Local toxicity of biocides after direct and aerosol exposure on the human skin epidermis and airway tissue models

Abstract

Since biocides are commonly used in various products, such as disinfectants or preservatives, the exposure of biocides to human can occur through multiple routes. Especially, dermal and respiratory exposures are the main routes of the exposure. I investigated how harmful biocides were to skin epidermis and airway mucosa tissues when treated in aerosol form compared to direct treatment using a reconstructed human tissue model. The concentrations of biocides in this study were determined in consideration of solubility and maximum limits permitted in Korea and abroad. Following the aerosol application of biocides by using medical nebulizers, tissue viability and tissue morphology changes in histology were studied in skin epidermis and airway tissue models. When the biocide was treated in aerosols, the reduction in tissue viability was less marked than when treated directly in most of the cases, which are attributable to lower concentrations of active ingredient exposed. This was further confirmed in histological examination. Importantly, the toxicity of biocide treated with aerosol with 3 μm particle size was stronger than 5 m, suggesting that aerosol particle size may be a one of the key determinants of toxicity. In summary, I demonstrated that exposure form of biocides and size of particle may affect their extent of toxicity on skin epidermis and airway mucosa. The results suggest that other biocides in the various aerosol forms are needed to be examined for safe use of biocides. ;살생물제는 유해한 유기체를 제거하거나 조절하기 위해 소독제 또는 방부제와 같은 다양한 생활화학제품에 흔히 사용된다. 이로 인한 인체의 살생물제 활성 성분 노출은 여러 경로를 통해 발생할 수 있으며, 제품 특성상 경피 및 호흡기를 통한 노출이 주요 경로이다. 우리는 이러한 사용자의 노출 환경을 고려하여 인공피부조직모델 및 인공기관지점막모델을 이용하여 직접 노출과 에어로졸 형태의 노출 시 피부 표피와 기도 점막 조직에 가해지는 유해성을 조사하였다. 뿐만 아니라, 에어로졸 노출 시 물질의 입자 크기에 따른 영향을 조사하고자 3μm와 5μm 크기의 에어로졸 입자를 적용하였다. 본 연구에선 생활화학제품에 함유된 살생물제 중 BIT, OPP, PE 를 선정하여 진행되었으며 이들의 실험적 농도는 용해도와 국내외에서 허용되는 최대 한계 농도를 고려하여 결정되었다. 의료용 네블라이져를 사용하여 에어로졸 형태로 살생물제를 인공조직모델에 적용하였다. 세포 독성 시험 및 조직학적 분석 결과, 직접 노출되었을 때 보다 살생물제를 에어로졸로 처리했을 때 조직 생존력의 감소가 덜 두드러짐을 확인하였다. 또한, 3μm 에어로졸 입자 크기로 처리된 살생물제의 독성이 5μm 에어로졸 입자 크기로 처리되었을 때보다 강한 것을 확인하였으며, 이는 노출 입자 크기가 독성의 주요 결정 요인 중 하나일 수 있음을 시사한다. 결과적으로 살생물제의 노출 형태와 입자 크기가 피부 표피 및 기도 점막에 대한 독성 정도에 영향을 미칠 수 있음을 입증했다. 이를 기반으로 다양한 형태의 노출 특성에 근거한 추가적인 연구들이 진행된다면 살생물제의 안전한 사용에 기여할 것으로 기대된다.