Darbeli elektromanyetik alana kısa ve uzun süreli maruziyetin oleik asit ile muamele edilen beyin hücrelerinde nöronal apoptoz mekanizmaları üzerine moleküler etkileri
The molecular effects of short- and long-term exposure to a pulsed electromagnetic field on the neuronal apoptosis mechanisms in oleic acid-treated brain cells
Yazar: EBRU ÇETİN
Danışman: DOÇ. DR. ÇİĞDEM SARAÇ ; PROF. DR. SERDAR KARAKURT
Akdeniz Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences

Özet:
Darbeli elektromanyetik alan (PEMF), düşük frekanslı bir elektromanyetik alan olup, çalışmalar PEMF uygulamasının parkinson hastalığı, ameliyat sonrası ağrı ve ödem, kronik yaraların tedavisi, nörodejeneratif ve oküler hastalıkların tedavisi, kanser hücrelerinin tedavisi gibi alanlarda kullanıldığını göstermiştir. Apoptoz, genel olarak hücrelerin kendi kendilerini yok ettikleri, proapoptotik ve antiapoptatik proteinler arasındaki denge ile düzenlenen, RNA, protein sentezi ve enerjiye gereksinim duyan programlanmış hücre ölümüdür. Membran fosfolipitlerinin ana bileşeni olan oleik asitin, kanser tedavisinde otofajik veya apoptotik hücre ölümlerini tetiklediği nöronal hücrelerde dahil olmak üzere çeşitli hücre kültürü çalışmalarında gösterilmiştir. Literatürde, erken çocukluk çağında görülen, sempatik sinir sisteminin öncül hücrelerinden köken alan kötü huylu bir beyin tümörü olan nöroblastomanın hücre hattında oleik asit ile birlikte PEMF maruziyetinin apoptotik mekanizmalarda rol oynayan önemli proteinler üzerine moleküler etkilerinin birlikte araştırıldığı çalışmalar kısıtlıdır. Özellikle, 75 Hz frekansında, 1 mT yoğunluğunda PEMF'ye kısa (15 dk) ve uzun süreli (12 saat) maruziyetin, oleik asit ile muamele edilen insan nöroblastoma hücre hattında nöronlar dahil olmak üzere birçok hücre tipinde apoptozun düzenlenmesinde anahtar rol oynayan genlerden TP53, bcl-2, bax, ve kaspaz-3'ün mRNA düzeylerinin incelendiği çalışmalar yok denecek kadar azdır. Bu bilgiler ışığında sunulan çalışmanın amacı, oleik asit ile muamele edilen insan nöroblastoma hücre hattını 75 Hz, 1 mT PEMF'ye hem kısa (15 dk) hem de uzun süre (12 saat) maruz bırakarak, oleik asit ile birlikte PEMF maruziyetinin maruziyet süresine bağlı olarak apoptoz mekanizmasındaki etkilerini moleküler tekniklerle araştırmaktır. SH-SY5Y nöroblastoma hücreleri 6 gruba ayrılmıştır: 1. Grup: kontrol grubu, 2.Grup: Oleik asit maruziyetine bırakılan grup, 3. Grup: Oleik asit muamelesinin ardından 15 dk, 75 Hz-1±0.2 mT PEMF maruziyetine bırakılan grup, 4. Grup: Oleik asit muamelesinin ardından 12 saat, 75 Hz-1±0.2 mT PEMF maruziyetine bırakılan grup, 5. Grup: 15 dk, 75 Hz-1±0.2 mT PEMF maruziyetine bırakılan grup, 6. Grup: 12 saat, 75 Hz-1±0.2 mT PEMF maruziyetine bırakılan gruptur. Hücre canlılığı Alamar Mavisi (Alamar Blue) tekniği ile apoptozun indüklenip/indüklenmediği Akış Sitometrisi (Flow Cytometry) yöntemi ile, TP53, Bcl-2, bax, ve kaspaz-3'ün mRNA seviyeleri ise Real Time PCR tekniği ile belirlenmiştir. Elde edilen sonuçlar toplu olarak değerlendirildiğinde, oleik asit muamelesinin ardından 12 saat 75 Hz frekans 1±0.2 mT yoğunlukta PEMF'ye maruziyetin SH-SY5Y hücre hattında kontrol HaCaT hücre hattına kıyasla hücre canlılığını azaltıcı, TP53, kaspaz-3, bax ekspresyonunu arttırıcı, Bcl-2 ekspresyonunda ise azaltıcı etki göstererek hücreleri apoptoza sürüklediği bulunmuştur. Elde ettiğimiz bilimsel verilerle PEMF uygulamasının insan beyin hücrelerinde oleik asit ile birlikte apoptoz mekanizması üzerine etkileri incelenmiş, klinik ve biyomedikal uygulama alanlarının genişletilmesine katkı sağlanılmıştır.

