 발현량을 RT-PCR 방법을 사용하여 확인하였다. Western blot 분석법을 사용하여 pERK, pJNK 그리고 p38 의 단백질 발현량을 확인하여 MAPKs/AP-1 기전을 확인하였다. Part B에서는 세 가지 임상실험을 실시하여 H. syriacus 의 주름 방지, 피부 진정 및 모공 개선 효과를 확인하였다. 이것은 인체적용시험에서 각각 크림, 마스크팩, 앰플로서 피부에 적용되었다. 연구결과: Part A에서, H. syriacus cortexes (HC)가 광노화를 유의적으로 감소시키는 반면, H. syriacus flowers (HF)가 염증 손상으로부터 피부 세포를 가장 효과적으로 보호한다는 것을 보여주었다. 첫째, HC는 UVB 를 조사한 대조군과 비교하여 MMP-1 (54.4% 감소), MMP-3 (51.3% 감소), IL-6 (20.5% 감소), AP-1 (34.9 % 감소), p-c-Jun (14.8% 감소) 그리고 p-ERK (6.0% 감소)의 단백질 발현량을 나타내었다. 또한, HC 는 히알루로난 자극(358.7%)을 통해 피부 보습 활성을 촉진시켰다. 반면, HF는 NO 생성을 96.4% 감소 시켰다. 또한, LPS를 처리한 대조군에 비하여 단백질 발현량을 IL-6, IL-1β, COX-2, p-JNK, p-ERK, 그리고 p-p38 의 발현량을 각각 12.8%, 22.2%, 29.2%, 47.6%, 43.2% 그리고 80.4% 감소 시켰다. 또한, HF는 상처 부위를 38.9% 감소시키는 것을 확인하였다. Part B에서, 세 가지 인체적용시험 중, 첫 번째 인체적용시험은 H. syriacus 추출물을 함유한 페이셜 크림을 12주간 사용하였을 때 대조군과 비교하여 22.9%의 주름 개선 효과를 발생시키는 것을 확인하였다. 두번째 인체적용시험에서는 H. syriacus 추출물이 함유된 마스크팩을 4주간 사용하였을 때 피부 수분을 8.01% 증가시켰다. 마지막으로, 세번째 인체적용시험은 H. syriacus 추출물이 함유된 앰플을 4주간 사용하였을 때 모공 크기를 7.88% 감소시키는 것을 확인하였다. 결론: 이번 연구에서, H. syriacus 는 한국의 국가 브랜드 정체성을 세계 무대에서 차별화하고 더욱 확고히 할 수 있도록 널리 사용되는 소재로서 발전 가능성을 보여주었다. 하지만, 향후 피부 장벽과 색소침착과 같은 염증성노화에 대한 추가 연구가 필요하다. Background: “Inflamm-aging” is a new word in skin health and aging. Inflamm-aging, also known as inflammaging, describes chronic and continuous low-grade inflammation. It causes a number of skin changes that increase the aging process and ultimately exhausts the skin’s defense system. Hibiscus syriacus L., commonly known as “Mugungwha” in Korean, is a Republic of Korea’s national flower. Although Hibiscus has various studies on the beneficial effects onto human skin, studies of H. syriacus have been rarely described. Objectives: This study was conducted to confirm the protective effects of H. syriacus L. on skin against inflamm-aging. In this study, It was studied that the skin inflamm-aging effects of H. syriacus (cortexes and flowers), which were investigated using in vitro studies and clinical studies. Methods: In the part A, the anti-aging and anti-inflammatory activities of Hibiscus syriacus extract were successfully detected in vitro studies. Molecular assays were performed including MMP-1, MMP-3, IL-6, type I procollagen, IL-1ß and COX-2 using ELISA kits. MMP-1, type I procollagen, IL-6, IL-1ß and COX-2 were analyzed by RT-PCR. Western blot analysis was performed to detect AP-1 and MAPKs, pERK, pJNK and p38 activation levels. In the part B, Three cases of clinical trials were conducted to confirm that anti-wrinkle, skin soothing and pore-improving effects of H. syriacus. Which is applied to human skin as cream, facial mask and an ampoule, respectively in clinical studies. Results: In the part A, results showed that H. syriacus cortexes (HC) significantly reduced skin photoaging, while H. syriacus flowers (HF) most effectively protected skin cells against inflammatory damage. First, HC showed that the protein expression levels of MMP-1 (down to 54.4%), MMP-3 (down to 51.3%), IL-6 (down to 20.5%), AP-1 (down to 34.9 %), p-c-Jun (down to 14.8%) and p-ERK (down to 6.0%) respectively, compared with that in UVB irradiation control cells. In addition, HC enhanced skin hydrating activity by hyaluronan stimulation (358.7%). On the other hand, the NO production decreased by 96.4% with HF. And HF showed decreased protein expressions of IL-6, IL-1β, COX-2, p-JNK, p-ERK, and p-p38 by 12.8%, 22.2%, 29.2%, 47.6%, 43.2%, and 80.4% respectively, compared with that in LPS treated control cells. Also, HF possessed a 38.9% reduction of wound site. In the Part B, among the three clinical trials, the first clinical test demonstrated that facial cream containing H. syriacus extract can generate 22.9% wrinkle-improvement effects to the subjects when used for 12 weeks compared to the control group. In the second clinical trials, facial mask sheet containing H. syriacus extract increased skin hydration of the subject by 8.01% when used for 4 weeks. Last, the third clinical trials showed that the pore volume size of the subject who applied ampoules containing H. syriacus extract for 4 weeks decreased by 7.88% Conclusion: In this study, H. syriacus showed great potential for further development as a prominently effective material, representing Korea’s national brand identity on the global stage. However, further researches are needed for inflamm-aging on the skin barrier and pigmentation in the future.

Aging effect on leaching characteristics of heavy metals of MSW stoker type incinerator residues

