İğde (elaeagnus angustifolia l.) meyvelerinden sentezlenen karbon kuantum noktaları ile immobilize edilmiş cam ve kitosan mikrokürelerin antikanser ve mutajenik potansiyellerinin değerlendirilmesi

Nanobiyoteknoloji alanında yürütülen çalışmalarda, canlıların yaşam kalitesini artırmak amacıyla geliştirilen uygulamaların farklı alanlara entegre edilmesi hedeflenmektedir. Bu kapsamda, özellikle karbon bazlı nanomalzemelerin kullanımı dikkat çekmektedir. Karbon bazlı nanomalzemelerden biri olan karbon kuantum noktaların (KKN) gerek kendisi gerekse de KKN ile immobilize edilerek üretilmiş doğal veya sentetik yüzeyler, pek çok çeşitteki biyoteknolojik uygulamalarda potansiyel bir aday olarak tanımlandığı gibi sağlık ve endüstriyel üretim araştırmalarında da büyük önem arz etmektedir. Özellikle bitkisel kaynaklardan elde edilen bu tip yeni nesil nanomalzemelerin yeşil sentez yöntemleriyle üretimi sayesinde çevre dostu ve canlı sistemler üzerinde biyouyumluluğu yüksek nanokompozit malzeme üretimine ait araştırmaların giderek arttığı görülmektedir. Bu bağlamda, doğal bir polimer olan kitosan ve biyouyumlu cam mikroküreler, KKN immobilizasyonu için uygun birer taşıyıcı matriks olarak değerlendirilmektedir. Bu bağlamda tez çalışması kapsamında, daha önceki çalışmamızda iğde (Elaeagnus angustifolia L.) meyvelerinden mikrodalga yöntemi ile sentezlenip, karakterize edilen ve antibakteriyel etkileri belirlenen 9 farklı KKN (GD9) ve KKN ilişkili cam (GD2-GD5) ve kitosan mikroyüzeylerin (GD6-GD8) sitotoksik ve mutajenik açıdan biyouyumlulukları, ayrıca KKN’nin (GD9) 5 farklı insan kanseri (HeLa, MCF-7, HT29, HCT-116 ve U87) hücreleri üzerindeki antikanser potansiyelleri süre ve konsantrasyon bağımlı olarak değerlendirilmiştir. Test materyallerinin genotoksik potansiyelleri Ames plak inkoorporasyon test sistemi esas alınarak incelenmişken, sitotoksik potansiyelleri ise MTT yöntemi kullanılarak değerlendirilmiştir. Çalışmada sitotoksik aktivite verileri değerlendirilirken test edilen seri içerisinde %70 altında % canlılık değerine sahip olan materyaller sitotoksik etkili olarak nitelendirilmiştir. Bu bağlamda, test edilen KKN’lerin sağlıklı hücreler (L929) üzerindeki sitotoksik aktivitelerine ait verileri topluca incelendiğinde; GD3, GD5, GD7, GD8 ve GD9 ile muamele edilen hücrelerde, sadece en yüksek dozunun (200 mg/mL) hücre canlılığını kontrole göre yaklaşık %1-2 gibi çok düşük bir oranda nispeten azalttığı gözlenmiştir. Ayrıca hücre canlılığındaki düşüşün en belirgin olduğu GD5, GD7 ve GD9 test materyalleri için hücre canlılığının kontrole göre istatistiksel olarak anlamlı bir şekilde düştüğü denenen konsantrasyon ve inkübasyon sürelerinde bile % canlılık %80,33-91,88 aralıklarında olduğu görülmüştür. Sonuç olarak 9 farklı test materyalinden hiçbirinin sağlıklı hücrelerde sitotoksik olmadığı için güvenilir ama kanser hücrelerinde ise gerek doz gerekse de konsantrasyon bağımlı etkisinin olduğu için antikanser potansiyel taşıdığı belirlenmiştir. Bununla birlikte, KKN’nin (GD9) kolon kanseri hücreleri (HCT-116) üzerinde farklı dozlarda sitotoksik etki göstermiş olsa da antikanser etkisinin olmadığı, beyin kanseri hücrelerinde (U87) ise zayıf oranda antikanser etkisi olduğu, serviks kanseri hücrelerinde (HeLa) muamele süresi arttıkça antikanser aktivitenin arttığı, meme kanseri (MCF-7) ve kolerektal adenokarsinom (HT-29) hücrelerinde belirgin seviye antikanser etki gösterdiği saptanmıştır. KKN’nin düşük dozlarında bile güçlü antikanser etki gösterdiği kanser tipinin ise kolerektal adenokarsinom (HT-29) hücreleri olduğu belirlenmiştir. Ayrıca KKN ve KKN ilişkili cam ve kitosan mikroyüzeylerin hiçbirinin Ames test sistemine göre genotoksik etki göstermediği tespit edilmiştir. Özetle bu çalışma kapsamında kullanılan test materyalinden hiçbirinin sağlıklı hücrelerde sitotoksik ve genotoksik etki göstermediği belirlenmiş ve dolayısı ile in vitro sito/genotoksisiteleri açısından biyouyumlu materyaller olduğu ve antikanser potansiyel taşıdığı belirlenmiştir. Elde edilen veriler biyolojik sistemlerde kullanılabilmesi öngörülen bu materyallerin biyogüvenilirliği açısından önemli bir kazanımdır.

