Nano Parçacıklar ve Kullanım Alanları
Yaşar Yurtsever – Moleküler Biyoloji ve Genetik, İstanbul Teknik Üniversitesi
Nanoparçacıklar genellikle 1-1000 nano metre arasında olduğu kabul edilen ancak genelde 1 – 100 nano metre arası etkili bir şekilde kullanılan nano boyutlarda ve yıldız, piramit, küre, çubuk ve kafesler gibi çok çeşitli şekillerde; gümüş, altın, çinko oksit, demir gibi birçok farklı inorganik ve metalik, kitosan veya lipid nanoparçacıklar gibi organik maddelerden oluşabilirler.[1]
Nano parçacıkların bu kadar çeşitli ve farklı boyutlarda olmaları çok geniş bir kullanım alanının oluşmasına katkı sağlamıştır ve günümüzde endüstriyel ve medikal alanlarda yaygın bir şekilde kullanılmaya başlanmıştır. Gelişen nano teknoloji ile birlikte bu alanlar da genişlemeye devam etmektedir. Nano parçacıkları taşıyıcı olarak kullanarak çeşitli antibiyotikler, akıllı ilaçlar, bakteriler tarafından salgılanan ve gene savunma amaçlı kullanılabilen bakteriyosinler, antimikrobiyal peptitler veya aptamerler gibi çoğunlukla pozitif yüklü polipeptitlerden oluşan ilaçlar taşınabilmektedir. Ayrıca bu nanoparçacıklar kullanılarak bu ilaçların kontrollü salınımı veya dış faktörlerden etkili bir şekilde korunması sağlanabilir veya sadece taşıma değil etrafına sarılarak nano parçacıkların aktivitelerinin artırılması da sağlanabilir. Bu sayede tümörler ve kanser hücreleri hedeflenebilmekte ve programlı hücre ölümü olan apoptoza yönlendirilebilmektedirler, ayrıca taşınan antibiyotik veya peptit türevleri sayesinde bakteriler de hedeflenebilmekte ve antibiyotiğe dirençli olan bakteriler hedeflenebilmektedir.[1]
Antibiyotiğin yaygın kullanımı yüzünden çeşitli bakterilerin evrim geçirmesi ve metisilin, vankomisin, carbapenem gibi antibiyotiklere veya ikisi ya da hepsine birden dirençli hale gelmeleri günümüzde ve gelecekte çok fazla ölüme ve maliyetlerin artmasına sebep olmaktadır.[2] CDC (Centers for Disease Control and Prevention) verilerine göre her yıl Amerika’da 28 milyon insan bu antibiyotiklere dirençli bakteri veya mantarlar tarafından enfekte edilmekte ve 35.000 kişi her yıl bu hastalıklar sebebiyle ölmektedir. Bakteriler çok hızlı evrim geçirmektedirler, ancak yeni antibiyotiklerin ortaya çıkışı bu kadar hızlı olmamaktadır. Örneğin ilk antibiyotik 1928 yılında Alexander Fleming tarafından keşfedilmiştir ve bundan sonraki özellikle de 2. Dünya Savaşı sırasında birçok askerin hayatını kurtarmıştır ve çok yaygın bir şekilde kullanılmıştır, fakat bundan sadece birkaç yıl sonra 1942’de (daha savaş bitmeden) penisilin dirençli Staphylococcus aureus keşfedilmiştir.[3] Ayrıca antibiyotikler sadece bakterilerin dirençli olmasına değil belirli antibiyotikler vücutta çeşitli organların da hasar görmesine sebep olabilecek kadar yan etki taşımaktadır. Bu sebeplerden dolayı nano parçacıkların kullanımı daha da önem arz etmektedir.
Yapılan bazı çalışmalar, nano boyutta antibiyotiklerin bu tür nanoparçacıklar ile taşındığında daha etkili bir şekilde bakterileri öldürebildiğini keşfetmişlerdir. Bu yöntem sayesinde ya nano parçacığa bağlı bir şekilde ya da parçacığın içerisinde hedefine ulaştırılarak aktiviteleri gözlenmiş ve sadece antibiyotik kullanımına oranla yüksek bir verim elde edilmiştir.[4]
Yapılan çalışmalar arasında en yaygın kullanılan iki inorganik nano parçacık gümüş ve altındır. Bu iki nanoparçacık belirli oranlarda vücuda verilebilmekte ve hem antibiyotik hem de antimikrobiyal peptitler gibi bakterilere zarar verebilecek moleküllerin taşınımlarını sağlamaktadırlar ayrıca fototermal terapi ile lazer kullanılarak tümör ve kanser hücrelerinin tedavisinde de kullanılabilmektedirler. Belirli boyutlarda nanoparçacıklar üzerlerine kısa süreli tutulan kesikli lazerler ile terapiye tabi tutulmakta ve parçacıkların hücre zarlarını geçmesiyle içeride reaktif oksijen türevleri veya ısı kaynaklı ölümlerini sağlamaktadırlar. Ayrıca bakterilerin çevre şartlarında korunmak için oluşturdukları biyofilm yapıları onlara antibiyotik direnci vere diğer bir önemli yapıdır ve nanoparçacıklar ile hedeflenebilmekte ve yine fototermal terapi veya çeşitli nano antibiyotiklerin taşınımı ile öldürülebilmektedir. Biyofilm yapıları ayrıca ameliyat sırasında kullanılan ekipmanların üzerlerinde de oluşabildikleri için bu yapıların ortadan kaldırılması ve medikal aletlerin dezenfeksiyonu açısından da önem arz etmektedirler, hastanelerde bulaşan bu bakterilerin genelde tedavi sırasında bünyesi zayıf insanlara bulaşması ölüm oranlarını da ayrıca artırmaktadır.[5]
Endüstriyel alanda nanoparçacıklar genellikle ürünlerin kalitelerinin ve sağlamlıklarının artırılması, çevre temizliği, parçacıklardan yarı iletken – iletken materyalleri üretimi, grafen tabanlı nanoparçacıklar gibi karbon tabanlı ve kolay üretilebilen kaplamaların yapılmaları, seramik, tekstil ve boya endüstrisinde yaygın olarak kullanılması gibi birçok teknoloji merkezinde çalışmalar yoğun bir şekilde devam etmektedir.[1]
Referanslar
Kolay ve Tek Seferde Sulu Ortamda Çevreci Altın, Gümüş, Paladyum Nano-parçacıklarının Sentezlenmesi (2020). Retrieved on 18 November 2020, from http://acikerisimarsiv.selcuk.edu.tr:8080/xmlui/bitstream/handle/123456789/5410/315904.pdf?sequence=1&isAllowed=y
Antibiotic resistant bacteria. (2020). Retrieved on 18 November 2020, from https://www.betterhealth.vic.gov.au/health/conditionsandtreatments/antibiotic-resistant-bacteria
What Exactly is Antibiotic Resistance?. (2020). Retrieved on 18 November 2020, from https://www.cdc.gov/drugresistance/about.html
Huh. A.J. Kwon. Y.J. (2011). “Nanoantibiotics”: A new paradigm for treating infectious diseases using nanomaterials in the antibiotics resistant era. , 156(2), 128–145. doi:10.1016/j.jconrel.2011.07.002
Shariq. Q. Ullah K. A. (2016). Nanoparticles vs biofilm; A battle against another paradigm of antibiotic resistance. Med. Chem. Commun. doi:10.1039/C6MD00124F