전미희 창원대학교 2006 국내박사

도시쓰레기 스토커 소각로 소각잔재물의 물리적 및 화학적 배출특성을 파악하고 에이징에 따른 용출특성의 변화를 살펴보기 위해 1일 200톤의 쓰레기를 소각처리하는 소각로에서 시료를 채취하였다. 바닥재의 물리 화학적 배출특성은 grate shifting ash와 혼합바닥재에 대하여 살펴보았고, 비산재는 대기오염 방지시설별로 각각 채취하여 특성을 파악하였다. 그리고 에이징에 따른 소각잔재물의 용출특성 변화에 대한 결과는 안정적 처리의 측면에서 뿐만 아니라 저장 및 매립시의 중금속 및 이온성 물질의 용출 특성 예측에 유용한 자료로 사용될 수 있을 것으로 사료된다. 휘발성이 강한 납과 카드뮴은 바닥재보다는 비산재 중의 함유량이 높았고 구리의 함유량은 바닥재에서 아주 높게 나타났다. 총크롬은 폐열보일러 재의 함유량이 가장 높게 나타나 다소 다른 경향을 보였다. 이는 화격자 재질 중의 크롬화합물이 장기간 고온에 노출되어 휘발되었을 가능성이 큰 것으로 사료된다. 혼합바닥재의 강열감량은 main grate shifting ash보다 낮았고, burn-out grate shifting ash보다 약간 높게 나타나 grate shifting ash를 분리 포집하여 연소로에 재투입하면 연소효율을 증대시킬 수 있을 것으로 사료된다. 혼합바닥재 중의 중금속 함유량 및 용출량은 main grate shifting ash보다 훨씬 낮았고 burn-out grate shifting ash와 비슷한 수준을 보였다. 금속의 함유량 및 용출량을 입경별로 살펴보면, grate shifting ash의 경우 0.5㎜이하의 미세 입경에서 가장 높았으나 혼합바닥재에서는 납과 중금속을 제외한 나머지 금속성분들은 3.35㎜이상의 큰 입경에서 높게 나타났다. 이들 바닥재의 황산이온의 용출농도는 납, 구리, 칼슘의 용출농도와 상관성이 91%로 아주 높았다. 비산재중 백필터 포집재에서 납과 카드뮴의 함유량이 가장 높은 것으로 나타났다. 이것은 소각 시 휘발되었던 금속이 냉각과정을 거치면서 배출가스 중의 미세입경의 표면에 흡착되어 나타난 결과로 사료된다. 각 대기오염 방지시설에서 포집된 재의 XRD 분석결과를 살펴보면, 폐열보일러 포집재는 CaSO4, 반건식 반응탑 포집재는 CaCO3, 그리고 백필터 포집재에서는 Ca(OH)2 형태의 칼슘화합물이 지배적인 것으로 나타났다. CaSO4는 연소가스중의 SOx성분이 폐열보일러에서 냉각 시 칼슘과 반응한 것으로 여겨지며, 반건식 반응탑에서 주입된 Ca(OH)2 중 일부는 이산화탄소와 반응하여 CaCO3가 형성된 것을 사료된다. 백필터에서는 반건식 반응탑을 통과한 배출가스 중의 미반은 소석회가 포집되어 Ca(OH)2 피크가 높게 나타나고 이것은 결국 납의 용출을 용이하게 하는 요인이 된다. 바닥재의 에이징은 혼합바닥재를 초기 수분 함유량을 유지한 시료, 건조한 시료, 그리고 자연적 건조 상태의 시료로 나누어 실시하였다. 함수량을 일정하게 유지한 시료를 개방상태로 두었을 때, pH의 3단계 변화를 뚜렷이 확인할 수 있었다. 납의 용출량은 60일 동안 에이징한 수분함유 시료의 경우 0.60㎎/L로 감소하였고, 자연건조상태의 시료에서는 납의 용출량 감소 속도가 다소 느리게 진행되었다. 납의 용출량 변화는 칼슘의 용출량 변화와 비슷한 경향을 띠었다. 구리의 용출량은 수분을 함유한 개방시료에서 110일 동안 초기 1.946㎎/L 용출농도에 거의 변화가 없었으나, 점점 감소하여 0.2㎎/L가 되었다. 그러나 수분을 함유한 밀폐시료와 자연건조시료에서는 구리의 용출량이 150일 이후 2배 이상 증가하였다. 초기 건조한 시료는 에이징에 따른 물리 화학적 변화는 명확하게 관찰되지 않았다. 그러나 건조 후 중금속의 용출량이 감소하는 현상을 보였다. 비산재의 에이징에 있어서도 개방시료의 경우 대부분 3단계의 pH 변화를 보였다. 그러나 백필터 단독시료와 반건식 반응탑과 백필터의 혼합시료는 개방조건에서도 pH 감소 속도가 느렸고 수분의 영향을 많이 받는 것으로 드러났다. 백필터 단독시료 및 백필터를 함유한 혼합시료의 경우 흡습성이 높아 함수율의 변화가 아주 크게 나타났고, 결국 이러한 함수율의 증가는 비산재 입자사이에 이산화탄소의 침투를 방해하여 시료의 carbonation을 저지하는 것으로 사료된다. 납의 용출률은 개방시료의 경우 효과적으로 제어할 수 있었다. 특히, 폐열보일러를 함유한 혼합 비산재의 에이징에서 납의 용출량 감소 속도가 빠르게 진행되는 것으로 확인되었다. 이것은 폐열보일러 재에서 황산이온의 용출량이 상당히 높은 것과 연관성이 있을 것으로 사료된다. 즉, 용출이 쉬운 상태의 SO42-이 반건식 반응탑 및 백필터 포집재 중의 Ca(OH)2와 혼합되면서 CaSO4·H2O의 형성이 용이하게 이루어져 carbonation이 활발히 진행된 결과로 사료된다. 세 가지의 비산재가 같은 비율로 혼합된 개방시료에서 납의 용출농도가 20일 후 우리나라 지정폐기물의 용출농도기준보다 훨씬 낮은 1.545㎎/L였고 현장에서 실재 배출되고 있는 3:2:5의 비율을 갖는 개방시료는 40일 이후 0.927㎎/L이 되었다. 그러나 이 시기의 pH는 여전히 강염기성을 띠고 있어, 초기 에이징에서 납의 용출의 감소는 pH의한 영향보다 carbonation에 의해 새로의 생성된 secondary mineral의 표면에 흡착되거나 함유되는 등의 화합물의 재배치에 따른 영향으로 사료된다. 카드뮴의 용출농도는 반건식 반응탑 단독 시료와 혼합시료의 개방상태에서 130일 이후 증가하고 이 때의 pH가 9이하로 나타나 카드뮴의 용출농도와 pH사이에 어떤 상관관계가 형성될 것으로 사료된다. 이 시기에 마그네슘과 황산이온의 용출량도 증가추세를 보인다. 도시쓰레기의 소각 잔재물에는 상당한 양의 칼슘이 함유되어 있다. 바닥재의 냉각 시 이들 소각 잔재물에 함유되어 있던 CaO는 수화하여 Ca(OH)2를 형성하여 바닥재의 pH를 강염기성을 띠게 하고 결국 양쪽성을 갖는 납의 용출을 용이하게 한다. 폐열보일러재의 경우 CaSO4형태의 칼슘이 많이 함유되어 있는 것으로 XDR 분석결과 확인되었고 hydration에 의해 CaSO4·H2O의 형성으로 폐열보일러의 pH가 10부근임을 설명해주고 있다. 반건식 반응탑에서 산성가스 제어를 위해 Ca(OH)2가 투입되었으나, 반응탑의 수분 및 이산화탄소와의 접촉으로 carbonation이 발생하여 CaCO3가 형성되어 납의 용출률을 감소시키는 것으로 사료된다. 한편, 미반응된 Ca(OH)2는 백필터 포집재에 잔류하며 Pb의 용출률을 증가시키는 것을 여겨진다. 칼슘의 화합물이 중금속의 용출에 미치는 영향을 살펴보기위한 실험에서, 폐열보일러 재에 Ca(OH)2를 첨가한 결과 Pb의 용출률이 상당히 증가하는 것으로 확인되었고 이것은 Ca의 영향과 함께 pH 증가로 인한 영향으로 해석될 수 있을 것이다. 용출용매의 pH를 염기성으로 고정한 상태에서 CaCl2를 첨가한 용출시험결과, 납의 용출률은 약 5배 정도 증가하는 것으로 나타나 칼슘이 납의 용출을 용이하게 함을 확인할 수 있었다. 혼합비산재의 에이징 결과를 살펴보면, pH가 여전히 강염기성을 띠고 있는 상태에서도 중금속의 용출률은 감소하는 것으로 나타났다. 특히 에이징 초기단계에서 납의 용출률은 pH의 감소에 따른 영향보다는 carbonation에 의해 발생하는 화합물들의 재배치에 의해 효과적으로 제어되는 것으로 판단된다. Aging process can change and alter the physical properties and chemical speciation of municipal solid waste incinerator (MSWI) residues containing high level of calcium. In particular, carbonation, hydration and sorption are main reaction occurred during aging of MSWI residues. In this study, characteristics of MSWI residues were investigated in advance to get information such as metal contents and leaching concentration. The effect of aging on the release of inorganic ions was also studied. Samples were collected from a continuous stoker type incinerator in which 200 tons of MSW can be treated everyday. Bottom ash samples were separately collected from main grate shifting ash, burn-out grate shifting ash, and quenched bottom ash. Each bottom ash was screened by 5 steps of particle size. Experimental results were analyzed in terms of particle size distribution and sampling points. Fly ash was also sampled in each of air pollution control facilities such as waste heat boiler (WHB), semi-dry reactor (SDR), and bag filter (BF). Volatile metals such as Pb and Cd mainly existed in bag filter ash, while Cu was considerably high in bottom ash especially in main grate shifting ash. It seems that Cd and Pb could be easily volatilized during combustion