Nanotoksikoloji
Seda İpek - Ankara Üniversitesi Eczacılık Fakültesi-Eczacı/Farmasötik Toksikoloji Anabilim Dalı Yüksek Lisans Öğrencisi
Nano ölçekli materyallerin bilim ve teknolojisi, değerli metal kolloidlerin formülasyonundan Roma’da çimento kullanımına kadar, kimya biliminde olduğu gibi köklü bir eski geçmişe sahiptir.(Bergna, 1994; Delatte, 2001; Edwards ve Thomas, 2007;Faraday, 1847; Sanchez ve ark., 2003).
Nanoteknoloji ve nanobilim ayrı birer alan olarak 20 yıl önce ortaya çıkmaya başlamıştır ve bu alanla ilgili 500 binden fazla çalışma yayımlanmıştır. (Hodes., 2007)
‘Nano’ ön ekinin anlamı Yunanca bir kelime olan ‘nanos’ kelimesinden gelmektedir. ‘Nanos’ kelimesinin anlamı ise ‘dwarf’ yani ‘cüce’dir. Nanoteknoloji kavramı, en az bir boyutu 100 nanometreden (nm) daha az tasarlanmış partikül ya da sistemlerin işlenmesini ve uygulanmasını içerir. (Hoyt ve Mason, 2008). Nanopartiküller, metal oksitler, karbon nanotüpler ve fulerinler gibi tasarlanan partiküllerin tanımı için kullanılırken; 100 nanometrenin altında kendiliğinden doğal olarak meydana gelen veya kaynak dumanı, yangın dumanı ya da karbon siyahı gibi diğer işlemlerin yan ürünleri için kullanılmamaktadır. (Hoyt ve Mason, 2008).
Nanoteknoloji ile ilgili gelişmeler hızla artmaktadır. Bu hızlı artış sonucunda bir nanomalzemenin, bilinen formülasyonlarına kıyasla geliştirilmiş manyetik, katalitik, optik, elektriksel ve mekanik özellikler gibi birçok özelliğin tanımlanması gerekli kılınmıştır. (Ferrari,2005; Qin ve ark., 1999; Vasir ve ark., 2005; Webster ve ark., 1999, 2000).
Nanoteknoloji devri beraberinde, hayatımız içerisinde bulunan birçok alana avantaj getirmiştir. Özellikle mühendislik, tıp, eczacılık, bilişim teknolojisi, genetik, tanı ve teşhis çalışmalarına sağladığı önemli yararları vardır.
Dolgu maddeleri, opaklaştırıcılar, katalizörler, su filtreleme cihazları, yarı iletkenler, kozmetikler, mikroelektronikler gibi ticari amaçla kullanımı artmaya başlayan nanomalzemelerin insanlara doğrudan ya da dolaylı olarak maruziyeti söz konusu olmaktadır. (Nel ve ark., 2006). Bunların dışında ilaç taşıyıcı sistemler, biyosensörler ve görüntüleme kontrast ajanları olarak kullanılan biyomedikal nanomalzemeler de kullanılmaktadır. (Ferrari, 2005; Vasir ve ark., 2005). Özellikle sağlık alanına ilişkin uygulamalar nanopartiküllerin insan vücuduna enjekte edilmesini veya doğrudan yutulmasını içermektedir. Görüntüleme ve ilaç taşıyıcı sistemlerde kullanılan nanomalzemeler DNA, protein, monoklonal antikorlar gibi biyomoleküllerle kaplanarak hücreye spesifik hedefleme amaçlanmaktadır. (Lewinski ve ark., 2008). Nanomalzemeler çok küçük boyutlara sahip olduğu için oldukça büyük bir yüzey alanları vardır. Büyük bir yüzey alanı, biyolojik sistemler ve çevre ile nanomalzemelerin zararlı etkileşimlerine yol açarak toksikolojik hasarlara neden olabilmektedir. (Oberdorster ve ark., 2005b) Bir nanomalzemenin in vivo olarak kullanılması o malzemenin kinetiğini ve toksikolojisini bilmeyi zorunlu kılmaktadır. (Lewinski ve ark., 2008)Bu malzemelerle ilgili güvenli üretim ve kullanım testlerinin yapılması, güvenlik ve risk değerlendirmesinin geniş çaplı yapılması gerekmektedir. (Nel ve ark., 2006;Oberdorster ve ark., 2005b). Bu anlamda nanotoksikoloji önem kazanmaktadır.
