Nanopartiküllerin Akciğer, KVS ve Sistemik Etkileri Hasan Bayram Gaziantep Üniversitesi Tıp Fakültesi Göğüs Hastalıkları Ana Bilim Dalı E-posta: bayram@gantep.edu.tr 2. Çalışan Sağlığı ve Meslek Hastalıkları Sempozyumu, Ankara 12-14 Haziran 2015.
Sunu Akışı Nanopartiküller (NP); çevresel (PM 0.1, DEP vs), insan yapımı olanlar NP e maruziyet ve yolları Solunum sistemine etkileri Kardiyovasküler ve diğer sistemlere etkiler Histopatolojik ve inflamatuar değişiklikler Etkilerinin altında yatan mekanizmalar; in vitro hücre çalışmaları Koruyucu önlemler Özet 3
Çevresel Nanopartiküller U.S. EPA 2002 (EPA/600/8-90/057F) 4
İnsan Yapımı Nanopartiküller 5
Nanopartiküller (NP) Doğal kaynaklar: Orman yangınları, volkanik emisyonlar, viral partiküller.. İnsan kaynaklı olanlar: Yanma sonucu (unintentional): egzoz emisyonu, yüksek ısılı fırınlar, enerji santralleri (kömür/petrol)... İnsan yapımı (intentional) NP ler: Sentezle elde edilenler 6
Kampala, Uganda 8
9 www.google.com
Nanopartiküllere Maruziyet İnhalasyon Dermal yolla Oral uygulama Enjeksiyon (tanı, tedavi) 12
Oberdörster G et al. Environ Health Perspect 2005. 13
14
17 İletici Hava Yollarında Çok Duvarlı Karbon Nanotüpler (MWCNT) MWCNT cilia MWCNT John Howard ın izniyle, NIOSH 17
Alveol Epitelyumu Arasında Polystyrene Nanopartikül Trafiği Yacobi NR et al, 2008 19
20 Akciğerlerden Çok Duvarlı Karbon Nanotüp (MWCNT) Migrasyonu: Plevral Penetrasyon John Howard ın izniyle, NIOSH 20
23 Tek Duvarlı Karbon Nanotüplerin Farengeal Aspirasyonunun Fare Solunum Yollarına Etkisi Akut İnflmasyon ve Fibrozis Granülom 20 microns 20 microns 1 day post exposure 40 mg/mouse SWCNT 28 days post exposure 40 mg/mouse SWCNT Shvedova AA et al, 2005
SiO 2 Partiküllerin Astmatik Ratlarda Akciğer İnflamasyonuna Etkisi Saline OVA 40mg/ml SiO 2 80mg/ml SiO 2 Han B, et al. PloS One. 2011 24
İntratrakeal İnstillasyondan 1 gün Sonra Rat ve Farelerin Akciğer Lavajlarında Nötrofil Oranı Oberdörster G et al, 2005 25
Titanyum Dioksit Nanopartiküllerin (20/mg/kg) Tek Defalık İntratrakeal Instillasyonundan 1-14 gün Sonra Farelerin BAL Sıvılarında Sitokin Düzeyleri Park EJ et al. Toxicology. 2009 27
İnhale TiO 2 Partiküllerinin (42mg/m 3,11gün) Fare Akciğerinde mikrorna Ekspresyonuna Etkisi Halappanavar S, et al. Environ Mol Mutagen. 2011 34
BALB/c Farelerde İntranazal OVA + Silika Partiküllerine Maruziyet Sonrasında Plazma OVA-spesifik Plazma IgE Düzeyleri Yoshida T, et al. Nanoscale Res Lett. 2011 37
Solunum Sistemi ve Akciğer Etkileri Akut inflamatuar değişiklikler Hava yollarında inflamatuar mediatör (İL-2, 4, 5, 6, 13, eotaxin, CXCL1, TNF-a), total ve spesifik IgE ve hücre sayısında (nötrofil, eozinofil vs) artış Parankimde fibrozis ve granülom oluşumu Allerjenler ile etkileşim, astımlılarda daha toksik 41
NP lerin Kardiyovasküler Etkileri Mann EE, et al. Wiley Interdiscip Rev Nanomed Nanobiotechnol. 2012 42
NP lerin Olfaktuar Mukozada İzledikleri Yol (Rat) Oberdörster G et al. Environ Health Perspect 2005. 44
Nanopartiküller ve Nörotoksisite Win-Shwe TT, Fujimaki D. Int. J. Mol. Sci. 2011. 45
Dermal Yol Oberdörster G et al. Environ Health Perspect 2005. 46
Silica NP lerin Allerjen ile Duyarlaştırılan Farelerin Kulaklarında İnflamatuar Hücre İnfiltrasyonuna Etkisi Hirai T, et al. Part Fibre Toxicol 2012 47
İnsanlarda Mesleki Nanopartikül Maruziyetinin Etkisi 7 bayan işçi (18 47y), nanopartiküllere (30nm) iş yerinde (baskı şirketi) 5 13 ay maruz kalmış Klinik Bulgular; Nefes darlığı Plevra ve perikardiyal effüzyon Song Y et al. Eur Respir J 2009 50
Akciğer Patolojisi Pulm inflamasyon, Pulm fibrozis Plevrada yabancı granulom oluşumu Song Y et al. Eur Respir J 2009 51
Pulm epitel hücrelerin karyoplazmasında nanopartiküller Song Y et al. Eur Respir J 2009 Plevral sıvı 52
