폴리스티렌 나노입자에 의한 혈소판 활성화 연구 = Polystyrene nanoparticles induce platelet activation mediated by caspase-3 activation

국문 초록 (Abstract)

분해된 플라스틱에서 생성되는 미세플라스틱과 나노플라스틱은 현재 인간을 포함한 수천 종의 조직과 위장관 내에서 검출되고 있다. 특히 혈류로 유입된 나노플라스틱 입자는 다양한 혈액 세포들과 상호작용하여 심혈관 질환에 기여할 수 있는 것으로 보고되고 있으나, 혈소판과 관련된 연구는 아직 미비하다. 이에 본 연구에서는 폴리스티렌 나노입자(PS-NPs)가 혈소판의 응고 촉진 활성에 미치는 영향을 평가하고 그 기전을 규명하고자 하였다.
쥐의 혈소판을 이용하여 여러 종류의 PS-NPs를 테스트한 결과, 아민기가 붙은 50 nm크기의 PS-NPs가 가장 강력한 효과를 나타냈다. Dynamic light scattering과 electrophoretic Light Scattering을 사용하여 PS-NPs의 특성을 분석하였고, flow cytormetry를 사용하여 혈소판의 PS-NPs uptake를 측정하였다. 혈소판을 PS-NPs와 반응시켰을 때 미토콘드리아 막 전위의 감소와 mitochondrial permeability transition pore(mPTP)의 생성이 확인되었다. 이러한 미토콘드리아의 기능장애는 caspase-3의 활성화를 유도하였고, 그 결과로 세포막 인지질 비대칭의 붕괴를 일으키는 scramblase의 활성이 증가하였다. 활성화된 scramblase는 주로 세포 내막에 존재하는 phosphatidylserine(PS)을 외막으로 노출시켜 coagulation cascade를 통한 thrombin의 생성을 촉진하였다. 위의 결과들을 통해 PS-NPs 에 의한 혈소판의 응고 촉진 활성(procoagulant activity)이 증가한 것을 확인하였다.
결론적으로 아민기가 붙은 50 nm 크기의 폴리스티렌 나노입자는 caspase-3의 활성화를 매개로 하는 혈소판의 응고 촉진 활성을 증가시켰으며, 이는 과도한 혈전 생성으로 인한 심혈관 질환을 발생시키는 원인이 될 수 있다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Microplastics(MPs) and nanoplastics(NPs) generated from the degradation of plastics have now been detected in thousands of species, including humans, as well as in various tissues and within the gastrointestinal tract. In particular, nanoplastic particles that enter the bloodstream have been reported to interact with diverse blood cells and may contribute to the development of cardiovascular diseases. However, studies focusing on platelet-related mechanisms remain limited. Therefore, this study aimed to evaluate the effects of polystyrene nanoplastics (PS-NPs) on platelet procoagulant activity and to elucidate the underlying mechanisms.
Several types of PS-NPs are tested using rat platelets and found that 50 nm amine-functionalized PS-NPs exhibited the most potent effects. PS-NPs were characterized using dynamic light scattering and electrophoretic light scattering, and platelet uptake of PS-NPs was assessed by flow cytometry. Exposure of platelets to PS-NPs resulted in a loss of mitochondrial membrane potential and the formation of the mitochondrial permeability transition pore (mPTP). This mitochondrial dysfunction led to the activation of caspase-3, which subsequently increased the activity of scramblase, an enzyme responsible for disrupting membrane phospholipid asymmetry. Activated scramblase promoted the externalization of phosphatidylserine (PS), which is normally localized to the inner leaflet of the plasma membrane, thereby facilitating thrombin generation through the coagulation cascade. Collectively, these results demonstrate that PS-NPs enhance the procoagulant activity of platelets.
In conclusion, 50 nm amine-functionalized polystyrene nanoplastics significantly increased platelet procoagulant activity through a caspase-3–dependent mechanism. This effect may contribute to excessive thrombus formation and thereby increase the risk of cardiovascular diseases (CVDs).

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• Ⅱ. 실험방법 4
• 1. 시약 및 antibody 4
• 2. Washed platelets 제조 4
• 3. 혈소판으로의 PS-NP uptake 측정 5
• 4. Prothrombinase assay를 이용한 응고 촉진 활성의 측정 5
• 5. Flow cytometry를 이용한 PS 노출의 측정 5
• 6. 혈소판의 인지질 수송체 단백질 활성 측정 5
• 7. 혈소판 내 Ca2+ level 측정 6
• 8. 혈소판 내 caspase-3 활성 측정 6
• 9. 혈소판 내 mitochondrial membrane potential 측정 6
• 10. 혈소판 내 mPTP 생성 측정 6
• 11. Caspase inhibitor에 의한 혈소판의 응고 촉진 활성 변화 측정 7
• 12. 통계분석 7
• Ⅲ. 실험결과 8
• Ⅳ. 고찰 17
• Ⅴ. 참고문헌 19
• Ⅵ. Abstract 24