Kısa bir tanımla nanotoksikoloji, nanomalzemelerin toksisitesini değerlendiren çalışmalardır. Donaldson ve arkadaşlarının (2004) yayımladıkları nanotoksikoloji ile ilgili bir makalede, nanotoksikoloji disiplini nanoteknolojinin güvenli ve sürdürülebilir bir şekilde ilerlemesine önemli bir katkı sağlar, olarak belirtilmiştir. Nanotoksikoloji, maruz kalma yollarını, fizikokimyasal ve moleküler belirleyicileri, biyolojik dağılımı, genotoksisiteyi ve bunların regülasyonlarını kapsamaktadır. Ayrıca bu alan, nanomalzemelerde insan ve çevre için risk değerlendirilmesinde güvenilir ve veri garantili test protokolleri de önermektedir. (Donaldson ve ark., 2004; Lewinski ve ark., 2008)
Nanotoksikoloji alanında yapılan çalışmalardan, deri yolu ile nanopartiküllere maruziyeti örnek olarak alalım. Derimiz vücudumuzun en büyük savunma organıdır. Özellikle birçok toksik ajana doğrudan maruz kalmaktadır. Derinin yapısını incelediğimizde 3 katmandan oluştuğunu görürüz. Bu katmanlar: epidermis, dermis ve deri altı katmandır. Keratenize hücre bakımından zengin olan stratum korneum tabakası başlıca koruyucu tabaka olarak rol almaktadır. Nanopartiküllerin zararlı etkilerine karşı ve bunların penetrasyonlarını önlemek için hız sınırlayıcı bir katman görevini üstlenmektedir. Deri yolu ile maruziyette topikal kremlerin kullanılması önem kazanmaktadır. (Curtis ve ark., 2006; Hagens et al., 2007; Oberdorsterv er ark., 2005b). van der Merwe ve arkadaşlarının 2009 yılında yaptıkları bir çalışmada, nanokristal yapılı magnezyum oksit ve titanyum dioksitin kuru toz, sulu süspansiyon veya su/yüzey aktif madde süspansiyonu olarak dermatomlu insan derisine 8 saat boyunca uygulandığı ve sonucunda fonksiyonu bozulmamış stratum korneum tabakasından emilim göstermediği bildirilmiştir. Gontier ve arkadaşlarının 2008 yılında yaptıkları başka bir çalışmada, 20-100 nm boyut aralığındaki titanyum dioksiti topikal olarak domuz, sağlıklı insan ve aşılanmış insan deri örneklerine uyguladılar. Buldukları sonuçlarda titanyum dioksit penetrasyonunun stratum korneum tabakasının en üst 3-5 korneosit katmanlarıyla sınırlı kaldığını belirttiler. Yapılan bu çalışmalardan farklı olarak, nanopartikül penetrasyonunun daha derinlere kadar ulaşabildiğini gösteren araştırmalar da mevcuttur. Örneğin 1999 yılında Lademann ve arkadaşları yaptıkları çalışmada, titanyum dioksit partiküllerinin insan stratum korneum tabakası boyunca epidermise hatta dermise kadar ulaştığını göstermiştir. Ayrıca Ryman-Rasmussen ve arkadaşlarının 2006 yılında gerçekleştirmiş oldukları bir çalışma farklı fizikokimyasal özelliklere sahip olan nanopartiküllerin korneum bariyerine nüfuz edebileceğini ve epidermal ve dermal katmanlar arasında lokalize olabileceğini göstermiştir. 2006 yılında yapılan klinik bir çalışmada yanık tedavisinde lokal olarak kullanılan nanogümüş kaplı pansumanlarla yapılan tedavide kan gümüş seviyelerinde anormal bir yükselme gözlenmiş ve arjiri olarak bilinen zaman içinde vücutta gümüş birikmesine bağlı olarak cildin mavi veya gri renk değişikliğine neden olan kozmetik cilt problemleri ortaya çıkmıştır. Nanogümüş bazlı pansumanlar ve cerrahi sütürler klinik uygulama için onay almış olsa da dermal toksisiteleri hala bilimsel tartışma ve araştırma konusudur.
