Araştırma Yaklaşımları - İmud - İş ve Meslek Hastalıkları Uzmanları

Araştırma Yaklaşımları - İmud - İş ve Meslek Hastalıkları Uzmanları

Partikül Toksikolojisinden
Nanotoksikolojiye: Araştırma
Yaklaşımları
Doç. Dr. Gonca ÇAKMAK DEMİRCİGİL, ERT
[email protected]
Gazi Üniversitesi, Eczacılık Fakültesi,
F. Toksikoloji AD
akış
• Partiküller ve partikül toksikolojisi
– Partiküllerin ve nanopartiküllerin toksisite mekanizmaları
– Örnek bir partikül (kristal yapılı silika-kuvars) üzerinde toksisite
değerlendirmeleri
• in vitro, in vivo, biyoizleme çalışmalarında genotoksisite
• Nanotoksikoloji
– Nanoteknoloji: yararlar ve riskler
– Nano boyutlu maddelerin toksisite değerlendirmesi
Oda orkestrası
farmakoloji
biyoloji, kimya,
Patoloji,
fizyoloji
Oda orkestrası
Oda orkestrası
genetik Senfoni orkestrası
Temel bilimler
Toksikoloji bilgisi
çevre, meslek, klinik, düzenleyici, analitik
Toksikoloji/Güvenlik (Safety) Bilimi
• Halk sağlığı ve çevrenin korunması
– Toksisite mekanizmaları
– Risk değerlendirmesi, iletişimi
– Güvenli iş, güvenli kozmetik, gıda ve ilaç tüketim, sağlıklı
yaşam için gerekli güvenlik limitleri
• Mesleksel maruziyetler
– İş sağlığı ve güvenliği
Gelişim ve üreme
toksikolojisi
Sistem toksikolojisi
toksikoloji
Deneysel
toksikoloji
Genel toksikoloji
• Çevresel maruziyetler
– Halk sağlığı
• çocuklar,
• yaşlılar
http://www.niehs.nih.gov/research/atniehs/labs/tob/index.cfm
partikül toksikolojisinin tarihsel gelişimi
kardiyovaskülerNanoyapılı materyaller
astım
diyabet
PM(partikül
madde), UFP(Ultra ince partiküller)
PSP(çözünürlüğü zayıf partiküller)
akciğer kanseri
mezoteliyoma
Asbest
Sentetik lifler
Asbest formunda lifler
fibrozis
pnömokonyoz
amfizem
Madencilik, kömür madeni tozu, kuvars
1900
Borm ve Donaldson, Particle Toxicology (kitap) 2007
1950
2000
‘nanotoksikoloji, partikül toksikolojisinin yeni alt dalı
Donaldson K et al. Particle and Fibre Toxicology 2009, 6:13
Nanomateryal…
Bir boyutu 1-100nm / agregatları ve aglomeratları <1000nm materyaller
‘ultra ince’ = ‘nano’
‘nano’ günümüze ait isimlendirme
‘ultra ince’ çevrede oluşan
‘nanopartikül’ üretilmiş, insan yapımı
Nanoteknoloji…
Metrenin birkaç bilyonda biri boyutunda yaratılan/üretilen ve kullanılan
materyaller
Nanotoksikoloji…
Nanoteknolojinin ve ürünlerinin olası tehlikelerini değerlendiren bilim dal
Warheit, DB et al., Inhalation Toxicology, 19:631-643, 2007
Warheit, DB et al., Pharmacology&Therapeutics, 120:35-42, 2008
yarar
katı özellik
hareketlilik
risk
meslek ve çevre
maruziyeti
Reaksiyon alanı-NP oluşumu
Uygulama alanı-pelletleştirme, kurutma
NP ürün işlenmesi-krem, kartuş gibi
Ürün
TÜKETİCİ
Tıp
Endüstriyel ürün tasarımı
Çevresel iyileştirme
İŞÇİ
Yanma olayları ile oluşan nanopartiküller
yüzey
organikler
metaller
serbest radikaller
oksidatif stres
enflamasyon
Stark WJ , Angew. Chem. Int. Ed. 50, 1242 – 1258, 2011
Borm et al., Particle and Fiber Toxicology, 3:11, 2006
şekil
boyut
partikül/ nanopartikül
kristal yapı
çözünürlük
enflamasyon
yüzey etkinliği
kontamine eden bileşikler
birincil
genotoksisite
(geçiş metalleri, PAHlar…)
ikincil
genotoksisite
ROT’nin ana rol
oynadığı
düşünülür
oksidatif stres
Enflamasyon
hücrelerinden
fazladan ya da kalıcı
ROT oluşumu
genotoksisite
fibrozis
akciğer kanseri
Schins, R., Inhal Toxicol, 2002’den uyarlandı
Birincil genotoksisite
(doğrudan ya da
dolaylı)
Nanopartiküller
/partiküller
ROT/ oksidatif
stres
enflamasyon
sinyal iletimi
doğrudan
ROT
dolaylı
ROT
ROT
Enflamasyon
hücreleri gereklidir
(nötrofil, alveolar
makrofaj gibi)
ROT
ikincil genotoksisite
In vitro genotoksisite ile doğrudan (nanopartiküllerle genomik DNA arasındaki etkileşim gibi) ya da dolaylı
(nanopartikül ile aktive hücrede ROT oluşumu gibi) birincil genotoksisite belirlenebilir.