ANAHTAR KELİMELER: Darbeli Elektromanyetik Alan, oleik asit, apoptoz, nöroblastoma, kanser, SH-SY5Y hücre hattı

Abstract:
Pulsed electromagnetic field (PEMF) is a low-frequency electromagnetic field, and studies have demonstrated that PEMF application is used in the treatment of Parkinson's disease, postoperative pain, edema, chronic wounds, neurodegenerative and ocular diseases, and cancer cells. Apoptosis is a programmed cell death, in which cells undergo self-destruction, regulated by the equilibrium between proapoptotic and antiapoptotic proteins, and requires RNA, protein synthesis, and energy. Oleic acid, the main component of membrane phospholipids, has been demonstrated in numerous cell culture studies including neuronal cells to trigger autophagic or apoptotic cell death in cancer treatment. In the literature, studies investigating the molecular effects of oleic acid and PEMF exposure on key molecules involved in apoptotic mechanisms in the cell line of neuroblastoma, a malignant brain tumor originating from the precursor cells of the sympathetic nervous system, are limited. Especially, studies examining the effects of 75 Hz frequency, 1 mT intensity of short- and long-term PEMF exposure on the mRNA levels of key genes such as TP53, Bcl-2, bax, and caspase-3 in apoptosis regulation in oleic acid-treated human neuroblastoma cell line are very scarce. In the light of this knowledge, the objective of the present study was to expose the oleic acid treated-human neuroblastoma cell line to 75 Hz, 1 mT PEMF for both short (15 min) and long (12 hours) term, and to investigate the effects of PEMF exposure together with oleic acid on the apoptosis mechanism depending on the exposure time with molecular techniques. SH-SY5Y neuroblastoma cells were divided into 6 experimental groups: Group 1: control group; Group 2: Oleic acid treated group; Group 3: The group exposed 75 Hz-1±0.2 mT PEMF for 15 min following oleic acid treatment; Group 4: The group exposed 75 Hz-1±0.2 mT PEMF for 12 h following oleic acid treatment; Group 5: The group exposed to 75 Hz-1±0.2 mT PEMF for 15 min; and Group 6: The group exposed to 75 Hz -1±0.2 mT PEMF for 12 h. Cell viability, apoptosis, and mRNA levels of TP53, Bcl-2, bax, caspase-3 were determined by Alamar Blue, Flow Cytometry, and Real-Time PCR techniques, respectively. Overall findings demonstrated that exposure to PEMF at 75 Hz frequency and 1±0.2 mT intensity for 12 h following oleic acid treatment induce apoptosis in SH-SY5Y cell line by reducing cell viability, increasing TP53, bax, and caspase-3 expressions, and decreasing Bcl-2 expression. With the obtained scientific data, the effects of PEMF application on the apoptosis mechanism in human brain cells combination with oleic acid have been examined, contributing to the expansion of clinical and biomedical applications.

KEYWORDS: Pulsed Electromagnetic Field, oleic acid, apoptosis, neuroblastoma, cancer, SH-SY5Y cell line