Sonuç olarak teknoloji hızla ilerlemektedir. Nano boyutlarda yapılan çalışmalar da bu kapsamda hız kazanmaktadır. Ancak teknoloji ilerlese bile insan sağlığı önemini her geçen gün korumaya devam etmektedir. Gelişen teknoloji ile beraber insanoğlu için geliştirilen her yenilik sağlığı tehdit edecek unsurlar barındırmamalıdır. Bu yüzden nanotoksikoloji gibi bilim dallarına ihtiyaç duyulmaktadır.
Kaynakçalar
1-) https://en.wikipedia.org/wiki/Nanotoxicology
2-) Delatte, N. J. (2001). Lessons from Roman cement and concrete. Journal of Professional Issues in Engineering Education and Practice, 127(3), 109-115.
3-) Edwards, P. P., & Thomas, J. M. (2007). Gold in a metallic divided state—from faraday to present‐day nanoscience. Angewandte Chemie International Edition, 46(29), 5480-5486.
4-) Faraday, M. (1857). X. The Bakerian Lecture.—Experimental relations of gold (and other metals) to light. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, (147), 145-181.
5-) Sanchez, C., Lebeau, B., Chaput, F., & Boilot, J. P. (2003). Optical properties of functional hybrid organic–inorganic nanocomposites. Advanced Materials, 15(23), 1969-1994.
6-) Hodes, G. (2007). When small is different: some recent advances in concepts and applications of nanoscale phenomena. Advanced Materials, 19(5), 639-655.
7-) Hoyt, V. W., & Mason, E. (2008). Nanotechnology: emerging health issues. Journal of chemical health and safety, 15(2), 10-15.
8-) Ferrari, M. (2005). Cancer nanotechnology: opportunities and challenges. Nature reviews cancer, 5(3), 161-171.
9-) Donaldson, K., Stone, V., Tran, C. L., Kreyling, W., & Borm, P. J. (2004). Nanotoxicology.
10-) Nel, A., Xia, T., Mädler, L., & Li, N. (2006). Toxic potential of materials at the nanolevel. science, 311(5761), 622-627.
11-) Oberdörster, G., Oberdörster, E., & Oberdörster, J. (2005). Nanotoxicology: an emerging discipline evolving from studies of ultrafine particles. Environmental health perspectives, 113(7), 823-839.
12-) Donaldson, K., Stone, V., Tran, C. L., Kreyling, W., & Borm, P. J. (2004). Nanotoxicology.
13-) Lewinski, N., Colvin, V., & Drezek, R. (2008). Cytotoxicity of nanoparticles. small, 4(1), 26-49.
14-) Arora, S., Rajwade, J. M., & Paknikar, K. M. (2012). Nanotoxicology and in vitro studies: the need of the hour. Toxicology and applied pharmacology, 258(2), 151-165.
15-) Krug, H. F., & Wick, P. (2011). Nanotoxicology: an interdisciplinary challenge. Angewandte Chemie International Edition, 50(6), 1260-1278.
Resim 1: https://transhumanismnews.wordpress.com/nanotechnology/
Resim 2: https://skincare.academy/the-skin-series-part-i-functions-anatomy/