Partikül Toksikolojisinden Nanotoksikolojiye: Araştırma Yaklaşımları

Transkript

1 Partikül Toksikolojisinden Nanotoksikolojiye: Araştırma Yaklaşımları Doç. Dr. Gonca ÇAKMAK DEMİRCİGİL, ERT Gazi Üniversitesi, Eczacılık Fakültesi, F. Toksikoloji AD

2 akış Partiküller ve partikül toksikolojisi Partiküllerin ve nanopartiküllerin toksisite mekanizmaları Örnek bir partikül (kristal yapılı silika-kuvars) üzerinde toksisite değerlendirmeleri in vitro, in vivo, biyoizleme çalışmalarında genotoksisite Nanotoksikoloji Nanoteknoloji: yararlar ve riskler Nano boyutlu maddelerin toksisite değerlendirmesi

3 farmakoloji Oda orkestrası biyoloji, kimya, Oda orkestrası genetik Senfoni orkestrası Temel bilimler Patoloji, Oda orkestrası fizyoloji Toksikoloji bilgisi çevre, meslek, klinik, düzenleyici, analitik

4 Toksikoloji/Güvenlik (Safety) Bilimi Halk sağlığı ve çevrenin korunması Toksisite mekanizmaları Risk değerlendirmesi, iletişimi Güvenli iş, güvenli kozmetik, gıda ve ilaç tüketim, sağlıklı yaşam için gerekli güvenlik limitleri Gelişim ve üreme toksikolojisi Deneysel toksikoloji Sistem toksikolojisi toksikoloji Genel toksikoloji Mesleksel maruziyetler İş sağlığı ve güvenliği Çevresel maruziyetler Halk sağlığı çocuklar, yaşlılar

5 partikül toksikolojisinin tarihsel gelişimi kardiyovasküler Nanoyapılı materyaller astım PM(partikül diyabet madde), UFP(Ultra ince partiküller) PSP(çözünürlüğü zayıf partiküller) akciğer kanseri mezoteliyoma Sentetik lifler Asbest fibrozis pnömokonyoz amfizem Madencilik, kömür madeni tozu, kuvars Asbest formunda lifler Borm ve Donaldson, Particle Toxicology (kitap) 2007

6 nanotoksikoloji, partikül toksikolojisinin yeni alt dalı Donaldson K et al. Particle and Fibre Toxicology 2009, 6:13 Nanomateryal Bir boyutu 1-100nm / agregatları ve aglomeratları <1000nm materyaller ultra ince = nano nano günümüze ait isimlendirme ultra ince çevrede oluşan nanopartikül üretilmiş, insan yapımı Nanoteknoloji Metrenin birkaç bilyonda biri boyutunda yaratılan/üretilen ve kullanılan materyaller Nanotoksikoloji Nanoteknolojinin ve ürünlerinin olası tehlikelerini değerlendiren bilim dal Warheit, DB et al., Inhalation Toxicology, 19: , 2007 Warheit, DB et al., Pharmacology&Therapeutics, 120:35-42, 2008

7 yarar katı özellik hareketlilik risk meslek ve çevre maruziyeti Tıp Endüstriyel ürün tasarımı Çevresel iyileştirme Reaksiyon alanı-np oluşumu Uygulama alanı-pelletleştirme, kurutma NP ürün işlenmesi-krem, kartuş gibi Ürün TÜKETİCİ İŞÇİ Yanma olayları ile oluşan nanopartiküller yüzey organikler metaller serbest radikaller oksidatif stres enflamasyon Stark WJ, Angew. Chem. Int. Ed. 50, , 2011 Borm et al., Particle and Fiber Toxicology, 3:11, 2006

8 enflamasyon ikincil genotoksisite Enflamasyon hücrelerinden fazladan ya da kalıcı ROT oluşumu partikül/ nanopartikül oksidatif stres genotoksisite birincil genotoksisite şekil boyut kristal yapı çözünürlük yüzey etkinliği kontamine eden bileşikler (geçiş metalleri, PAHlar ) ROT nin ana rol oynadığı düşünülür fibrozis akciğer kanseri Schins, R., Inhal Toxicol, 2002 den uyarlandı

9 Nanopartiküller /partiküller Birincil genotoksisite (doğrudan ya da dolaylı) enflamasyon sinyal iletimi ROT/ oksidatif stres dolaylı ROT doğrudan Enflamasyon hücreleri gereklidir (nötrofil, alveolar makrofaj gibi) ROT ROT ROT ikincil genotoksisite In vitro genotoksisite ile doğrudan (nanopartiküllerle genomik DNA arasındaki etkileşim gibi) ya da dolaylı (nanopartikül ile aktive hücrede ROT oluşumu gibi) birincil genotoksisite belirlenebilir. Sekonder genotoksisite ise genetik hasarda bir yolak izler; aktive fagositlerler yoluyla partikül kaynaklı enflamasyon ile ROT nin oksidatif DNA hasarına neden olması genotoksisteye neden olur. Stone V et al., Critical Reviews in Toxicology, 2009; 39(7):