Sekonder genotoksisite ise genetik hasarda bir yolak izler; aktive fagositlerler yoluyla partikül kaynaklı
enflamasyon ile ROT’nin oksidatif DNA hasarına neden olması genotoksisteye neden olur.
Stone V et al., Critical Reviews in Toxicology, 2009; 39(7): 613–626
partiküller ve nanopartiküller
•
IARC’ye göre insan karsinojeni olarak belirlenen partiküller (grup 1);
– Asbest lifleri (vol.14,suppl.7,1987)
– Eriyonit (vol.42, Suppl 7,1987)
– Talk içeren asbest-formlu lifler (vol.42, Suppl 7,1987)
– Kadmiyum ve bileşikleri, berilyum ve bileşikleri (Vol. 58, 1993)
– Nikel ve bileşikleri, krom ve bileşikleri (vol.49,1990)
– Odun tozları (vol.62, 1995)
– Solunabilir kristal yapılı silika (kuvars, kristobalit) (vol.68, 1997)
IARC Monograflarında ele alınacak öncelikli etkenler arasında nano
boyutlu materyaller bulunmakta…
‘Karbon kökenli nanopartiküller. Karbon nanotüplerin asbest gibi
davranarak, mezoteliyoma ve akciğer fibrozisine neden olduğu deney
hayvanlarında gösterilmiştir…
Ultra-ince partiküller. Partikülün kendisi ve yüzeyine tutunan kimyasalların
kanser ile ilgisi önemlidir…’
http://monographs.iarc.fr/ENG/Classification/crthgr01.php
http://monographs.iarc.fr/ENG/Meetings/PriorityAgents.pdf
IARC
• GENEL DEĞERLENDİRME-MONOGRAPH VOLUME 93 (2010)
– Talk yapılı vücut pudraları olası karsinojen (Grup 2B).
– Asbest ve asbestsi lifler taşımayan talk solunumu karsinojenik
değil (Grup 3).
– Karbon karası olası karsinojen (Grup 2B).
– Titanyum dioksit olası karsinojen (Grup 2B).
• BAZI NANOMATERYALLER ve BAZI LİFLER: MONOGRAF
VOLUME 111(hazırlanıyor)
– Floro edenit asbest benzeri mineral (Grup 1)
– Silikon karbür asbest yerine geçmiştir (Grup 2A)
– Mesleksel işlemlerde yan ürün olarak silikon karbür oluşması
(Grup 1)
– MWCNT-7 (Grup 2B), diğer karbon nanotüpler (Grup 3).