and adsorbed onto the surface of particles in flue gases when they were cooled, which was accomplished by the volatilization/condensation theory. T-Cr content was relatively high in waste heat boiler ash because of volatilized Cr from grate materials which were exposed to high temperature for a long operation period as well as MSW. Ignition loss of quenched bottom ash (QBA) was higher than that of burnout grate shifting ash, and total content and leaching amount of heavy metals of QBA were lower than main grate shifting ash. Thus, ignition loss of QBA can be effectively reduced by re-combustion of grate shifting ash collected before entering cooling system. As MSW moved toward burnout grate, total content and leaching amount of Pb and Cu in grate shifting ash decreased, but T-Cr, Na, and Mg showed the different results. Total content and leaching amount of metals were mostly the highest in fine particles less than 0.50㎜ for grate shifting ashes. In case of QBA, however, they were mainly the highest in coarse particles which were greater than 3.35mm except Pb and Cd. It was also confirmed that there is a relationship between SO42- and metals such as Pb, Cu, and Ca in the leachate of bottom ash. Fly ash was separately collected from WHB, SDR, and BF. Total contents of Pb and Cd were the highest in BF ash, which seems that volatile metals could be easily adsorbed onto the fine particles through the volatilization/condensation process. WHB ash contained high concentration of T-Cr and Cu. Ca content was very high in SDR ash and BF ash attributed from injection of lime in SDR. According to the XRD results, WHB ash had mainly CaSO4 peak and CaCO3 peak showed relatively high in SDR ash. The peak of Ca(OH)2 appeared only in BF ash. The release of Pb was prominently high in BF ash. It seems that carbonation of SDR ash and un-reacted Ca(OH)2 in BF ash has an effect on the leaching of Pb. T-Cr leaching was prevalent in WHB ash. The addition of Ca compounds caused the increase of Pb leaching concentration from WHB ash. Pb leaching ratio was 0.4% for WHB ash, but it increased up to 7% when Ca(OH)2 was added into the leaching solvent. In addition, CaCl2 had more than 30% of Pb leaching ratio in the leaching of WHB ash with alkaline solvent. Consequently, it shows that the release of Pb can be effectively achieved by adding of Ca compounds as well as by other alkaline solvents. Three major stages of pH were identified in the open condition of quenched bottom ash with addition of distilled water (QBA(wet)) during 360 days of aging. Pb leaching concentration was lowered to 0.60㎎/L after 60 days when QBA(wet) sample was placed in an open condition. And the reduction rate of Pb leaching amount was retarded in the natural aging of QBA. In addition, the change pattern of Pb leaching amount was very similar with the result of Ca leaching concentration. The release of Cu has been kept at the initial level for 110 days and then gradually declined to 0.2㎎/L. On the other hand, Cu leaching concentration increased up to two times of the initial value after 150 days when quenched bottom ash was placed in the closed state and natural weathering condition. Dried bottom ash had no significant physical and chemical changes during aging period. The results said that moisture content had to be maintained at a certain level to effectively stabilize the release of metals and anions by aging method. In addition, the initial leaching level of heavy metals from QBA(dry) sample was lower than that from quenched bottom ash. Thus, it was also confirmed that hydrothermal treatment also had an effect to control the release of heavy metals from MSWI bottom ash. Three major stages were identified in the change of leachate pH from open conditions of SDR ash and mixed fly ash, except that from the mixed SDR ash and BF ash during 360 days of aging period. Moisture content of mixed fly ash containing BF ash showed remarkable changes in open samples, which caused transformation of mixed fly ash and inhibited diffusion of CO2 gas into the particles. Pb leaching concentration of fly ash was effectively controlled by aging at an open state. It took only 20 days and 40 days to be lowered the concentration below the guideline level of the Korean Standard Leaching Test for Hazardous Waste for mixed fly ash with 3:3:3 ratio and 3:2:5 ratio, respectively. In addition, open state of BF ash showed significant decrease of Pb leaching for only 10 days. It seems that the release of Pb from initial aging stages of MSWI residues may be controlled by carbonation rather than decrease of pH. Cd leaching concentration became a problem 130 days after SDR ash and the mixed fly ash were placed in open state, except sample mixed SDR ash and BF ash. As a results, Cd leaching amount can be said to have a relationship with pH, especially in weak alkaline conditions.