In studies conducted in the field of nanobiotechnology, it is aimed to integrate applications developed to increase the quality of life of living beings into different areas. In this context, the use of carbon-based nanomaterials in particular draws attention. Carbon quantum dots (CCDs), as well as natural or synthetic surfaces produced by immobilization with CCDs, one of the carbon-based nanomaterials, are defined as a potential candidate in many types of biotechnological applications and are of great importance in health and industrial production research. Especially thanks to the production of these new generation nanomaterials obtained from plant sources by green synthesis methods, it is seen that research on the production of environmentally friendly and biocompatible nanocomposite materials on living systems is increasing. In this perspective, chitosan, a natural polymer, and biocompatible glass microspheres are considered as suitable carrier matrices for CCDs immobilization. In this context, our group previously studied the antibacterial activities of nine different GD9 and related glass (GD2-GD5) and chitosan microsurfaces (GD6-GD8) synthesized and characterized from oleaster (Elaeagnus angustifolia L.) fruits using microwave methods. In this study, the cytotoxic and mutagenic biocompatibility of these nine test materials, as well as the anticancer potential of GD9 on five different human cancer cells (HeLa, MCF-7, HT-29, HCT-116, and U87), were evaluated in a time- and concentration-dependent manner. The genotoxic potential of the test materials was investigated using the Ames plate incorporation test system, while their cytotoxic potential was evaluated using the MTT method. When evaluating cytotoxic activity data in the study, materials with a viability value below 70% within the tested series were considered cytotoxic. In this context, when the data on the cytotoxic activity of the tested CCDs on healthy cells (L929) were examined collectively, it was observed that in cells treated with GD3, GD5, GD7, GD8, and GD9, only the highest dose (200 mg/mL) reduced cell viability by a relatively small amount, approximately 1-2%, compared to the control. Furthermore, the decrease in cell viability was most pronounced for test materials GD5, GD7, and GD9, where cell viability decreased significantly compared to the control. Even at the concentrations and incubation times tested, cell viability was found to be between 80.33% and 91.88%. Consequently, none of the nine test materials were found to be biosecure because they were not cytotoxic to healthy cells, but they were found to have anticancer potential because they had both dose- and concentration-dependent effects on cancer cells. However, it was determined that although CCDs (GD9) showed cytotoxic effects at different doses on colon cancer cells (HCT-116), it had no anticancer effect, it had a weak anticancer effect on brain cancer cells (U87), anticancer activity increased with increasing treatment time in cervical cancer cells (HeLa), and it showed a significant anticancer effect on breast cancer (MCF-7) and colorectal adenocarcinoma (HT-29) cells. The cancer type in which CCDs exhibit potent anticancer activity, even at low doses, was determined to be colorectal adenocarcinoma (HT-29) cells. Furthermore, none of the CCDs and CCD-associated glass and chitosan microsurfaces exhibited genotoxic effects according to the Ames test system. In summary, none of the test materials used in this study were found to have cytotoxic or genotoxic effects on healthy cells. Therefore, they were determined to be biocompatible materials in terms of their in vitro cyto/genotoxicity and to have anticancer potential. The obtained data are a significant gain in terms of the biosafety of these materials, which are expected to be used in biological systems.