Çok Duvarlı Karbon Nanotüplerin (KNT) Primer Bronş Epitel Hücrelerin Silya Titreşim Frekansına (STF) etkisi S T F ( H z ) % 2 0 0 1 5 0 1 0 0 * p < 0. 0 5, * * p < 0. 0 0 1 0 u g / m l K N T 1 0 u g / m l K N T 5 0 u g / m l K N T 1 0 0 u g / m l K N T d e p u g / m l 5 0 * 0 0 2 4 6 24 Z a m a n ( s a a t ) * * Taşdemir D, TÜBİTAK Projesi, 2015. 58
T E D ( ) % Çok Duvarlı Karbon Nanotüplerin (KNT) Primer Bronş Epitel Hücre Kültürlerinin Elektriksel Direncine Etkisi 1 5 0 1 0 0 5 0 1 0 0 u g /m l K N T 5 0 u g /m l K N T 1 0 u g /m l K N T 0 u g /m l K N T 0 0 2 4 6 2 4 Z a m a n (s a a t) İlhan S, TÜBİTAK Projesi, 2015. 59
TiO 2 NP ler ± Akar Alerjenlerin (HDM) lerin BEAS- 2B Kültürlerinin Elektriksel Direncine Etkisi HDM (-) HDM (+) Chakrabarti HS, TÜBİTAK ve BAP Projesi, 2015. 60
TiO 2 in Sigara İçenlerin (Sigaralı) ve KOAH lıların Bronş Epitel Hücre Canlılığına Etkisi 24. Saat 48. Saat SİGARALI Optik Dansite 3 2 1 * # *p<0,0001 #p<0,0001 * 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 KOAH Optik Dansite 0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0 3 10 30 100 300 ** ** * *p<0,001 **p=0,0016 * * 0.0 2.0 1.5 1.0 0.5 0 3 10 30 100 300 *p<0,001 * * * 0.0 0 3 10 30 100 300 TiO 2 (mg/ml) 0.0 0 3 10 30 100 300 TiO 2 (mg/ml) Gögebakan B, ark. TTD Kongresi, 2011. 62
TiO 2 ve ÇDKNT ile 48 Saat İnkübasyonun BEAS-2B Hücre Apopitozisine Etkisi 100 95 90 * TiO 2 *p= 0,0009 **p=0,0169 SF (0mg/ml TiO 2 ) 300 mg/ml TiO 2 100 95 90 85 * ÇDKNT *p<0,0001 **p=0,0003 ***p<0,0001 SF (0mg/ml ÇDKNT) 300 mg/ml ÇDKNT Hücre % 85 8 6 4 * Hücre % 80 75 15 10 ** *** 2 0 LL LL LR LR UR UR UL UL Canlı Erken Apo Geç Apo Nekrotik ** 5 0 LL LL LR LR UR UR UL UL Canlı Erken Apo Geç Apo Nekrotik Gögebakan B, ark. TTD Kongresi, 2011. 64
TiO 2 in Nazal Epitel Hücrelerinden IL-8 Salınımına Etkisi Control Allergic Rhinitis Atopic Polyps Non-atopik polip Öztürk AB, Uzmanlık Tezi 2012
IL-8 (pg/ml) TiO 2 in Primer Bronş Epitel Hücrelerinde IL-8 ve GM-CSF Salınımına Etkisi 100000 50000 24 h * * *p=0.0162 300000 200000 100000 ** 48 h ** **p<0.0001 ** 0 800 0 3 10 30 100 300 0 0 3 10 30 100 300 4000 ***p=0.0270 GM-CSF (pg/ml) 600 400 200 3000 2000 1000 *** 0 0 3 10 30 100 TiO 2 (mg/ml) 300 0 0 3 10 30 100 TiO 2 (mg/ml) 300 Gögebakan B, Doktora Tezi 2012
Değişik Çaptaki CeO 2 Nanopartiküllerin 24s Sonra BEAS-2B Hücrelerinde perk, p38 ve pjnk Ekspresyonuna Etkisi Eom HJ et al. Toxicol Lett. 2009 71
Nanopartiküllerin Non-selüler ROS Aktivitesi Particle Mass Surface Area Elder A, et al 2008 (http://www.epa.gov) 80
Cerium Oxide NP lerin (30nm) BEAS- 2B Hücrelerinde ROS İndüksiyonu Park EJ et al, 2008 81
Nanopartiküllerin Sağlık Riskini Azaltmaya Dönük Girişimler
KNT le Maruz Bırakılan Ratlarda Ectoine ile Sitokin Profillerinin Modülasyonu (2.5mg/kg) Control PBS Ectoine (1mM) Sydlik U et al, 2009 86
88 Araştırma ve Üretimde Güvenli Nanoteknoloji Yaklaşımı Mühendislik önlemleri: Üretimin tamamen kapalı devre yapılması Lokal egzoz ventilasyonu ile kısmi kapalı devre üretim Lokal egzoz ventilasyonu Genel ventilasyon http://www.cdc.gov/niosh/topics/nanotech/safenano/ 88
Kişisel Önlemler 90
Özet Çevresel ve mesleksel maruziyet yaygın Akciğerler; inflamasyon, fibrozis Kardiovasküler, nöral, dermal ve sistemik etkiler Epitel fonksiyonlarını bozma, Hücre döngüsünde/ölümünde etkilenme, inflamatuar değişiklikler Oksidatif stres ve ilişkili mekanizmalar Koruyucu önlemler 91
92 NIOSH Recommendations http://www.cdc.gov/niosh/docs/2013-145/ 92
93
İş Sağlığı ve Güvenliği Araştırma ve Geliştirme Enstitüsü Başkanlığı (İSGÜM) http://www.isgum.gov.tr/default.aspx?lnk=222 94
Teşekkür Prof. Günter Oberdörster Director, University of Rochester Ultrafine Particle Center 97
Teşekkür 98
Teşekkür
Çingene Kız Mozayiği, Zeugma, Gaziantep (Romalılar Dönemi) Sabrınız İçin Teşekkürler bayram@gantep.edu.tr