Lucilia sericata larvalarında ICP-MS ile arsenik ve kadmiyum analizi
Arsenic and cadmium analysis in lucilia sericata larvae by ICP-MS
Yazar: ÇAĞDAŞ ADIÖREN
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SELDA MERCAN
İstanbul Üniversitesi-Cerrahpaşa / Adli Tıp Enstitüsü / Fen Bilimleri Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Adli Tıp = Forensic Medicine ; Biyoloji = Biology ; Kimya = Chemistry
Dizin: Adli toksikoloji = Forensic toxicology

Özet:
Adli entomoloji, cesetlere gelen böceklerin ve bu türlerin gelişim aşamalarının incelendiği böcek biyolojisi çalışmalarına verilen genel addır. 
Bir cesedin çürüme evresiyle bağlantılı olarak, adli laboratuvarlar her zaman toksikolojik analiz yapacak materyali elde edemeyebilirler. Bu gibi durumlarda kullanılan adli entomotoksikoloji bilimi; kan, idrar veya iç organlar gibi geleneksel matrislerin mevcut olmadığı durumlarda alternatif toksikolojik örnekler olarak böceklerin yararlılığını araştırmaktadır.
Literatürde, Diptera (Çift Kanatlılar) takımının Calliphoridae (Göksinekler) ailesine ait olan türler, çürüme sırasında oluşan gazların kokusuyla ceset üzerinde ilk kolonize olan böceklerdir. Cesede erken gelmeleri ve büyük miktarlarda kolonileşmeleri ile adli entomoloji açısından oldukça önemlidirler. Araştırmada Calliphoridae familyasına ait Lucilia sericata (Meigen) türü sineğin larvaları kullanılmıştır.
Daha önce yapılan çalışmalarda Calliphoridae ve Sarcophagidae ailelerine ait çeşitli böcek türlerinde alkoller, antidepresan ilaçlar, barbitüratlar, benzodiazepinler, opiatlar ve türevleri, pestisitler ve inorganik elementler çalışılmıştır. Bu inorganik elementler arasında en sık ateşli silah atış artığı belirteci olan antimon, baryum ve kurşun ile yapılan çalışmalara ağırlık verilmiş ve anlamlı sonuçlar elde edilmiştir. Ancak ateşli silah atış artığı dışında larvada inorganik elementler ile yapılan bir araştırmaya bilgimiz dahilinde rastlanmamıştır.
Bu çalışmada, arsenik (As) ve kadmiyum (Cd) elementleriyle kirletilmiş karaciğer dokusunda beslenen Lucilia sericata türü sinek larvalarının içerdiği As ve Cd konsantrasyonlarının tespit edilmesi için bir analiz yöntemi geliştirilmesi amaçlanmıştır. Kontrol grubu larvaları (kontamine olmamış karaciğer ile beslenen) ile inorganik elemente maruz bırakılan larvalar gelişim ve inorganik element konsantrasyonu yönünden karşılaştırılmıştır. Larvalar inorganik analiz için çekitleme işlemine tabi tutulmuş hem çalışma hem kontrol grubu larvalarının inorganik element konsantrasyonunu tayin etmek için İndüktif Eşleşmiş Plazma-Kütle Spektrometresi (ICP-MS) kullanılmıştır. Kantitatif analizler için kalibrasyon eğrisi oluşturulmuş; analize hazır hale getirilen larvalar ICP-MS ile analiz edilmiştir.