10 partiküller ve nanopartiküller IARC ye göre insan karsinojeni olarak belirlenen partiküller (grup 1); Asbest lifleri (vol.14,suppl.7,1987) Eriyonit (vol.42, Suppl 7,1987) Talk içeren asbest-formlu lifler (vol.42, Suppl 7,1987) Kadmiyum ve bileşikleri, berilyum ve bileşikleri (Vol. 58, 1993) Nikel ve bileşikleri, krom ve bileşikleri (vol.49,1990) Odun tozları (vol.62, 1995) Solunabilir kristal yapılı silika (kuvars, kristobalit) (vol.68, 1997) IARC Monograflarında ele alınacak öncelikli etkenler arasında nano boyutlu materyaller bulunmakta Karbon kökenli nanopartiküller. Karbon nanotüplerin asbest gibi davranarak, mezoteliyoma ve akciğer fibrozisine neden olduğu deney hayvanlarında gösterilmiştir Ultra-ince partiküller. Partikülün kendisi ve yüzeyine tutunan kimyasalların kanser ile ilgisi önemlidir

11 IARC GENEL DEĞERLENDİRME-MONOGRAPH VOLUME 93 (2010) Talk yapılı vücut pudraları olası karsinojen (Grup 2B). Asbest ve asbestsi lifler taşımayan talk solunumu karsinojenik değil (Grup 3). Karbon karası olası karsinojen (Grup 2B). Titanyum dioksit olası karsinojen (Grup 2B). BAZI NANOMATERYALLER ve BAZI LİFLER: MONOGRAF VOLUME 111(hazırlanıyor) Floro edenit asbest benzeri mineral (Grup 1) Silikon karbür asbest yerine geçmiştir (Grup 2A) Mesleksel işlemlerde yan ürün olarak silikon karbür oluşması (Grup 1) MWCNT-7 (Grup 2B), diğer karbon nanotüpler (Grup 3). IARC MONOGRAPHS VOLUME 93

12 in vitro genotoksisite 4 ticari kuvars örneğinin, DQ12(standart kuvars) ile karşılaştırılması Hücre hattı: A549 Komet yöntemi (genotoksisite) MTT ve LDH (sitotoksisite) DQ12(standart kuvars) ile DQ 12+mannitol, DMSO (radikal yakalayıcılar) karşılaştırması Hücre hattı: A549, RLE Komet yöntemi, 8-OHdG (genotoksisite)

13 in vivo genotoksisite DQ 12 ile aluminyum laktat ya da PVNO ile kaplanmış DQ 12 karşılaştırması Sıçan model, intratrakel veriliş 3, 7, 28, 90 gün maruziyet, BAL 8-OHdG, komet, mikroçekirdek yöntemi (genotoksisite) mikroçekirdek mikroçekirdek

14 Dış ortam kumlamacılık Sert yüzeylerin üstüne, yüksek hızda katı partiküllerin püskürtülmesi ile yüzeyin şekillendirilmesi ve düzeltilmesidir Cam fabrikası öğütme, karıştırma Çakmak Demircigil. G. ve ark.. Mutagenesis,2010 Değirmen öğütme, paketleme

15 biyoizleme İşyeri toz ölçümü(gravimetrik; IR;NIOSH 7602) Kumlama toz örneklerinin mineralojik analizi Radyolojik değerlendirme Mikroçekirdek Yöntemi(Kan örnekleri/ burun epitel hücreleri) Kuvarsa maruz işçiler - kontrol grubu Cinsiyet, yaş sigara içme durumu benzer % 86 maske, % 74 eldiven, % 4 özel giysi, % 24 özel solunum aygıtı 40 s/hafta % 24 halen çalışan işçi kategori I (1/0,1/1,1/2)-ILO sınıflandırması %50 çalışmayı bırakmış işçi 15

16 kot kumlamacılığı Türkiye deki silikoz prevalansının en önemli nedenlerinden!! İşkolu 2009 da iş kolu ülkemizde yasaklanmıştır. Akgün M et al.,2005; Bakan ND et al.,2011 Denim sandblasting -16 biyoizleme araştırması Pub Med ( ) Sandblasting in Turkey - 72 araştırma Pub Med ( )

17 Proje No. 02/ Silikoz tanısı konulmuş hastalarda mikroçekirdek sıklığı ve neopterin düzeylerinin hastalık şiddeti ile ilişkisi. Gonca ÇAKMAK DEMİRCİGİL, Ercan OZER, Türkan NADİR ÖZİŞ, Dilek ERGUN, Hınç YILMAZ, Funda DEMİRAĞ, Fatih HAMSIOĞLU, Cebrail ŞİMSEK, Sema BURGAZ. kot kumlamacıları(eski) kontrol grubu n Ort.± SS n Ort.± SS yaş 57 29,44±7, ,5±5,52 Kumlama işinde geçen süre(yıl) 57 3,90±2,97 İşi bıraktıktan sonra geçen süre(yıl) 57 5,37±2,51 Sigara içen Sigara içmeyen Lenfositlerde ve balgam hücrelerinde mikroçekirdek sıklığı istatistiksel olarak anlamlı artış göstermiştir. Silikoz derecesi ile mikroçekirdek sıklıkları arasında ilişki saptanmıştır

