Keratin içeren biyolojik örneklerin değişik tür ve enerjilerdeki radyasyon maruziyetinde dozimetre olarak kullanım potansiyellerinin araştırılması
Investigation of the potential use of biological samples containing keratin as a dosimeter in various types and energies radiation exposure
Yazar: SEMRA TEPE ÇAM
Danışman: PROF. DR. NESRİN SEYHAN ; PROF. DR. MUSTAFA KORKMAZ
Gazi Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Biyofizik Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Biyofizik = Biophysics ; Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering
Dizin: Cep telefonu = Mobile phone ; Comet tekniği = Comet assay ; DNA hasarı = DNA damage ; Elektromanyetik radyasyon = Electromagnetic radiation ; Keratinler = Keratins ; Radyasyon dozajı = Radiation dosage ; Radyasyon etkileri = Radiation effects ; Radyasyon-iyonizan = Radiation-ionizing ; Radyometri = Radiometry ; Saçlar = Hair

Özet:
Cep telefonları ve baz istasyonları ile non-iyonize radyasyona, nükleer enerji ve tıbbi uygulamalar ile iyonize radyasyona maruziyetin arttığı günümüzde, kişilerin soğurduğu radyasyonun belirlenebilmesi hayati önem arz etmektedir. Bu nedenle çalışmamızda 900 MHz cep telefonu radyasyonuna maruz kalmış ve Co-60 Cs-137 gama radyasyonu ile ışınlanmış saç kökü ve saç teli örneklerinin biyolojik dozimetre malzemesi olarak kullanım potansiyelleri ESR ve Comet assay teknikleri ile araştırıldı.Non iyonize radyasyon maruziyeti çalışma frekansı 900 MHz GSM, maksimum soğurma güç değeri 2 W ve üretici tarafından belirtilen kafa SAR değeri 0.974 W/kg olan cep telefonunun günlük hayatta kullanımı taklit edilerek gerçekleşti. 8 Gönüllü cep telefonu ile 15 ve 30 dakika konuştu. Konuşma öncesi ve sonrası , cep telefonu kullanılan sağ kulak arkası bölgeden çektikleri saç kökü örneklerini verdiler. Bu örnekler Comet assay tekniğinde cep telefonu konuşma süresine bağlı olası DNA tek zincir kırıkları tespit edilmesinde kullanıldı. Sonuçlar konuşma öncesi duruma göre, 15 ve 30 dakika süreyle 900 MHz-cep telefonu radyasyonuna maruziyet sonrası telefon kullanılan kulak arkası bölgeden alınan saç kökü hücrelerinde DNA tek zincir kırıkları oluştuğunu gösterdi. Paired t-test kullanılarak yapılan karşılaştırmada 30 dakika sonrası elde edilen hasar verileri, 15 dakika konuşma süresi sonrası verilere göre istatistiksel oranda anlamlı artış gösterdi (p< .001). Birbirine yakın yerden çekilmiş saç köklerinde cep telefonu radyasyon maruziyeti olmaksızın DNA hasarı oluşup oluşmadığı da irdelendi. 5 ve 15 dakika aralıklarla iki gönüllüden alınmış saç kökleri DNA hasarı miktarında, kontrol verilerine göre anlamlı farklılık gözlenmedi. Böylece, oluşan DNA tek zincir kırıklarının saç derisi tahrişi gibi nedenlerden oluşmadığı görüldü. Literatürde comet assay tekniğinin saç köklerine uygulandığı bir çalışma yoktur. Bu anlamda bu çalışma comet tekniğinin saç köklerine modifiye edildiği ilk çalışmadır. Seri denemeler sonucu; en net ve yeterli hücrenin görüntülenebildiği ortam koşulları; saç kökü örneklerinin 0.03 ml solüsyon içinde 30 dakika bekletilmesi olarak belirlendi.İyonize radyasyona maruziyet durumunlarında dozimetrik potansiyelini değerlendirmek üzere, saç kökleri Cs-137 kaynağında ışınlandı. 5 gönüllü, kafanın rastgele bölgesinden çektikleri saç örneklerini verdi ve bu örneklerden toplanan saç köklerinin yarısı kontrol grubunu oluşturdu, ve diğer yarısı ise 1-5 Gy doz aralığında ışınlandı. Bu örnekler Comet assay tekniğinde iyonize radyasyon dozuna bağlı DNA hasarı tespit edilmesinde kullanıldı. Elde edilen görüntülerden kuyruk uzunluğu, kuyruk momenti değerleri belirlendi, doz-cevap eğrileri oluşturuldu. Bu eğrilere göre, yaklaşık 2 Gy doz değerine kadar kuyruk momenti ve kuyruk uzunluğu değerleri çizgisel artış gösterdi, fakat daha yüksek dozda artış ritmi azaldı. Radyasyona maruz kalmış kişilerden toplanan saç köklerinin comet assay tekniğinde uygulanmasıyla doz tarama yapılabileceği görüldü.İyonize radyasyona maruziyet durumlarında dozimetrik özellikleri incelenecek diğer örnek olan saç teli örnekleri (kök kısmı içermeyen) Co-60 radyasyon kaynağında ışınlandı. Temiz saç teli örnekleri gönüllülerden toplandı, renge, doğal boyalı oluşuna göre gruplandırıldı. Örneklerin yarısı kontrol grubunu oluşturdu, diğer yarısı paketlere aktarılıp düşük doz (5-50 Gy) ve yüksek doz (75-750 Gy) değerlerinde ışınlandı. Bu örnekler ESR tekniğinde doza bağlı oluşan serbest radikal miktarı tespitinde kullanıldı. Tüm örneklerde doz-cevap eğrilerinin düşük dozlarda lineer olduğu, ~300 Gy sonrası doyuma gittiği tespit edildi.Işınlanmamış ve ışınlanmış örneklerin çalışılan minimum doz değerinde dahi (5 Gy) ayırt edilebildikleri belirlendi. Farklı kişilerden alınmış siyah saç örneklerinde spektrum yapısı ve sinyal şiddetlerinde farklılık gözlenmedi. Oda sıcaklığında 22 gün boyunca bekletilen örneklerin ESR sinyal şiddetleri yarı değerlerine DS'de 44 saatte, sarı ve kumral renklerde 41 saatte, BS de 35 saat ve kızıl saç örneğinde 17 saatte düştü. Sinyal şiddeti sönüm verilerine en iyi uyan kuramsal fonksiyonlar araştırıldı ve bu yolla spektruma doğal saçlarda iki, boyalı saçlarda üç radikal türünün katkı getirdiği ve bunların oda sıcaklığındaki sönüm sabitleri belirlendi. Yüksek sıcaklıklarda değişik sürelerle tavlanan örneklerin sinyal şiddetlerinde gözlenen azalmalar dikkate alınarak deneysel spektrumun oluşumuna katkı getiren radikal türlerinin sönüm aktivasyon enerjileri hesaplandı. Bulunan oda sıcaklığındaki sönüm sabiti değerleri ve aktivasyon enerji değerlerinin literatürde elde edilen değerlerle uyumlu olduğu belirlendi. Tüm bu incelemeler ile, saç teli örneklerinin biyolojik dozimetre malzemesi olarak kullanılabileceği koşullar tespit edildi. ESR tekniğinde saç teli örnekleri ile doz tahmin çalışmalarının ışınlama sonrası 1-2 gün içinde yapılması gerektiği sonucuna varıldı.