Environmental Fate and Transformation of Microplastics: Aging, Adsorption, and Interactions with Organic Matter in Freshwater Aquatic Systems

ZAFAR RABIA 세종대학교 대학원 2025 국내박사

Microplastics (MPs) have emerged as a major environmental concern due to their persistence and complex interactions in aquatic systems. As these particles undergo physical, chemical, and biological transformations, their ability to adsorb and transport various organic substances and contaminants changes, influencing their environmental behavior. Understanding these interactions is crucial, as they impact the fate, mobility, and ecological risks of MPs in natural and engineered water systems. However, existing knowledge on how environmental factors, such as aging, organic matter interactions, and competitive adsorption, shape MP behavior remains limited. Additionally, MPs release dissolved organic compounds that further complicate adsorption dynamics, requiring improved methods to track and quantify their contributions in complex systems. The need for reliable, cost-effective tools to differentiate MP-derived dissolved organic matter from other organic sources is essential for assessing its role in natural waters and treatment processes. Addressing these knowledge gaps is critical for refining predictive models, improving pollution management strategies, and developing effective mitigation approaches. This research aims to advance understanding of MP interactions under realistic environmental conditions, providing insights that can inform future studies and policies to better assess and manage the risks associated with MPs in aquatic environments. In the first step, we explored the effects of abiotic and biotic aging processes on the adsorption behavior of aquatic HS on MPs. Aging experiments were conducted using polyethylene (PE) as a representative MP, in which UV irradiation and microbial incubation were applied to mimic the natural abiotic and biotic aging processes. Surface modifications after the aging treatments were evidenced by the appearance of C-O, C=O, O-C=O, and -OH groups; the formation of grooves on UV-aged PE; and the formation of biofilms on the surface of bio-aged PE. The specific surface areas of both treated PE MPs increased with aging. Higher HS adsorption on PE surface was observed after the aging treatments, with a highest kinetic rate for UV-aged PE than that for bio-aged PE. The adsorption isotherm models revealed that the aging processes enhanced the HS adsorption tendency, as evidenced by the highest adsorption capacity for UV-aged PE (~187 µg C/m2), followed by bio-aged PE (~157 µg C/m2) and pristine PE (~87.5 µg C/m2). The difference was more pronounced at a lower pH. The enhanced HS adsorption was mainly attributed to the formation of hydrogen bonds, whereas HS adsorption on pristine PE was dominated by hydrophobic interactions and weak van der Waals interactions. Among the two identified fluorescent components (terrestrial humic-like C1 and protein-like C2), C1 exhibited a higher affinity for adsorption onto PE irrespective of aging. Our findings provide insights into the substantial changes that occur in the interactions between MPs and aquatic organic matter with aging processes, which may alter the fate and environmental impacts of MPs in many aquatic systems. In the second step, we examined the preferential adsorption behavior of extracellular polymeric substances (EPS) on two commonly used microplastics (MPs), including polyethylene (PE) and polypropylene (PP), through adsorption kinetics and isotherm experiments. The effects of UV aging on EPS adsorption were also explored. The results showed that EPS adsorption was greater on UV-aged MPs than on pristine MPs, with an adsorption capacity of approximately 27.0 mg-C/m2 for aged PP-MPs and 23.5 mg-C/m2 for pristine PP-MPs, and 16.4 mg-C/m2 for aged PE-MPs and 12.5 mg- C/m2 for pristine PE-MPs. Fourier transform infrared (FTIR) spectra revealed that EPS adsorption was governed by hydrogen bonds between EPS molecules and methylene groups in pristine MPs and C=O, C-O groups in UV-aged MPs, as evidenced by the addition and the reduction of the related peaks shown in MP surfaces and residual EPS after adsorption, respectively. Fluorescence spectroscopy revealed that protein-like components exhibited higher Freundlich adsorption affinity (i.e., Kf), ranging from 0.34 to 1.29 (RU.L m-2) (RU.L-1)n than humic-like components (0.01 to 0.12 (RU.L m-2) (RU.L-1)n ). The EPS molecular distribution was consistent with the FTIR results, showing preferable adsorption of biopolymer versus humic substances fraction. Two- dimensional correlation spectroscopy combined with FTIR (2D-COS-IR) revealed that polysaccharides in EPS were more preferentially adsorbed onto MPs and the order of the sequence was polysaccharides > proteins > humic-like substances for all MPs tested. This study provides new insight into the complex adsorption behavior of heterogeneous EPS on MPs and the associated alterations in the potential environmental fate of MPs. In third step, the multicomponent adsorption system was considered to underscore the intricate roles of aquatic humic substances (HS), which vary with environmental conditions, in influencing PHE-MP interactions. This study investigates the variable and environmentally sensitive roles of HS in modifying the interactions between PHE and polyethylene (PE) MPs under laboratory-simulated aquatic conditions with varying solution chemistry, including pH, HS types, HS concentrations, and ionic strength. Our findings show that the presence of HS significantly reduces the adsorption of PHE onto both pristine and aged PE MPs, with a more pronounced reduction observed in aged PEs. This effect is highlighted by a notable decrease in the partitioning coefficient (Kd) of PHE, which falls from 2.60 × 104 to 1.30 × 104 L/kg on MPs in the presence of HS. The study also demonstrates that alterations in the net charge of HS solutions are crucial in modifying PHE distribution onto PEs. An initial decrease in Kd values at higher pH levels is reversed when HS is introduced. Furthermore, an increase in HS