Farklı Boyutlardaki Fe₂O3 Nanopartiküllerinin Genotoksik Potansiyellerinin Drosophila Melanogaster Somatik Hücreleri ve Allium Test Yöntemi ile Araştırılması

Abstract

Nanopartiküller (NP) doğada yaygın olarak bulunmaktadır. Örneğin tüm biyolojik sistemlerde var olan proteinler gibi metal oksit nanopartikülleri de kolaylıkla üretilebilmektedir. Benzersiz manyetik özelliklere sahip olan demir oksit nanopartikülleri (Fe2O3 NP) birçok biyomedikal, biyomühendislik ve in vivo uygulamalarda, doku onarımı da dahil manyetik rezonans görüntüleme, immunoassay, ilaç dağıtımı, hipertermi ve biyolojik sıvıların detoksifikasyonu için yüksek bir potansiyele sahiptir. Nanopartiküller; çeşitli yüzey modifikasyonuna sahip olmasına rağmen biyolojik olarak parçalanamayan biyouyumlu maddelerdir. Ancak nanopartiküllerin toksik potansiyeli hala önemli bir husustur. Bu nedenle nanopartiküllerin etkilerini öğrenmek için daha fazla çalışma yapılması gereklidir.

Bu çalışmada Fe2O3’in farklı formlarının (<50 nm, <100 nm ve iyonik) muhtemel genotoksik etkisi Drosophila melanogaster’de (D. melanogaster) kanat somatik mutasyon ve rekombinasyon testi (SMART) ve Allium test yöntemi kullanarak belirlenmesi amaçlandı. SMART yöntemi için, genomlarında çekinik flare (flr3) ve çoklu kanat kılı (mwh) genlerini taşıyan üçüncü evre transheterozigot larvalar söz konusu Fe2O3’ün NP ve iyonik formunun dört farklı konsantrasyonu (1mM, 2 mM, 5 mM ve 10 mM ) ile kronik olarak beslenmiştir. Söz konusu Fe2O3’ün genotoksik etkileri, larvaların kanat imajinal disk hücrelerinde meydana gelen genetik değişimlerin sonucunda oluşan mutant trikomlara göre değerlendirildi. <100 nm NP ve iyonik form uygulamasında toplam klonlarda genotoksik etki gözlenmezken; <50 nm Fe2O3 NP’ünün 1 ve 10 mM’lık konsantrasyon uygulanması ile elde edilen sonuçlarda toplam klonlarda genotoksik etki gözlenmiştir.

Allium test hızlı, güvenilir, uygulanması kolay ve ekonomik bir test sistemidir. Ayrıca prokaryotik veya ökaryotik canlılarla yapılan diğer, alternatif kısa dönem toksisite test sistemleriyle iyi bir korelasyon göstermektedir. Fe2O3’in farklı formlarının (<50 nm, <100 nm ve iyonik) Allium cepa (A. cepa) kök ucu hücrelerindeki mitoz bölünme ve kromozomlar üzerine olan etkileri incelendi. <100 nm Fe2O3 NP’ü için Allium kök büyüme inhibisyon testinde EC50 değeri 5 mM olarak belirlendi ve Fe2O3 NP’ünün 0,5xEC50, EC50 and 2xEC50 konsantrasyonları soğan kök hücrelerine uygulandı. Distile su ve metil metan sülfanat (MMS, 10 ppm) sırasıyla negatif ve pozitif kontrol grubu olarak kullanıldı. A. cepa’nın hücre döngüsü 24 saat olduğu için uygulama süresi 24 ve 96 saat olarak belirlendi. <50 nm Fe2O3 NP ve iyonik formunun uygulama süresi 4 saat olarak belirlendi. Mitotik indeks ve mitotik faz frekansları her bir konsantrasyon ve süre için ayrı ayrı hesaplandı. <100 nm boyutundaki Fe2O3 NP’ünün mitotik faz frekanslarına etkisi incelendiğinde kontrol grubuna göre 24 saatlik uygulamanın 5 mM’lık konsantrasyonu, 96 saatlik uygulamanın ise tüm konsantrasyonlarının faz frekansları istatiksel açıdan anlamlı bulundu. Ayrıca <50 nm Fe2O3 NP’ünün ve iyonik formunun 4 er saatlik uygulamalarının ise tüm konsantrasyonlarının faz frekansları istatiksel açıdan anlamlı bulundu. Anafaz telofaz hücrelerinde kalgın kromozom, bozulmuş anafaz telofaz, yapışıklık ve anafaz köprüsü gözlemlendi.

Komet testinde; Fe2O3 NP’ünün <100 nm boyutunun 24 ve 96 saat’lik uygulama süresine ve konsantrasyon artışına; <50 nm boyutunun ve iyonik formunun 4’er saatlik uygulamanın konsantrasyon artışına bağlı olarak DNA hasarındaki artış istatistiksel açıdan önemli olduğu bulundu (p<0,05).

Sonuç olarak çalışmamızda kullanılan test sistemlerinde, Fe2O3’ün <50 nm boyutunun <100 nm boyutu ve iyonik formuna göre genotoksisiteyi indüklediği gözlendi. NP ve iyonik formu kıyaslandığında küçük boyutlu ve geniş yüzeye sahip olan maddelerin daha toksik olduğu sonucuna varılmıştır.