IARC MONOGRAPHS VOLUME 93
in vitro genotoksisite
4 ticari kuvars örneğinin, DQ12(standart kuvars) ile
karşılaştırılması
Hücre hattı: A549
Komet yöntemi (genotoksisite)
MTT ve LDH (sitotoksisite)
DQ12(standart kuvars) ile DQ 12+mannitol, DMSO (radikal
yakalayıcılar) karşılaştırması
Hücre hattı: A549, RLE
Komet yöntemi, 8-OHdG (genotoksisite)
in vivo genotoksisite
DQ 12 ile aluminyum laktat ya da PVNO ile kaplanmış
DQ 12 karşılaştırması
Sıçan model, intratrakel veriliş
3, 7, 28, 90 gün maruziyet, BAL
8-OHdG, komet, mikroçekirdek yöntemi (genotoksisite)
mikroçekirdek mikroçekirdek
Dış ortam kumlamacılık
‘Sert yüzeylerin üstüne, yüksek hızda katı partiküllerin
püskürtülmesi ile yüzeyin şekillendirilmesi ve düzeltilmesidir’
 Cam fabrikası öğütme, karıştırma
Değirmen öğütme, paketleme
Çakmak Demircigil. G. ve ark.. Mutagenesis,2010
biyoizleme
•İşyeri toz ölçümü(gravimetrik; IR;NIOSH 7602)
•Kumlama toz örneklerinin mineralojik analizi
•Radyolojik değerlendirme
•Mikroçekirdek Yöntemi(Kan örnekleri/ burun epitel hücreleri)
•Kuvarsa maruz işçiler - kontrol grubu
•Cinsiyet, yaş sigara içme durumu benzer
• % 86 maske, % 74 eldiven, % 4 özel giysi, % 24 özel solunum aygıtı
• 40 s/hafta
 % 24 halen çalışan işçi
kategori I
(1/0,1/1,1/2)-ILO sınıflandırması
15
 %50 çalışmayı bırakmış işçi
kot kumlamacılığı
Türkiye’deki silikoz prevalansının en önemli nedenlerinden!!
İşkolu 2009’da iş kolu ülkemizde yasaklanmıştır.
Akgün M et al.,2005; Bakan ND et al.,2011
‘Denim sandblasting’ -16 biyoizleme araştırması Pub Med (9.06.2015)
‘Sandblasting in Turkey’- 72 araştırma Pub Med (9.06.2015)
•
Proje No. 02/2010-08. Silikoz tanısı konulmuş hastalarda mikroçekirdek
sıklığı ve neopterin düzeylerinin hastalık şiddeti ile ilişkisi. Gonca ÇAKMAK
DEMİRCİGİL, Ercan OZER, Türkan NADİR ÖZİŞ, Dilek ERGUN, Hınç
YILMAZ, Funda DEMİRAĞ, Fatih HAMSIOĞLU, Cebrail ŞİMSEK, Sema
BURGAZ.
kot kumlamacıları(eski)
yaş
Kumlama işinde geçen süre(yıl)
İşi bıraktıktan sonra geçen
süre(yıl)
Sigara içen
Sigara içmeyen
n
57
57
Ort.± SS
29,44±7,03
3,90±2,97
57
26
31
5,37±2,51
kontrol grubu
n
30
Ort.± SS
28,5±5,52
15
15
Lenfositlerde ve balgam hücrelerinde
mikroçekirdek sıklığı istatistiksel olarak
anlamlı artış göstermiştir.
Silikoz derecesi ile mikroçekirdek sıklıkları
arasında ilişki saptanmıştır.
17
17
Günümüzde…
Kumlamacılık/taşlamacılık
yerine kimyasal
uygulamalar;
•potasyum permanganat
•sodyum hipoklorit(NaOCl)
–denim üretiminin %80’ninde
kullanılmakta
Kişisel iletişim; Hilmi TOSUN, MESURA Tekstil, http://www.mesura.com.tr/
http://eu.wiley.com/WileyCDA/PressRelease/pressReleaseId-95078.html
Nanomateryaller ve genotoksisite
• ‘Nano and genotoxicity’ 111 çalışma, 2012
sonrası 80 çalışma
• Alana yönelik araştırmalarda gereklilikler;
– Geçerlenmiş nanopartiküllere özgü test rehberleri
– Güncel OECD genotoksisite rehberlerinin
kullanılabilirliklerinin saptanması
– Nano-boyutta pozitif kontroller
– Genotoksisite çalışma tasarımının eksik yönlerinin,
• doz seçimi,
• hücre tipi,
• inkübasyon süresi,
• partikül karakterizasyonu
…gibi noktalar açısından değerlendirilmesi.