concentrations is associated with lower Kd values. In conditions of higher ionic strength, the retention of PHE by HS is intensified, likely due to an enhanced salting-out effect. This research highlights the significant role of aquatic HS in modulating the distribution of PHE in MP-polluted waters, which is highly influenced by various solution chemistry factors. The findings are vital for understanding the fate of PHE in MP-contaminated aquatic environments and can contribute to refining predictive models that consider diverse solution chemistry scenarios. Finally, instead of particles the environmental fate of MP-derived DOM was investigated. For that, the adsorption behaviors of MP-DOM and aquatic NOM mixtures onto two adsorbents: kaolinite and granular activated carbon (GAC). Among several optical tracers, the log-transformed (H+P)/L ratio, a fluorescence-based tracer, the, was validated as the most effective tool for distinguishing between the two DOM sources and employed to quantify MP-DOM contributions using end-member mixing analysis (EMMA). Deviations from ideal mixing behavior were observed after adsorption, with preferential adsorption of aquatic NOM at various mixing ratios of the mixtures. MP- DOM tracking revealed non-ideal mixing behaviors driven by synergistic effects, which varied with adsorbent type and mixing ratios. On kaolinite, aquatic NOM facilitated MP-DOM adsorption by introducing additional functional groups on the surfaces, enhancing hydrogen bonding and ligand exchange mechanisms. Conversely, MP-DOM adsorption onto GAC was inhibited by preferential NOM adsorption, which blocked or constricted GAC pores, hindering the adsorption of small MP-DOM molecules. This study highlights the utility of fluorescence indices, such as the log-transformed (H+P)/L ratio, as cost-effective and reliable tracers for MP-DOM tracking. These findings offer insights into competitive DOM adsorption dynamics in systems contaminated with MPs. Further research is recommended to further validate these findings under diverse environmental conditions and with alternative source-tracking tools, such as stable isotope- labeled DOM. 미세플라스틱 (Microplastics, MPs)은 수환경 내에서의 지속성과 복잡한 상호작용으로 인해 주요 환경 문제로 부상하고 있다. 이러한 입자들은 물리적, 화학적, 생물학적 변화를 겪으면서 다양한 유기물질 및 오염물질을 흡착하고 운반하는 능력이 변화하며, 이는 환경 내 거동에 큰 영향을 미친다. 이와 같은 상호작용을 이해하는 것은 자연 및 인공 수처리 시스템에서 미세플라스틱의 이동성, 생태학적 위험에 대한 평가에 필수적이다. 그러나 환경노출, 유기물 상호작용, 경쟁흡착과 같은 환경요인이 미세플라스틱의 거동에 미치는 영향을 규명한 기존 연구는 부족한 실정이다. 또한, 미세플라스틱에서 용출되는 용존유기물 (Dissolved organic matter, DOM)은 흡착 역학을 더욱 복잡하게 만드므로 이를 추적하고 정량화 할 수 있는 개선된 분석 방법이 필요하다. 미세플라스틱 유래 용존유기물(MP-DOM)을 다른 유기물 기원과 구별할 수 있는 신뢰성 있고 비용 효율적인 분석 방법은 수환경 및 수처리 공정에서 MP-DOM의 역할을 평가하는 데 매우 중요하다. 이와 같은 연구 격차를 해소하는 것은 예측 모델의 정밀도를 높이고, 오염 관리 전략을 개선하며, 효과적인 저감 방안을 마련하는 데 필수적이다. 따라서 본 연구는 실제 환경 조건에서 미세플라스틱의 상호작용을 규명하여, 향후 수환경에서 미세플라스틱과 관련된 위험을 평가하고 관리하기 위한 연구와 정책 수립에 기여할 실질적인 기초 자료를 제공하는 것을 목표로 한다. 첫 번째 단계에서는 수중의 휴믹물질 (Humic Substances, HS)과 미세플라스틱 간 흡착 거동에 대한 비생물적 및 생물적 환경노출의 영향을 조사하였다. 폴리에틸렌(PE)을 사용하여 자외선(UV) 조사와 미생물 배양을 통해 각각 비생물적, 생물적 변화 과정을 모사하였다. 환경 노출에 의한 표면의 변화는 C-O, C=O, O-C=O 및 -OH 작용기의 생성, UV 조사에 따른 PE 표면의 손상,생물학적 노출에 따른 PE 표면의 바이오필름 형성을 통해 확인되었다. 환경 노출된 비표면적은 증가하였고, HS 흡착이 증가하였으며 UV 노출보다 미생물 배양에 따른 흡착속도가 더 빨랐다. 흡착 등온선 분석 결과, 환경 노출에 따라 PC의 HS 흡착 경향이 증가하였으며, UV 노출 PE에서 가장 높은 흡착 용량(약 187 μg C/m²)을 보였으며, 미생물 배양 PE(약 157 μg C/m²)에서 중간 수준, 처리하지 않은 PE(약 87.5 μg C/m²)에서 가장 낮은 값이 관찰되었다. 이 차이는 낮은 pH 조건에서 더욱 두드러졌다. HS 흡착의 증가는 주로 수소 결합의 형성에 의해 설명되며, 미처리 PE에서는 소수성 상호작용과 약한 반데르발스 상호작용이 주요한 흡착 메커니즘으로 작용하였다. 형광 성분 중에서 토양 유래 휴믹 물질(C1)은 환경 노출 여부와 관계없이 단백질 유사 성분(C2)보다 더 높은 흡착 친화성을 보였다. 본 연구 결과는 환경노출을 통해 미세플라스틱과 수중 유기물 간의 상호작용에서 실질적인 변화가 발생함을 규명하였으며, 다양한 수계에서 미세플라스틱의 환경적 거동과 잠재적 영향에 변화를 초래할 수 있음을 시사한다. 두 번째 단계에서는 흡착 동역학과 등온선 실험을 수행하여 PE 및 폴리프로필렌(PP)에 대한 세포 외 고분자 물질(EPS)이 보이는 흡착 특성을 분석하고, UV 노출이 EPS 흡착에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과 UV 노출 미세플라스틱에서 더 높은 EPS 흡착이 관찰되었으며, 노출된 PP는 약 27.0 mg-C/m2, 미처리 PP는 23.5 mg-C/m2, 노출된 PE는 16.4 mg-C/m2, 미처리 PE는 12.5 mg-C/m2의 흡착량을 보였다. 푸리에 변환 적외선 분광법(FTIR) 분석 결과, EPS 흡착은 미처리 미세플라스틱에서는 메틸렌기, UV 노출된 미세플라스틱에서는 C=O, C-O 작용기와 EPS 분자간의 수소결합에 의해 이루어졌으며, 이는 흡착 이후 미세플라스틱 표면과 잔류 EPS에서 관련 피크의 변화를 통해 확인되었다. 형광 분광 분석 결과, 단백질 유사 성분(0.34 – 1.29 (RU∙L m-2) (RU∙L-1)n)은 휴믹 유사 성분(0.01 – 0.12 (RU∙L m-2) (RU∙L-1)n)보다 높은 Freundlich 흡착 친화도(Kf)를 나타냈다. EPS의 분자 조성은 FTIR 결과와 일치하였으며, 휴믹물질에 비해 바이오-폴리머가 미세플라스틱에 더 잘 흡착되는 경향을 보였다. FTIR과 결합한 이차원 상관 분광법(2D-COS-IR) 분석을 통해, EPS 내 다당류가 미세플라스틱에 우선적으로 흡착되는 것으로 나타났다. 미세플라스틱 흡착 순서는 다당류 >단백질 > 휴믹 유사 성분 순이었다. 본 연구는 EPS과 같은 고분자와 미세플라스틱의 복잡한 흡착 특성과, 이에 따라 변화할 수 있는 환경 내 미세플라스틱의 거동에 대한 새로운 이해를 제시한다. 세 번째 단계에서는 환경 조건에 따라 달라지는 수중 HS의 역할이 페난트렌 (PHE)과 미세플라스틱 간 상호작용에 미치는 영향을 규명하고자 다성분 흡착 시스템을 적용하였다. 실험실에서 모사한 수환경 조건에서 용액의 화학 특성(pH, HS 종류와 농도, 이온강도 등)을 변화시켜가며, HS가 PHE와 PE 사이의 상호작용에 미치는 영향을 분석하였다. 그 결과, HS는 미처리 PE와 노출된 PE 모두에서 PHE 흡착을 유의하게 감소시켰으며, 특히 노출된 PE에서 감소 폭이 더욱 크게 나타났다. 이러한 현상은 HS가 존재할 경우 PHE 분배계수(Kd)가 2.60 × 10⁴ L/kg에서 1.30 × 10⁴ L/kg로 감소한 결과를 통해 확인되었다. 또한 HS 용액의 순전하 변화가 PE 표면에서의 PHE 분포에 영향을 미칠 수 있음을 확인하였다. pH가 높은 조건에서는 초기에 PHE의 분배계수(Kd)가 감소하였으나, HS가 존재할 경우 증가하는 경향을 보였다. HS 농도가 높아질수록 Kd값은 감소하였다. 이온 강도가 높을 때에는 salting-out효과로 인해 HS에 의한 PHE의 보유능력이 더욱 강화된 것으로 나타났다. 이는 미세플라스틱으로 오염된 수환경에서 휴믹물질이 PHE의 분포를 조절하는데 중요한 역힐을 하며, 이는 다양한 화학조건에 따라 크게 달라질 수 있음을 시사한다. 본 연구는 이러한 환경 조건 변화에 따른 HS의 영향 메커니즘을 규명함으로써, 관련 예측 모델 개발과 수계 내 오염물질 거동 이해를 위한 중요한 기초자료를 제공한다. 연구 결과는 미세플라스틱에 오염된 수계에서 PHE의 환경적 거동을 이해하는 데 핵심적인 정보를 제공하며, 다양한 용액 화학 조건을 고려한 예측 모델의 정교화에 기여할 수 있다. 마지막으로, 입자 형태가 아닌 MP-DOM의 환경 내 거동을 규명하였다. 이를 위해, MP-DOM과 자연기원 용존유기물 (NOM) 혼합물이 흡착제 (카올리나이트, 입상활성탄(GAC))에 대한 흡착 거동을 분석하였다. 여러 광학적 지표 중, 형광 기반 지표인 로그 변환된 (H+P)/L 비율이 두 DOM 기원을 구별하는데 가장 효과적인 도구로 검증되었으며, 이를 활용하여 끝성분 분석(EMMA)을 실시해 MP-DOM의 기여도를 정량화 하였다. 흡착 후 다양한 혼합비 조건에서 수중 NOM이 우선적으로 흡착되면서 이상적인 혼합 거동에서 벗어나는 양상이 나타났으며, MP-DOM 추적 결과 이러한 비이상적 거동은 흡착제의 유형과 혼합비에 따라 달라지는 상승효과에 의해 유도된 것으로 판단된다. 카올리나이트에서는 NOM이 표면에 작용기를 도입하여 발생한 수소 결합과 리간드 교환이 MP-DOM의 흡착을 촉진한 반면, GAC에서는 NOM이 미세공극을 차단함으로써 저분자 MP-DOM의 흡착을 억제하는 것으로 나타났다. 본 연구는 로그 변환된 (H+P)/L 비율과 같은 형광 지표가 MP-DOM을 추적하는 데 있어 비용 효율적이고 신뢰성 높은 지표로 활용될 수 있음을 강조하며, 미세플라스틱으로 오염된 시스템에서 DOM의 경쟁 흡착 역학에 대한 이해를 제공한다. 향후에는 다양한 환경 조건에서의 반복적 검증과, 안정동위원소와 같은 추적 기법을 활용한 추가 연구를 통해 본 연구 결과의 타당성을 강화할 필요가 있다.

