Biyomedikal teknolojilerde kullanım potansiyeli olan bazı nanomateryallerin in vitro biyouyumluluklarının araştırılması

Abstract

21. yüzyılın bilimi olarak tanımlanan nanoteknolojideki gelişmeler malzeme mühendisliği alanında köklü değişikliklere neden olmuştur. Özellikle biyomedikal uygulamalarda kullanılan mikro boyutlardaki klasik biyomalzemelerin yerini nano boyutta üretilen biyomalzemeler almaya başlamış ve bu gelişmelere bağlı olarak nanobiyomalzemelerin gerek hammadde olarak tıbbi cihazlarda gerekse tıbbi malzeme (kemik protezi, diş implantı, kalp kapakçığı, yapay damar vs.) olarak vücut içerisinde kullanımı yaygınlaşmıştır. Bu nedenle son zamanlarda malzeme mühendisliğinde yapılan çalışmalar bu nanopartiküllerin vücuttaki olası etkileri ve biyouyumları noktasına odaklanmış durumdadır.Bu çalışmada, biyomalzeme olarak kullanılabilecek farklı nanopartiküllerin (alüminyum oksit = Al2O3, kalsiyum fosfat = Ca3(PO4)2 ve çinko oksit = ZnO) insan periferik kan hücreleri (lenfosit) üzerinde in vitro genetik etkilerinin belirlenmesi amaçlanmıştır. Araştırmamız söz konusu nanopartiküllerin lenfosit kan hücreleri üzerindeki genotoksik etkileri konusunda ilk deneysel çalışmadır. Araştırmamız kapsamında in vitro koşullarda periferal kan kültürleri seçilen nanomalzemelerin farklı dozlarına (0, 1, 12.5, 25, 50, 100, 250, 500, 1000 ve 2000 ppm) maruz bırakıldı. Genetik araştırmalarda kullanılan heparinize kan örnekleri mesleği gereği daha önce herhangi bir toksik ajana maruz kalmamış, sigara ve alkol kullanmayan 4 sağlıklı bireyden alındı. DNA ve kromozom hasarlarını tespit etmek için Mikroçekirdek (MÇ) ve Kromozom Aberasyon (KA) testleri uygulandı.Mevcut çalışmanın sonuçlarına göre, Al3O2 ve Ca3(PO4)2 nanopartiküllerinin in vitro koşullarda insan periferal kan kültürlerinde en yüksek doz değerinde dahi genotoksik etkilerinin olmadığı bu nedenle biyouyumlu olarak kullanılabilecekleri önerilmektedir. ZnO nanopartiküllerinin ise çok düşük doz değerlerinde (?12.5 ppm) genotoksisiteye sebep olduğu gözlenmiştir. Buna ek olarak ZnO nanopartikülleri yüksek konsantrasyonlarda (500 ppm ve üzeri) hücre bölünme koşullarını olumsuz etkilemiştir. Bu nedenlerle biyomalzeme olarak biyouyumluluğunun bulunmadığı kanaatine varılmıştır.2013, 68 sayfaAnahtar Kelimeler: Nanopartikül, Biyomalzeme, Toksisite, Lenfosit, İn vitro, DNA hasarı

The advances in nanotechnology defined as the science of 21st century have led to fundamental changes in the field of materials engineering. Manufactured nano-scale materials have begun to take place of conventional micro-sized materials especially in biomedical applications and depending on these developments, the using of nano-biomaterials as well as raw materials in medical devices as medical equipment (bone implants, dental implants, heart valves, artificial blood vessels, etc.) is expanding in body. For this reason, the recent studies in material engineering have been focused on the possible effects of these nano-particles in body and bio-compatibilities of these materials.In this study, it is aimed to determine the in vitro genetic effects of different nanoparticles used as biomaterials (aluminum oxide = Al2O3, calcium phosphate = Ca3(PO4)2 and zinc oxide = ZnO) on human peripheral blood cells (lymphocytes). Our study is the first experimental study about genotoxic effects of nanoparticles on the lymphocyte blood cells. In this investigation, peripheral blood cultures in vitro conditions were exposed to different doses (0, 1, 12.5, 25, 50, 100, 250, 500, 1000 and 2000 ppm) of selected nanomaterials. Heparinized blood samples used in genetic research were taken from 4 healthy individuals that they had not previously been exposed to any toxic agent as a part of their work, not smoking and drinking. Micronucleus (MN) and Chromosome Aberration (CA) tests were applied to determine DNA and chromosomal damages.According to the results of the present study, Al3O2 and Ca3(PO4)2 nanoparticles have not genotoxic effects on human peripheral blood cultures in vitro conditions even the highest doses therefore they are recommended that they can be used as biocompatible. It was observed that, even at a very low dose (?12.5 ppm), ZnO nanoparticles had led to genotoxicity. In addition, in high concentrations (500 ppm and above) ZnO nanoparticles affected the reproductive conditions adversely. For these reasons, it was concluded that ZnO nanoparticles are not appropriate for using whether as a biocompatible biomaterial.2013, 68 pagesKeywords: Nanoparticle, Biomaterials, Toxicity, Lymphocyte, İn vitro, DNA damage