Silisyum dioksit nanoparçacıklarının insan retinal pigment epitel hücreleri üzerine etkisinin araştırılması
Investigation of the effect of silicon dioxide nanoparticles on human retinal pigment epithelial cells
Yazar: AYŞE HÜMEYRA KAYNAR
Danışman: PROF. DR. ÜLKÜ ÇÖMELEKOĞLU
Mersin Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Biyofizik Ana Bilim Dalı / Biyofizik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Biyofizik = Biophysics
Dizin: Kore kültürü = Korean culture ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Retina = Retina ; Retina pigmentleri = Retinal pigments ; Silisyum dioksit = Silicon dioxide ; Toksisite = Toxicity

Özet:
Nanoparçacıklar sahip oldukları eşşiz fizikokimyasal özellikler nedeniyle başta sağlık olmak üzere birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak nanoparçacıkların giderek artan kullanımları toksisite sorunlarını da beraberinde getirmiştir. Bu çalışmada Silisyum dioksit (SiO2) nanoparçacıklarının retinal pigment epitel hücreleri üzerine olası toksik etkilerinin araştırılması amaçlanmıştır. Bu amaç için insan retinal pigment epitel kültür hücreleri (ARPE 19) kullanıldı. SiO2 NP'lerinin karakterizasyonu alan emisyon taramalı elektron mikroskop (FE-SEM) ve X ışını kırınım yöntemi (XRD) ile yapıldı. SiO2 NP'lerinin sitotoksik etkisini belirlemek için 1, 5, 10, 25, 50, 100, 150 µg/mL konsantrasyonlarında SiO2 NP'leri ARPE 19 hücrelerine uygulanarak xCELLinge hücre analizi sistemiyle hücre indeksi belirlendi. Çıkan sonuçlar doğrultusunda kontrol (SiO2 eklenmeyen), düşük (50 µg/mL), orta (100 µg/mL) ve yüksek (150 µg/mL) doz olmak üzere toplam 4 grup belirlendi. Her grupta akım sitometri yöntemiyle apoptotik aktivite, oksidatif stres göstergesi olan katalaz (CAT), süperoksitdismutaz (SOD) ve glutatyon peroksidaz (GSH) aktiviteleri ile malondialdehit (MDA) seviyesi ölçüldü. Tüm hücre patch clamp tekniği kullanılarak kullanılarak transient reseptör potansiyel (TRP) kanal kaydedildi. SiO2 nanoparçacıklarının hücre döngüsündeki etkisini belirlemek için akım sitometrik hücre döngüsü analizi, hücre içi Ca+2 derişimini belirlemek için de Konfokal Lazer Taramalı Mikroskop kullanıldı. SiO2 NP'lerinin ARPE 19 hücrelerinde hücre proliferasyonunu doza bağlı olarak inhibe ettiği, apoptozu indüklediği, G0 fazında hücre siklusu arrestine yol açtığı gözlendi. Hücre içi Ca+2 derişimi, CAT, GSH ve SOD düzeylerini azaltırken, MDA düzeyi arttı. (p<0.05). TRP kanal akımlarında ise akım değeri kontrol grubu değerlerine göre önemli oranda azaldı. Ancak doza bağlı bir değişiklik gözlenmedi.
	Bu çalışma sonucunda SiO2 nanoparçacıklarının retinal pigment epitel hücrelerinde  doza bağlı sitotoksik etkisinin olduğu ve bu etkinin çeşitli retinal dejenarasyonlara neden olarak yaşam kalitesini olumsuz etkileyebileceği düşünüldü. Ancak bu konuda daha kapsamlı çalışmaların yapılmasına ihtiyaç vardır. 

Anahtar Kelimeler: nanoparçacık; SiO2; nanotoksisite; retinal pigment epiteli; TRP kanalları; hücre kültürü

Abstract:
Nanoparticles are widely used in many fields, especially in health, due to their unique physicochemical properties. However, the increasing use of nanoparticles has brought about toxicity problems. In this study, it was aimed to investigate the possible toxic effects of silicon dioxide (SiO2) nanoparticles on retinal pigment epithelial cells. Human retinal pigment epithelial culture cells (ARPE 19) were used for this purpose. Characterization of SiO2 NPs was done by field emission scanning electron microscope (FE-SEM) and X-ray diffraction method (XRD). In order to determine the cytotoxic effect of SiO2 NPs, SiO2 NPs at 1, 5, 10, 25, 50, 100, 150 µg/mL concentrations were applied to ARPE 19 cells and the cell index was determined by xCELLinge cell analysis system. In line with the results, a total of 4 groups were determined as control (no SiO2 added), low (50 µg/mL), medium (100 µg/mL) and high (150 µg/mL) dose. Apoptotic activity, oxidative stress indicator catalase (CAT), superoxide dismutase (SOD) and glutathione peroxidase (GSH) activities and malondialdehyde (MDA) levels were measured in each group by flow cytometry method. The transient receptor potential (TRP) channel was recorded using the whole-cell patch clamp technique. Flow cytometric cell cycle analysis was used to determine the effect of SiO2 NPs on the cell cycle, and Confocal Laser Scanning Microscope was used to determine the intracellular Ca+2 concentration. It was observed that SiO2 NPs dose-dependently inhibited cell proliferation in ARPE 19 cells, induced apoptosis, and caused cell cycle arrest in G0 phase. While intracellular Ca+2 concentration decreased CAT, GSH and SOD levels, MDA level increased (p<0.05). In TRP channel flows, the flow value decreased significantly compared to the control group values. However, no dose-related change was observed.
As a result of this study, it was thought that SiO2 NPs had a dose-dependent cytotoxic effect on retinal pigment epithelial cells and that this effect might adversely affect the quality of life by causing various retinal degenerations. However, more comprehensive studies are needed in this regard.

Keywords: nanoparticles; SiO2; nanotoxicity; retinal pigment epithelium; TRP channels; cell culture.