Aging and the brain: Biological and psychological mediators of atrophy and the ameliorative effect of calorie restriction in aged rhesus monkeys

Willette, Auriel A The University of Wisconsin - Madison 2010 해외박사(DDOD)

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The aging of the American population, accompanied by an increased incidence of chronic physical and neural disease states, will have a substantially negative impact on the long-term solvency of the economy. Although the prodromal dysregulation of physiological systems related to aging is clear, there is a paucity of research examining how these changes differentially impact the macro- and microstructural integrity of the aged brain. Psychological responsiveness to stress also appears to be an important correlate of age-related atrophy and is related to greater risk for dementia. All of these factors are able to induce atrophy by triggering oxidative stress. Furthermore, it is equally critical and complementary to investigate the impact of a therapeutic intervention that could reduce or mitigate the influence of these factors on age-related atrophy of the brain. Aged rhesus monkeys (Macaca mulatta) were used as an animal model of human aging. The monkeys were either fed normal or 30% calorie restriction (CR) relative to baseline intake diets. Biomarkers related to neuroinflammation, cerebrovascular health and metal ion accumulation in brain were considered, as well as an index of stress reactivity to different environments. Each of these factors was differentially related to regional and global atrophy for both volume and microstructure. Importantly, CR improved both physiological and psychological function and conferred substantial protection to the brain. Calorie restriction or CR mimetics may be important for improving the structure and function of the brain in old age.

Epidemiological Patterns and Age- and Sex-Specific Characteristics of Major Sexually Transmitted Infections in the Republic of Korea : A Nationwide Laboratory-Based Study (2018–2022)

권혁진 단국대학교 2026 국내석사

The older adult population in the Republic of Korea is rapidly increasing, and the risk of sexually transmitted infections (STIs) is concurrently rising among older adults who remain sexually active. However, most existing studies and national surveillance systems have focused on younger and middle-aged groups, leaving limited evidence regarding the epidemiological characteristics of STIs in older adult population. This study aimed to fill this gap by analyzing large-scale nationwide diagnostic data comprising 177,599 clinical specimens collected between September 2018 and December 2022. Multiplex real-time polymerase chain reaction (PCR) assays were performed on specimens obtained from primary and secondary medical institutions across the Republic of Korea, and positivity rates were calculated according to age and sex. Statistical analyses, including chi-square tests, Cochran–Armitage trend tests, relative risk (RR) estimations, and multivariable logistic regression, were conducted to identify significant associations. Chlamydia trachomatis (CT) and Neisseria gonorrhoeae (NG) showed the highest positivity among young adults aged 20–29 years, whereas Gardnerella vaginalis was most prevalent among older adults females aged ≥80 years. The positivity rate of Mycoplasma genitalium (MG) decreased up to the 70s but rose again in individuals aged ≥80 years, while Mycoplasma hominis (MH) remained high after the age of 50, showing a marked increase in the oldest-old group. These findings demonstrate that STIs remain an important public health issue among older adults and underscore the need for diagnostic and preventive strategies that extend beyond youth-centered approaches. This large-scale nationwide study provides baseline evidence for strengthening STIs surveillance and establishing age-inclusive screening and management guidelines for the Republic of Korea’s rapidly aging society.

Potential Role of PAR2-mediated Chemokines in Age-related Chronic Inflammation in the Kidney

Kim, Hyun Woo 부산대학교 2023 국내석사

Age-related chronic inflammation underlies many diseases including metabolic and immune dysfunctions during aging with increased senescence-associated secretory phenotypes (SASP) secreted by aging cells. Protease-activated receptor 2 (PAR2, F2rl1) is a well-known pro-inflammatory G-protein coupled receptor, but the detail of the PAR2-mediated aging mechanism has not been fully explored. Role of pro-inflammatory meditators of PAR2-mediated chemokines that belong to the SASP family was investigated utilizing SD rats aged 6 and 20 months, PAR2 KO mice aged 1.5 and 18 months, and cultured cell systems. Results of this study show that the expressions of PAR2 were increased in the aged SD rats, and gene expressions of chemokines were also increased in company with upregulated PAR2 expression. Chemokine-induced infiltration-related gene expressions of neutrophils and macrophages were enhanced in the aged kidney. As expected, gene expressions of the renal dysfunction markers and the SASP-related genes were significantly increased. Furthermore, the pro-inflammatory role of PAR2 in chemokine gene expressions during aging became clear in PAR2 KO mice. The gene expression of chemokines and their receptors were increased in aged wild-type mice, but decreased in aged PAR2 KO mice. Infiltration of neutrophils and macrophages was also reduced, and renal dysfunction was alleviated in aged PAR2 KO mice. Additional studies using cell culture systems tested the impact of oxidative stress on gene expressions of PAR2-mediated chemokines in epithelial cells, which was causally related to age-related inflammation. In conclusion, these results suggested PAR2-mediated chemokines induced age-related chronic inflammation through increased infiltration and recruitment of neutrophils and macrophages, leading to aging in the kidney. These findings provide a new insight into the understanding of plausible roles of PAR2-related chemokines in the kidney during aging process.