Abstract:
Today with the increased exposure to non-ionizing radiation with mobile phones and base stations and to ionizing radiation with nuclear energy and medical applications, the determination of persons? absorbed radiation are of vital importance. Therefore, in our study, 900 MHz mobile phone radiation and Co-60 Cs-137 gamma radiation-exposed hair root and hair strand samples? potentials as a material for biological dosimetry were investigated by ESR and the Comet assay techniques.Non-ionizing radiation exposure was planned to imitate the use of mobile phones in daily life. The used mobile phone have operating frequency of 900 MHz GSM, the maximum absorption value of the power of 2 W and 0,974 W/kg human head SAR value specified by the manufacturer. Volunteers (8 subjects) spoke with the mobile phone for 15 and 30 minutes.Before and after exposure, each subject gave hair root samples plucked from behind the right ear (on which the mobile phone was used). These samples were used to detect possible DNA single strand breaks depend on the mobile phone talking time by comet assay technique. The tail length, tail moment values were determined from obtained images and the dose-response curves generated. The results showed that compare to before exposure, 15 and 30 minutes exposure to 900-MHz mobile phone radiation caused DNA single-strand breaks in human hair root cells located around the ear which is used for the phone calls. Comparing the 15-min and 30-min data using the paired t-test also showed that highly significantly more damages resulted after 30 minutes than after 15 minutes of phone use (p< .001). In addition, hair samples from subjects without cell phone exposure taken 5 and 15 min apart had been analyzed and found no significant difference compare to controls. Therefore, the changes after cell phone exposure were not caused by the process of hair removal, such as skin irritation. In the literature, there are no studies in which comet assay technique applied to the hair roots. In this sense in the present investigation for the first time, comet technique has been modified for hair root cells. As a result of series experiment, the conditions in which the most clear and adequate of the cell images could be get were determined as delayed hair root cells for 30 minutes in 0.03 ml solution.To evaluate the dosimetric potential for exposure case to ionizing radiation, the hair roots irradiated with Cs-137 source. 5 volunteers gave hair samples plucked from random head region and the half of these samples comprised control groups and the other half was irradiated with 1-5 Gy dose range. These samples were used to detect DNA damage by Comet assay technique depending on the dose of ionizing radiation. The tail length, tail moment values obtained from images were determined, so the dose-response curves generated. According to these curves, up to about 2 Gy dose values the tail moment and tail length values showed a linear increase, but decreased in the rhythm of increase in the higher dose. Applying comet assay technique in the hair roots collected from people who have been exposed to radiation, dose scan was done in them.The hair fiber (root part of the free), the other sample whose dosimetric characteristics is examined in case exposure to ionizing radiation irradiated with Co-60 radiation source. Clean hair samples were collected by volunteers, were grouped according to the color and whether the natural or dyed. Half of the samples as the control group, the other half are transferred to the packets, irradiated at low-dose (5-50 Gy) and high-dose (75-750 Gy) values. In ESR technique, these samples were used in determining the amount of dose-induced free radical. In all samples, the linear dose-response curves at low doses, was going to saturate after ~ 300 Gy. It was determined that unirradiated and irradiated samples could be distinguished even in the studied minimum dose (5 Gy) value. In black hair samples taken from different individuals, the differences in the structure of the spectrum and signal intensities were not observed. The ESR signal intensities of samples stored at room temperature for 22 days fell to their half values in 44 hour in DS, 41 hours in yellow and brown colors, 35 hours in BS and in 17 hour in red hair. Theoritical functions describing well the signal intensity decay data were searched and by this way the contribution of two and three radical species to natural and dyed hair samples? experimental spectra, respectively and their room temperature decay constants were determined. The decay activation energies of the radical species contributing to ESR spectra were calculated by taking into consideration the signal intensities decay data of the studied compounds annealed at high temperatures for different period of time. It was found that the calculated values of decay constants at room temperature and activation energies were correlated well with those obtained in the literature. With all these investigations, the conditions of hair samples in which they can be used as a biological dosimeter material were found. The dose estimation by ESR technique with samples of hairs should be done within 1-2 days after irradiation.