Yasal düzenlemeler
Sınıflandırma, etiketleme ve paketleme
ftp://ftp.cordis.europa.eu/pub/nanotechnology/docs/communicating-nanotechnology_en.pdf
Nanoürünlerin toksisitesine yönelik belirsizlik bilgi eksikliği ya da
bilginin bir araya getirilememesi ile ilgilidir.
•
EPA, WHO, NIOSH, EU ve OECD’nin gündeminde
– nanoürün güvenliği
– sağlık ve çevre korumasına yönelik raporlar, araştırma gereklilikleri
•
“Towards a European Strategy for Nanotechnology” (http://cordis.europa.eu/nanotechnology/actionplan.htm)
– nanoürün toksisitesini değerlendirmek için uygun metodolojik yöntemlerle
araştırma önermektedir.
•
NIOSH ve Hastalık Kontrol Merkezi “Approaches to Safe Nanotechnology”
(http://www.cdc.gov/niosh/docs/2009-125/)
– Çalışanları nanoürünlere ya da nanoürün içeren materyallere herhangi düzeyde
maruziyete karşı korumak üzere alınması gereken önlemleri konu almaktadır.
•
ISO (ISO/TC 229: Nanoteknolojiler, Uluslararası Standardizasyon Kurululuşu,İsviçre)
– Nanoürünlerin güvenli üretim ve kullanımı ile ilgili taslak dökümanları
içermektedir.
ENGINEERED NANOMATERIALS: HAZARD, EXPOSURE AND SAFETY ASSESSMENT, DOI: 10.1016/B978-0-12-386940-1.00001-5
OECD’nin Nanomateryallerle ilgili Çalışma
Grubu’nun üzerinde çalışmak üzere oluşturduğu
öncelikler listesinde
– Tek katmanlı karbon
nanotüpler,
– çok duvarlı nanotüpler,
– polistiren,
– karbon nanotüpler,
– fulleren (C60),
– aluminyum oksit,
– dendrimerler,
– titanyum dioksit,
– çinko oksit,
– seryum oksit,
– demir,
– gümüş,
– altın,
– tabakalandırılmış
silikatlar
– silikon dioksit
bulunmaktadır.
sonuç ve öneri
•
Hedef doku olan burun epiteli, balgam hücreler ve aday doku kan
partikül toksikolojisinde uygun hedef dokulardır.
•
Nanomateryaller için hedef doku sayısı artırılabilir.
•
Çalışanların nanoteknoloji ürünlerine maruziyetlerine yönelik
moleküler epidemiyoloji çalışmaları gereklidir.
•
Biyoizleme çalışmaları nanoteknoloji ürünlerinin risk değerlendirmesi
için ‘tehlikenin belirlenmesi’ basamağına katkı verecektir.
•
Elde edilen veri işçi ve tüketici maruziyetlerini sınırlandırmak üzere
önlemleri, mekanistik konuların aydınlatılmasını sağlayacaktır.
•
Disiplinlerarası çalışmanın önemi konusunda farkındalık artmalıdır…
23
Teşekkür…
Gazi Üniversitesi Eczacılık Fakültesi
Toksikoloji AD
Prof Dr Sema BURGAZ
Uzm. Ecz. Ercan ÖZER
Dr. Ecz. Erdem COŞKUN
Ankara Meslek Hastalıkları Hatanesi
Dr. Turkan Nadir Ozis, Dr. Dilek Ergun,
Dr. Hinc Yilmaz
Zuyd Üniversitesi, Hollanda
Prof.Dr. Paul BORM
Istanbul Meslek Hastalıkları Hatanesi
Dr. Fatih Hamsioglu
Heinrich-Heine Üniversitesi Partikül
Araştırma, Çevre Sağlığı
Araştırma Ensititüsü (IUF) Almanya
Doç. Dr. Roel SCHINS
Atatürk Göğüs Hastalıkları ve Göğüs
Cerrahisi Hastanesi
Dr. Cebrail Simsek, Dr. Funda Demirag
İSGÜM
Dr. Nuri VİDİNLİ
Yıldıray ERBAŞ
Gazi Üniversitesi Tıp Fakültesi KBB AD
Doç Dr. Metin YILMAZ
Dokuz Eylül Üniversitesi Tıp Fakültesi
Göğüs Hastalıkları AD
Prof. Dr. Arif ÇIMRIN