18 Günümüzde Kumlamacılık/taşlamacılık yerine kimyasal uygulamalar; potasyum permanganat sodyum hipoklorit(naocl) denim üretiminin %80 ninde kullanılmakta Kişisel iletişim; Hilmi TOSUN, MESURA Tekstil,

19 Nanomateryaller ve genotoksisite Nano and genotoxicity 111 çalışma, 2012 sonrası 80 çalışma Alana yönelik araştırmalarda gereklilikler; Geçerlenmiş nanopartiküllere özgü test rehberleri Güncel OECD genotoksisite rehberlerinin kullanılabilirliklerinin saptanması Nano-boyutta pozitif kontroller Genotoksisite çalışma tasarımının eksik yönlerinin, doz seçimi, hücre tipi, inkübasyon süresi, partikül karakterizasyonu gibi noktalar açısından değerlendirilmesi.

20 Yasal düzenlemeler Sınıflandırma, etiketleme ve paketleme ftp://ftp.cordis.europa.eu/pub/nanotechnology/docs/communicating-nanotechnology_en.pdf

21 Nanoürünlerin toksisitesine yönelik belirsizlik bilgi eksikliği ya da bilginin bir araya getirilememesi ile ilgilidir. EPA, WHO, NIOSH, EU ve OECD nin gündeminde nanoürün güvenliği sağlık ve çevre korumasına yönelik raporlar, araştırma gereklilikleri Towards a European Strategy for Nanotechnology ( nanoürün toksisitesini değerlendirmek için uygun metodolojik yöntemlerle araştırma önermektedir. NIOSH ve Hastalık Kontrol Merkezi Approaches to Safe Nanotechnology ( Çalışanları nanoürünlere ya da nanoürün içeren materyallere herhangi düzeyde maruziyete karşı korumak üzere alınması gereken önlemleri konu almaktadır. ISO (ISO/TC 229: Nanoteknolojiler, Uluslararası Standardizasyon Kurululuşu,İsviçre) Nanoürünlerin güvenli üretim ve kullanımı ile ilgili taslak dökümanları içermektedir. ENGINEERED NANOMATERIALS: HAZARD, EXPOSURE AND SAFETY ASSESSMENT, DOI: /B

22 OECD nin Nanomateryallerle ilgili Çalışma Grubu nun üzerinde çalışmak üzere oluşturduğu öncelikler listesinde Tek katmanlı karbon nanotüpler, çok duvarlı nanotüpler, polistiren, karbon nanotüpler, fulleren (C60), aluminyum oksit, dendrimerler, titanyum dioksit, çinko oksit, seryum oksit, demir, gümüş, altın, tabakalandırılmış silikatlar silikon dioksit bulunmaktadır.

23 sonuç ve öneri Hedef doku olan burun epiteli, balgam hücreler ve aday doku kan partikül toksikolojisinde uygun hedef dokulardır. Nanomateryaller için hedef doku sayısı artırılabilir. Çalışanların nanoteknoloji ürünlerine maruziyetlerine yönelik moleküler epidemiyoloji çalışmaları gereklidir. Biyoizleme çalışmaları nanoteknoloji ürünlerinin risk değerlendirmesi için tehlikenin belirlenmesi basamağına katkı verecektir. Elde edilen veri işçi ve tüketici maruziyetlerini sınırlandırmak üzere önlemleri, mekanistik konuların aydınlatılmasını sağlayacaktır. Disiplinlerarası çalışmanın önemi konusunda farkındalık artmalıdır 23

24 Teşekkür Gazi Üniversitesi Eczacılık Fakültesi Toksikoloji AD Prof Dr Sema BURGAZ Uzm. Ecz. Ercan ÖZER Dr. Ecz. Erdem COŞKUN Zuyd Üniversitesi, Hollanda Prof.Dr. Paul BORM Heinrich-Heine Üniversitesi Partikül Araştırma, Çevre Sağlığı Araştırma Ensititüsü (IUF) Almanya Doç. Dr. Roel SCHINS Ankara Meslek Hastalıkları Hatanesi Dr. Turkan Nadir Ozis, Dr. Dilek Ergun, Dr. Hinc Yilmaz Istanbul Meslek Hastalıkları Hatanesi Dr. Fatih Hamsioglu Atatürk Göğüs Hastalıkları ve Göğüs Cerrahisi Hastanesi Dr. Cebrail Simsek, Dr. Funda Demirag İSGÜM Dr. Nuri VİDİNLİ Yıldıray ERBAŞ Gazi Üniversitesi Tıp Fakültesi KBB AD Doç Dr. Metin YILMAZ Dokuz Eylül Üniversitesi Tıp Fakültesi Göğüs Hastalıkları AD Prof. Dr. Arif ÇIMRIN