Blank larvalarının boy ortalaması (ORT) 1,145 cm bulunmuş olup; As ve Cd'un tüm farklı konsantrasyonlarında gelişen larvaların bu ortalamadan anlamlı bir şekilde düşük olduğu, As ve Cd konsantrasyonun artmasının larva boyutları üzerine negatif etkisi tespit edilmiştir. Geliştirilen kantitatif analiz yönteminde, As ve Cd için korelasyon katsayılarının >0,999, doğrusal aralığın 0,1-100 ng/mL, LOQ değerinin ise sırasıyla 0,08 ve 0,01 ng/mL olduğu bulunmuştur. Arsenik için yüzde geri kazanım oranları %94,33-107,38, Cd için ise %97,98-108,16 bulunmuştur. Tekrar edilebilirlik çalışmalarından elde edilen sonuçlar (%RSD) As için ≤8,51 iken Cd için ≤10,36'dır. As ve Cd için larva çıkışı gözlenen en yüksek besiyeri kosantrasyonları sırasıyla 5 μg/mL ile 15 μg/mL bulunup, bu konsantrasyonlarda gözlenen ortalama As ve Cd değerleri sırasıyla 1,533 μg/g ve 15,206 μg/g tespit edilmiştir. En düşük besiyeri konsantrasyonları ise her iki analit için de 0,5 μg/mL'dir ve elde edilen As ve Cd değerleri sırasıyla 0,603 μg/g ve 1,276 μg/g'dır.
Yapılan bu çalışma sayesinde larvadaki As ve Cd için ICP-MS sistemi ile güvenilir bir yöntem geliştirilmiştir. Bu sayede çalışmanın, larvanın beslendiği dokudaki madde konsantrasyonu hakkında güçlü bir veri sağlayacağı ve adli entomotoksikolojik araştırmalarda yerini alarak yargı ve adalet sistemine hizmet edeceği düşünülmektedir.

Abstract:
Forensic entomology, is the general name given to insect biology studies, examines insect invasion into cadavers and the development stages of species.
In connection with the decay stage, forensic laboratories are not always able to obtain proper biological material for toxicological analysis. The science of entomotoxicology used in such cases; explores the usefulness of insects as alternative toxicological samples in the case of traditional matrices such as blood, urine or internal organs are not available.
In the literature, species belonging to the Calliphoridae family of Diptera are the first insects colonizing on the corpse with the smell of gases formed during decay. They are very important in forensic entomology with their early arrival in the body and colonization in large quantities. In this study, larvae of Lucilia sericata (Meigen) species were used which belong to the Calliphoridae family.
In previous studies, alcohols, antidepressant drugs, barbiturates, benzodiazepines, opiates and derivatives, pesticides, and inorganic elements were studied in various insect species belonging to the Calliphoridae and Sarcophagidae families. Among these inorganic elements, studies with antimony, barium and lead, which are the most common gunshot residues, have been focused and significant results have been obtained. However, according to our knowledge, there are no further studies conducted with inorganic elements except gunshot residues in larvae.
In this study, it was aimed to develop an analysis method for the determination of arsenic (As) and cadmium (Cd) concentrations in larvae of Lucilia sericata species that were fed on the liver tissue contaminated with As and Cd elements. Control group larvae (feeding on uncontaminated liver) and the larvae exposed to the inorganic element were compared in terms of developmental state and elemental concentrations. Larvae samples were extracted for inorganic analysis, and Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (ICP-MS) system was used to determine the inorganic element concentration of both study and control groups. Calibration curve was generated for quantitative analysis; prepared larvae samples were analyzed by ICP-MS.
The mean length of blank larvae samples were found 1,145 cm, mean lengths of larvae grown in As and Cd spiked media were significantly lower. A negative effect was detected on the length of larvae grown in increasing element concentrations. In the developed quantitative analysis method, correlation coefficients of As and Cd was >0,999, linear range was between 0,1-100 ng/mL for both, and LOQ values were found 0,08 and 0,01 ng/mL, respectively. Recovery results were found 94,33-107,38% for As and 97,98-108,16% for Cd. Repeatability results (RSD%) were ≤8,51 for As, ≤10,36 for Cd. 5 μg/mL and 15 μg/mL were determined as max. elemental concentrations in liver media for As and Cd respectively which a larvae grown in. Mean As and Cd concentrations of larvae fed on these contamination levels were 1,533 μg/g and 15,206 μg/g respectively.  0,5 μg/mL was determined as min. elemental concentration in liver media, As and Cd concentrations of larvae fed on this contamination level were found as 0,603 μg/g and 1,276 μg/g respectively.
 A reliable ICP-MS method was developed to determine As and Cd in larvae samples by means of this study. Thus, powerful data about the media of larvae in a real case could be provided and the study could be in placed for forensic entomotoxicological investigations to serve for the judiciary and justice system.