İnsan yapımı nanopartiküllerin kronik obstrüktif akciğer hastalığı olan bireylerin bronş epitel hücrelerinin inflamasyonu, hücre yaşam döngüsü ve apopitozisine etkisi
Effects of engineered nanoparticles on inflammation, cell cycle progression and apoptosis of bronchial epithelial cells from subjects with chronic obstructive pulmonary disease
Yazar: BÜLENT GÖGEBAKAN
Danışman: PROF. DR. AHMET ARSLAN
Gaziantep Üniversitesi / Sağlık Bilimleri Enstitüsü / Tıbbi Biyoloji Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2012
Konu: Tıbbi Biyoloji = Medical Biology
Dizin: Akciğer hastalıkları-obstrüktif = Lung diseases-obstructive ; Apoptozis = Apoptosis ; Bronşiyal hastalıklar = Bronchial diseases ; Bronşiyal hiperaktivite = Bronchial hyperreactivity ; Bronşlar = Bronchi ; Epitel hücreleri = Epithelial cells ; Hücreler = Cells ; Nanopartiküller = Nanoparticles ; Titanyum dioksit = Titanium dioxide ; İnflamasyon = Inflammation

Özet:
İnsan yapımı nanopartiküller (NP) sundukları avantajlarından dolayı birçok alanda yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Küçük boyutta olmaları, vücuda kolayca alınarak hücre içine kadar girebilmelerini sağlamaktadır. NP'lerin üretim ve kullanımında gözlenen artış, insanların bu partiküllere maruz kalma ihtimalini giderek arttırmaktadır. İnsan yapımı NP'lerden titanyum dioksit (TiO2) ve çok duvarlı karbon nanotüpler (ÇDKNT) endüstriyel ürünler ve günlük hayatta çeşitli alanlarda sıkça kullanılmaktadırlar. Ancak, NP'lerin sağlık üzerinde oluşturdukları potansiyel risk yeterince bilinmemektedir. Bu çalışmada TiO2 ve ÇDKNT'nin KOAH'lı bireylerin bronş epitel hücreleri (BEH) üzerine olan etkilerini araştırmayı amaçladık. BEAS-2B, sigara içen, ancak KOAH gelişmeyen (sigaralı) ve KOAH'lıların BEH'ni TiO2 ve ÇDKNT'lere maruz bırakarak (0-300 µg/ml) MTT yöntemiyle hücre canlılığını belirledik. Hücre canlılığı üzerinde etkili olan doz ve maruziyet süresi (300 µg/ml-48.saat) kullanılarak akım sitometri yöntemi ile apopitozis analiz edildi. NP'lerin bu hücrelerden interlökin (IL)-8 ve granülosit makrofaj-koloni stimüle edici faktör (GM-CSF) salınımına etkilerine ELISA ile bakıldı. Her iki NP de BEAS-2B hücre canlılığını baskıladı ve bu durum artmış apopitozis ile paralellik gösterdi. TiO2 sigaralı ve KOAH'lı grupta hücre canlılığını baskılarken, ÇDKNT'nin sigaralı BEH'lerinde hücre canlılığını arttırdığı bulundu. TiO2 sigaralı BEH'lerinde apopitozise neden olurken, bu partiküllerin KOAH'lı hücrelerin apopitozisini etkilemediği bulundu. Her iki NP, BEAS-2B hücrelerinde IL-8 salınımını artırırken, sadece TiO2 sigaralı BEH'lerinde IL-8 salınımını yükseltti. ÇDKNT, tam tersine, sigaralı BEH'de IL-8 seviyesini azalttı. GM-CSF salınımı sigaralı hücrelerde TiO2 tarafından artırılırken, ÇDKNT'ler bu sitokinin salınımını etkilemedi. KOAH'lı grupta ÇDKNT, GM-CSF düzeyini azaltıcı etki yaparken, TiO2 sitokin salınımını etkilemedi. Sonuç olarak, cevapları arasındaki farklılığa rağmen, çalışmamızda kullandığımız hücrelerin, NP'lerden benzer şekilde etkilendikleri; bu partiküllere maruziyet sonrasında hücre canlılıklarının azaldığı, apopitozis/nekrozlarının arttığı ve IL-8 ve GM-CSF gibi inflamatuar sitokin salınımlarının etkilendiği gösterilmiştir. Bu bulgular NP'lerin KOAH gibi kronik hava yolu hastalıklarının patogenezine katkıda bulunabileceğini düşündürmektedir.

Abstract:
Because of the advantages they present, nanoparticles (NPs) are widely used in different aspects of the life. Their nano-scale nature allows them to be up taken and diffuse easily into living cells. The increase in their production and usage lead to increased possibility of human exposure to these particles. Of the engineered NPs, titanium dioxide (TiO2) and multi-walled carbon nanotubes (MWCNT) are widely used in industrial settings, and in daily life. However, the potential risks, which they pose to the health, are not adequately known. The objectives of the present study were to investigate the effects of TiO2 and MWCNT on bronchial epithelial cells (BECs) of patients with chronic obstructive pulmonary disease (COPD). We incubated BEAS-2B cells and BECs from smokers and COPD patients with TiO2 and MWCNT (0-300 µg/ml) and, studied the cell viability using MTT staining. The effective dose of NPs on cell viability and the optimum exposure time (300 µg/ml-48. hours) were used to determine apoptosis by flow cytometry. The release of interleukin (IL)-8 and granulocyte macrophage colony stimulating factor (GM-CSF) was assessed by ELISA. Both type NPs suppressed BEAS-2B cell viability in parallel with increases in apoptosis. Although TiO2 decreased the viability of BECs from both smokers and COPD patients, MWCNT increased the viability of BECs of smokers. TiO2 induced apoptosis in BECs from smokers, whereas these particles did not affect apoptosis of COPD cells. Both NPs increased the release of IL-8 from BEAS-2B cells, whereas only TiO2 induced release of IL-8 in smokers. In contrast, MWCNT decreased the release of IL-8 in BECs of smokers. The release of GM-CSF from BECs of smokers was induced by TiO2, while MWCNT did not show any effect. Despite MWCNT decreased the level of GM-CSF in COPD cells, TiO2 did not affect release of either cytokine. In conclusion, in spite of the difference between their responses, we have demonstrated that the different cells types that were used in the present study were affected in a similar manner; the cell viability was decreased, apoptosis/necrosis was increased, and the release of IL-8 and GM-CSF was affected by the particles. These findings suggest that NPs may contribute to the pathogenesis of chronic airway diseases such as COPD.