세포 노화과정에 있어서의 c-myb의 기능

이영희 전북대학교 대학원 2008 국내박사

This study addressed the possibility that c-myb plays a role in ageing process as a molecular strategy for cell survival. Using in vitro ageing model system of cultured human diploid fibroblasts(HDF), the author confirmed previous reports that reactive oxygen species(ROS) accumulated in aged cells with increasing senescence-associated β-galactosidase during ageing. Using methyl thiazolyl tetrazolium(MTT) assay for cell viability, we demonstrated further that after being treated with H2O2, the cell viabilities of aged HDF(passage over 50) were much greater than those of young cells(passage under 20). The expression of stress proteins such as Hsp27, 60 and 70 did not change both in young and in aged cells after being treated with H2O2 while the displacement of Hsp60 from mitochondria to cytosol was greater in young than in aged cells. At the same time, the apoptosis-sensitive and stress-activated protein kinase/Jun N-terminal kinase(SAPK/JNK) activities were higher in young than in aged cells. The displacement of Hsp60 from mitochondria to cytosol was blocked when SAPK/JNK activation was inhibited. These findings imply that aged cells are more resistant to apoptosis through blocking the displacement of Hsp60 and SAPK/JNK activation. In aged cells over 50 passages, the c-myb expression increased gradually with ageing and this increment was markedly influenced by oxidative stress, while young cells under 20 passages did not respond at all. To clarify the role of c-myb in oxidative stress, young cells under 20 passages which lacked c-myb expression were transfected with adenovirus-mediated c-myb to overexpress c-myb. These c-myb-overexpressed young cells survived well under oxidative stress as did aged cells. In addition, these c-myb-overexpressed young cells did not show SAPK/JNK activation, Hsp60 displacement and cytochrome C release as in aged cells. When the c-myb gene expression was suppressed by treatment with siRNA c-myb, even the aged cells showed a lowered cell viability and increased apoptosis as in young cells lacking c-myb expression. In conclusion, it is suggested that c-myb might act as a modulator of cell survival in ageing process by suppressing apoptosis in aged cells.

Identification of age-accelerated organ signatures and aging-slowing signatures from exercise

Minseo Park 광주과학기술원 2026 국내석사

Aging drives cellular dysfunction and increases disease risk. However, effective biomarkers for personalized anti-aging interventions remain scarce. Exercise represents a effective intervention, but the molecular mechanisms underlying its slowing- or reverse-aging effects are incompletely understood. I performed SomaScan-based plasma proteomics in 19 participants (age 22-43) across three timepoints: pre-exercise, post-exercise, and 3-hour recovery, identifying exercise-responsive proteins (exerkines) using ANOVA and linear mixed models controlling for individual variability. I identified 35 robust exerkines exhibiting significant temporal dynamics with tissue mapping revealing multi-organ origins including blood, brain, liver, and muscle. Cross-validation using GTEx bulk RNA-seq data (17,382 samples) for aging associations and UK Biobank Olink proteomics (n=54,219) for muscle function correlations identified four proteins with compensatory reverse-aging patterns. ARL2BP emerged as the most robust candidate, showing decreased expression with aging but increased expression with exercise. This integrative multi-platform approach establishes a molecular framework linking exercise-responsive proteins to aging processes, providing circulating biomarkers for personalized anti-aging interventions and early identification of high-risk populations. MS/LS 20241021 Minseo Park (박민서). Identification of age-accelerated organ signatures and aging-slowing signatures from exercise (운동으로 인한 노화 촉진 및 노화 지연 장기 징후 식별). College of Life Science and Medical Engineering. Department of Life Sciences. 2026. 33p. Prof. Sunjae Lee

Comparison of bite force changes in patients with unilateral temporomandibular joint osteoarthritis after stabilization splint therapy by different age groups

김지락 서울대학교 대학원 2025 국내박사

연구목적: 측두하악장애는 독특한 해부학적인 구조, 심리적인 측면, 환경관련 인자 등 다양한 요소들이 복합적으로 작용한다. 이 중 연령과 측두하악장애의 관련성에 대한 연구는 많이 시행되었지만, 구체적인 진단명에 따른 변화는 아직 명확하게 밝혀진 것이 없다. 대개 20~30대에서 호발하는 근육성 측두하악장애와 달리, 측두하악관절 골관절염은 연령이 증가함에 따라 유병률이 증가하는 경향이 있어 연령별로 그 특징이나 치료 효과가 다를 수 있다. 본 연구의 목적은 편측성 측두하악관절 골관절염 환자의 교합안정장치 치료 후, 나타나는 교합력의 변화를 연령에 따라 비교하는 데 있다. 연구방법: 측두하악장애 진단 기준 (Criteria for Temporomandibular Disorders)에 근거하여 편측의 측두하악관절 골관절염으로 진단받은 32명의 환자를 20~39세, 40~59세, 60세 이상 세 그룹으로 나누었다. 모든 환자에게 약물치료, 물리치료, 행동조절 치료 후 통증이 없는 상태에서 교합안정장치치료를 시행하였다. 교합안정장치치료 전, 치료 2주 후에서 6개월까지 내원기간 동안 교합력을 반복 측정하였다. 교합력 측정 장치 (Dental Prescale II, GC Corp., Tokyo, Japan)를 사용하여 최대 교합력, 좌우 교합력의 차이를 측정하고 연령에 따라 비교 분석하였다. 연구결과: 20~39세, 40~59세의 최대 교합력은 장치 착용 후 증가와 감소를 반복하면서 비슷한 수준으로 유의한 변화는 없었다. 60세 이상은 초기 교합력이 다른 군에 비해 유의하게 낮았지만 (P=0.011), 치료 후 최대 교합력은 관찰기간 동안 유의하게 증가하였다 (P=0.011). 특히, 치료 전 최대 교합력과 비교하여 2개월 후부터 유의하게 증가를 보였다 (P=0.004). 30~49세, 60세 이상은 최대 교합력의 좌우 비대칭성은 관찰기간 동안 유의한 변화는 없었다. 20~39세에서 초기 비대칭성이 장치 사용 2주 후에 유의한 개선되었고 (P=0.047), 이후 6개월 후까지 유지되었다. 결론: 노인에게 골관절염은 편측으로 발생하여도 전체 저작 기능을 떨어뜨리게 되고 회복하는 데 오랜 기간이 필요한 반면, 청년에게 발생하면 이환측만의 저작 기능이 감소하고 치료 후 빠른 시간 내에 회복한다. 이는 측두하악관절 골관절염 환자의 치료 후 회복 양상이 연령에 따라 다르고, 특히 노인 환자는 느린 회복 속도로 인해 더 긴 치료 기간이 필요하다는 것을 의미한다. 교합력을 고려한 연령별 측두하악관절 골관절염의 맞춤 치료 계획이 필요하다. Introduction: The etiology of temporomandibular disorders (TMD) involves multiple factors, including biological anatomy, psychological aspects, and social factors. Although many studies have investigated the association between age and TMD, specific changes according to detailed diagnostic categories have not been clearly elucidated. Unlike myogenous TMD, which is more prevalent among individuals in their 20s and 30s, temporomandibular joint osteoarthritis (TMJ OA) tends to increase in prevalence with age. Consequently, age-specific characteristics and treatment outcomes may vary. This study aimed to compare and analyze the changes in bite force following stabilization splint therapy in patients with unilateral TMJ OA by different age group. Methods: Thirty-two patients diagnosed with unilateral TMJ OA according to the Diagnostic Criteria for Temporomandibular Disorders (DC/TMD) were divided into three age groups: 20–39 years, 40–59 years, and 60 years and older. Occlusal stabilization splint treatment was performed for all patients after achieving a pain-free state through pharmacological treatment, physical therapy, and behavioral therapy. Bite force measurements were taken repeatedly from before treatment to 2 weeks and until 6 months following stabilization splint treatment. Bite force was measured using the Occlusal film and scanner (Dental prescale II, GC Corp., Tokyo, Japan), and maximum bite force and the symmetry index between left and right bite force were analyzed by age group. Results: In the 20–39 and 40–59 age groups, the maximum bite force showed fluctuations of increase and decrease after stabilization splint therapy, but no significant changes were observed. In individuals aged 60 years and older, the initial bite force was lower compared to other groups (p=0.011); however, the maximum bite force significantly increased during the observation period (p=0.011). Notably, a significant increase was observed starting from 2 months post-treatment compared to the pre-treatment maximum bite force (p=0.004). The asymmetry of the maximum bite force did not show significant changes during the observation period in the 40–59 and ≥60 age groups. In the 20–39 age group, the initial asymmetry significantly improved after 2 weeks of stabilization splint therapy (p=0.047), and this improvement was maintained up to 6 months. Conclusions: In older patients, unilateral osteoarthritis appears to compromise overall masticatory function and requires a longer recovery period, while in younger patients, the dysfunction is more localized to the affected side and recovery occurs more rapidly post-treatment. The recovery process for TMJ OA varies by age, with older patients requiring longer treatment due to slower recovery and younger patients recovering faster. This highlights the need for age-specific treatment plans that consider bite force.

