Titanyum dioksit ve Çinko oksit nanopartiküllerinin in vitro insan lenfositlerindeki genotoksik etkilerinin incelenmesi

Abstract

Bu çalışmada kullanılan titanyum dioksit nanopartikülleri (TiO2 NP) ve çinko oksit nanopartiküllerinin (ZnO NP) taramalı elektron mikroskobunda küresel yapıda ve 10-300 nm arasında değişen partiküller içerdiği gözlenmiştir. Bu nanopartiküllerin, dinamik ışık saçılımı ile negatif elektrik yüklü ve ortalama hidrodinamik çaplarının TiO2 NP'nde 804,30±15,06 nm, ZnO NP'nde ise 495,80±51,15 nm ebatlarında olduğu tespit edilmiştir. Genotoksik etkilerin değerlendirilmesi için TiO2 NP'nin 20, 40, 60, 80 ve 100 µg/ml'lik, ZnO NP'nin 1, 5, 10, 20 ve 30 µg/ml'lik konsantrasyonları kullanılmıştır. TiO2 NP kromozom anormallikleri (KA) frekansını 24 saatlik uygulamada en düşük iki konsantrasyonda (20 ve 40 ?g/ml) önemli düzeyde artırmış, 48 saatlik uygulamada ise önemli bir artış oluşturmamıştır. ZnO NP, KA frekansını 24 saatlik uygulamada en yüksek iki konsantrasyonda (20 ve 30 ?g/ml), 48 saatlik uygulamada ise tüm konsantrasyonlarda önemli düzeyde artmıştır. TiO2 NP kardeş kromatid değişimi (KKD) frekansını her iki uygulama süresinde de negatif kontrole göre önemli düzeyde artırmıştır. Bu artışlar çözücü kontrol ile kıyaslandığında, 24 saatlik uygulamada 20, 60 ve 100 µg/ml'lik, 48 saatlik uygulamada ise 20, 60, 80 ve 100 µg/ml'lik konsantrasyonlarda anlamlıdır. ZnO NP, KKD frekansını her iki uygulama süresinde de doza bağlı olarak artırmıştır. Bu artış 24 saatlik muamelede en yüksek üç dozda, 48 saatlik uygulamada ise en yüksek iki dozda anlamlıdır. TiO2 NP, mikronükleus (MN) frekansında en düşük üç konsantrasyonda anlamlı olmayan bir artış oluşturmuştur. ZnO NP MN frekansını tüm konsantrasyonlarda artırmıştır, fakat bu artış en yüksek iki konsantrasyonda (20 and 30 ?g/ml) anlamlıdır. TiO2 NP 24 saatlik uygulamada mitotik indeksi kontrole göre düşürmüştür, ancak bu düşüş 60 ve 80 µg/ml'lik konsantrasyonlarda anlamlıdır. TiO2 NP 48 saatlik uygulamada mitotik indekste önemli bir değişikliğe sebep olmamıştır. ZnO NP, mitotik indeksi her iki uygulama süresinde de düşürmüştür. Bu düşüş 24 saatlik uygulamada 5, 10 ve 30 µg/ml'lik konsantrasyonlarda, 48 saatlik uygulamada 30 µg/ml'lik konsantrasyonda anlamlıdır. TiO2 NP, replikasyon indeksi üzerinde önemli bir etki göstermez iken, ZnO NP, her iki uygulama süresinde de en yüksek konsantrasyonda (30 µg/ml) anlamlı olmayan bir azalmaya sebep olmuştur. TiO2 NP ve ZnO NP, nükleer bölünme indeksini etkilememiştir. TiO2 NP kuyruk uzunluğunda en yüksek konsantrasyonda (100 µg/ml) kontrole göre anlamlı bir artışa sebep olmuştur, fakat kuyruk yoğunluğu ve kuyruk momenti üzerinde önemli bir etki göstermemiştir. ZnO NP uygulaması ile kuyruk yoğunluğu en yüksek konsantrasyonda önemli düzeyde azalmıştır. Kuyruk yoğunluğu ve kuyruk momenti benzer artış ve azalışlar gösterirken, kuyruk uzunluğu ZnO NP'nin 5 ve 20 µg/ml'lik konsantrasyonlarında önemli ölçüde artmıştır. Bu sonuçlar, TiO2 NP'lerinin nisbeten zayıf bir genotoksik etkiye sahip olduğunu, bunun aksine ZnO NP'nin yüksek konsantrasyonlarda hem güçlü bir genotoksik etkiye ve hem de sitotoksik etkiye sahip olduğunu göstermektedir.

Titanium dioxide nanoparticles (TiO2 NPs) and zinc oxide nanoparticles (ZnO NPs), used in this study, were observed to be spherical in shape and contained particles ranging from 10-300 nm by scanning electron microscopy. These nanoparticles were found to be negatively charged and the mean hydrodynamic diameters were found to be 804.30±15.06 nm for TiO2 NPs and 495.80±51.15 nm for ZnO NPs by dynamic light scattering. 20, 40, 60, 80 ve 100 µg/ml concentrations of TiO2 NPs and 1, 5, 10, 20 ve 30 µg/ml concentrations of ZnO NPs were used to assess genotoxic effects. TiO2 NPs significantly increased the frequency of chromosomal aberrations (CAs) at two lowest concentrations (20 ve 40 ?g/ml) at 24 h treatment, however they did not show a significant increase at 48 h treatment. ZnO NPs significantly increased the frequency of CAs at two highest concentrations (20 and 30 ?g/ml) at 24 h and at all concentrations at 48 h treatment. TiO2 NPs significantly increased the frequency of sister chromatid exchanges (SCEs) at both treatment periods compared to negative control. These increases were significant at 20, 60 ve 100 µg/ml concentrations for 24 h treatment and, 20, 60, 80 ve 100 µg/ml concentrations for 48 h treatment compared to solvent control. ZnO NPs, increased the frequency of sister chromatid exchanges (SCEs) at both treatment periods in a dose dependent manner. These increases were significant at the three highest concentrations for 24 h and at the two highest concentrations for 48 h treatment. TiO2 NPs induced a non-significant increase in the the frequency of micronuclei at three lowest concentrations. ZnO NPs increased the frequency of MN at all concentrations, however these increases were significant at the two highest concentrations (20 and 30 ?g/ml). TiO2 NPs caused reduction in mitotic index at 24 h treatment compared to control. However these reductions were significant at 60 and 80 µg/ml concentrations. TiO2 NPs did not induced a significant effect on mitotic index at 48 h treatment. ZnO NPs reduced mitotic index at both treatment periods. These decreases were significant at 5, 10 and 30 µg/ml concentrations at 24 h and 30 µg/ml concentrations at 48 h treatments. While TiO2 NPs did not show any effect on replication index, ZnO NPs caused a non-significant decrease at the highest concentrations at both treatment periods. Neither TiO2 NPs nor ZnO NPs effect nuclear division index. TiO2 NPs caused a significant increase in tail lenght at the highest concentration (100 µg/ml) compared to control, however they did not show a significant effect on tail intensity and tail moment. Tail intensity reduced significantly at the highest concentrations with ZnO NPs treatment. Although tail intensity and tail moment displayed similar decreases and increases, tail lenght increased significantly at 5 and 20 µg/ml concentrations in ZnO NPs treatment. These results show that TiO2 NPs have a relatively weak genotoxic effect, by contrast, ZnO NPs have a strong genotoxic effect as well as cytotoxic effect at high concentrations.