Essays on Genetics of Brain Aging

고현웅 서울대학교 대학원 2022 국내박사

노화에 대한 관심의 증가는, 노화를 정의하는 다양한 방법을 산출했다. 최근 기술의 발전으로 뇌 연령 추정이라는 새로운 노화의 추정 방법이 등장했다. 뇌 연령은 뇌영상에서 얻어진 자료를 기반으로 추정되는 것이 일반적으로, T1 강조 뇌 자기공명영상이 대표적인 뇌영상 자료로써 추정에 활용되고 있다. 지난 10년 간, 뇌연령이 사람들의 개인적인 뇌 노화를 측정하는데 유용하고, 임상적인 지표로도 활용될 수 있음이 증명되었다. 하지만, 뇌 연령에 추정에 대한 방법은 여전히 수렴되지 않았고, 뇌 연령이라는 뇌 노화의 대리지표의 생물학적 타당도 역시 명확히 규명되지 않았다. 따라서 뇌 연령이 뇌 노화를 반영하기 위한 강건한 지표가 되기 위해서 추정방법의 개선 및 비교와 이에 해당하는 생물학적 타당도를 확보할 필요성이 있다. 이 논문은 뇌연령에 대한 2개의 연구로 구성이 되어있다. 첫 번째 논문은 T1-강조 영상과 확산 강조 영상을 활용한 다중 모달리티 기반 뇌영상 추정 방법을 제공하고, 7개의 뇌 연령 추정방법에 대한 성능을 비교한 연구를 수행하였다. 연구참여자는 UK Biobank의 34,430명의 T1-강조 영상 및 확산 강조 영상 모두 있는 사람들을 대상으로, 4,560명의 질병이 없는 건강한 사람들을 대상으로 뇌연령이 산출된 후, 나머지 29,870명의 참가자들에게도 적용되었다. 154개의 T1-강조 영상과 225개의 확산 강조 영상이 뇌영상을 추정하는데 사용되었다. 분석 결과, XGBoost가 가장 좋은 성능을 나타냈다(MAE = 3.50). XGBoost로 추정된 뇌연령은 다양한 건강지표들과 관련이 있는 것으로 나타났다. 두 번째 연구는 XGBoost로 추정된 뇌연령에 대한 유전학적 결과를 제공한다. 뇌 연령이 추정된 UK Biobank 34,430명 중, 유전형 데이터가 확보된 29,909명의 European ancestry를 대상으로 분석이 수행되었다. 먼저 전장유전체분석이 수행되었고, 이후에 발견된 유전변이에 대한 후-전장유전체 분석이 수행되었다. 뇌연령과 관련 있는 유전변이를 탐색하기 위하여 BOLT-LMM이 수행되었고, P < 5×10−8 수준에서 7개의 독립적인 변이가 확보되었다. 7개 중 2개의 변이가 뇌연령과 관련이 있는 잠재적 인과 변이로 간주되었다: rs35771878 및 rs2316768. 해당 변이들은 각각 TLR1 유전자와 MAPT-AS1이 연결되었는데, 이는 뇌 노화와 관련이 있는 유전자들로 나타났다. 이 후 LDSC 분석을 통해 단일염기다형성 기반 21% 유전력을 규명하였고, 전장유전체에서 분석된 변이들은 중추신경계 조직에서 발현되는 것을 확인하였다. 마지막으로 유전상관분석 결과 뇌 연령은 제 2형 당뇨와 유전적으로 상관이 있는 것을 확인하였다. Numerous definitions of aging have been proposed as a result of the rising interest in aging. Recent technological advancements have led to the development of a novel method for estimating aging, known as brain age estimation. Brain magnetic resonance imaging (MRI) scans are typically used as representative brain image data for estimating brain age. It has been evident over the past decade that brain age can be utilized as a clinical indicator and as a tool for assessing the brain aging of an individual. However, the method for estimating brain age has still not converged, and the biological validity of the proxy indicator of brain aging has not been clearly identified. Therefore, to establish the robustness of brain age as an indicator of brain aging, it is essential to improve and compare estimation methods and ensure the corresponding biological validity. This thesis consists of two studies on brain age. The first study compared the performance of seven different methods for estimating brain age and offers a multimodality-based brain age estimation method based on diffusion- and T1-weighted images. The study included 34,430 UK Biobank participants for whom both T1-weighted and diffusion-weighted images were available. After calculating the brain age of 4,560 healthy individuals without a disease, it was also applied to the remaining 29,870 non-healthy participants. A total of 225 diffuse-weighted images and 154 T1-weighted images were used to estimate age of the brain. The study revealed that XGBoost performed the best (MAE = 3.50). It has been demonstrated that brain age, as assessed by XGBoost, is related to several health indices. The second study provides genetic results for an estimated brain age based on XGBoost. Among 34,430 UK Biobank participants with estimated brain ages, genetic analyses were conducted on 29,909 European ancestries with genotype data. A genome-wide association study (GWAS) was conducted first, and a post-GWAS on the genetic variation was subsequently conducted. The BOLT-LMM was performed to explore genetic variants related to brain age, and seven independent lead single nucleotide polymorphisms (SNPs) were secured at a threshold of P < 5×10−8. Two out of seven SNPs were considered potential causal variants related to brain age: rs35771878 and rs2316768. These SNPs were linked to the TLR1 gene and MAPT-AS1, respectively, which were shown to be genes related to neurodegeneration. Then, using LDSC analysis, it was determined that 21% of heredity was based on SNPs; it was established that the SNPs were expressed in the tissue of the central nervous system. Finally, genetic correlation analysis demonstrated a hereditary link between brain age and type 2 diabetes.