Titanyum dioksit nanopartikülleri ile gıda bileşenlerinin etkileşiminin incelenmesi

Belirli boyut, biçim ve yüzey özelliklerine sahip olacak şekilde tasarlanan nanopartiküller, özelleştirilmiş fonksiyonları sayesinde tıp, fizik, kimya ve tarım gibi birçok alanda kullanılmaya başlanmıştır. Gıdaların teknolojik özelliklerini geliştirmek amacıyla gıda katkısı olarak kullanılan bazı metal nanopartiküllerin (gümüş, demir, çinko) insan sağlığına zararları ortaya konulmuştur. Tez çalışmasında özellikle 1.5-6 yaş aralığındaki çocukların tükettiği gıdalarda yüksek miktarda bulunan farklı çaplardaki (30 nm, 100 nm ve 250 nm) TiO2 nanopartiküllerinin gerçek gıda ortamı olarak süt ile etkileşimi incelenmiştir. Bu etkileşimin, nanopartikül morfolojisi, partikül yüzey yükü, korona yapısı ve toksik özellikleri üzerine etkileri araştırılmıştır. İlk aşamada, süt ortamının iyonik yükünü taklit eden tamponda nanopartiküllerin davranışı izlemiş ve 30 nm, 100 nm ve 250 nm çaplarındaki partiküller için sırasıyla 2900.3 ± 411.9 nm; 3271.0 ± 131.2 nm ve 2276 ± 347.7 nm büyüklüklerinde agregat yapıları tespit edilmiştir. Nanopartiküller süt ile etkileştiğinde, ortamda bulunan bileşenlerin agregat büyüklüklerinde azalma gözlenmiştir. Bununla birlikte, oluşan korona yapısı SDS-PAGE ile incelendiğinde, bu yapıda büyük oranda kazein proteinleri olduğu tespit edilmiştir. İkinci aşama olarak tez çalışması kapsamında, gıda ve tampon ortamında bulunan TiO2 nanopartiküllerine sindirim simülasyonu uygulanmış, sindirim sürecinde partiküllerin geçirdiği değişimler takip edilmiştir. Bu süreçte tampon ortamındaki nanopartiküllerin ii ağızdan, mide ve barsak ortamına gidildikçe agregat çaplarının küçüldüğü gözlenmiştir. Süt ortamında ise nanopartikül agregat çaplarının sindirim öncesinde de olduğu gibi azaldığı gözlenmiştir. Bununla birlikte tampon ortamındaki nanopartiküllerin üzerinde yeni bir korona yapısı gözlenmiştir. Ayrıca, TiO2 nanopartiküllerinin sindirim ortamlarındaki diğer bileşenler ile etkileşiminin incelenmesi amacıyla, nanopartiküllerle etkileşmiş sindirim enzimlerinin aktiviteleri ölçülmüştür. Bu noktada nanopartiküllerin amilaz enzimi aktivitesini azaltmadığı, pepsin enzimi üzerinde sadece tampon ortamında aktivite azalmasına neden olduğu ve lipaz enziminde hem tampon ortamında hem de gıda ortamında aktivite azalmasına yol açtığı tespit edilmiştir. Son aşamada farklı çaplardaki TiO2 nanopartiküllerinin sindirim sonrası sitotoksik etkileri memeli ve bakteri hücreleri üzerinde incelenmiştir. Nanopartiküllerin Caco-2 hücresinin canlılığına etkisini doza bağlı gösterdiği gözlenmiştir. Ayrıca 3 farklı çaptaki nanopartiküller hücre canlılığına tampon ortamında etki etmezken, gıda ortamında hücre canlılığını azaltmıştır. Nanopartiküllerin oksidatif stres öncülü etkisinin incelendiği analizlere göz atıldığında çapı 30 nm olan nanopartiküller memeli hücresi üzerinde tampon ortamında ciddi bir stres oluştururken bu etki gıda ortamında azalmıştır. Çapı 100 nm olan nanopartiküller oksidatif stres öncülününün üretilmesine yüksek konsantrasyonlarda hem gıda hem tampon ortamında neden olmuştur. 250 nm çapındaki nanopartikülünün oksidatif stres etkisi yalnızca tampon ortamında ölçülürken, gıda ortamında stres etkisi azalmıştır. Nanopartiküllerin bakteri hücresinin üzerine etkileri incelendiğinde etkilerin yine doza bağlı ve tampon ortamında fazla olduğu gözlenmiştir. Bakteri hücresi üzerinde en fazla stres etkisi tampon ortamındaki 250 nm çapındaki nanopartiküller ile ölçülmüştür, bu etki gıda ortamında azalmıştır. Nanopartiküllerin yüzeyinde bulunan korona yapısının farklılığının sitotoksik etkilerini değiştirdiği gözlenmiştir. Tez çalışması sonucunda TiO2 nanopartikülünün gerçek gıda ortamındaki davranışı ve bu davranışın sindirim sürecindeki değişimi ilk kez incelenmiştir. Böylece nanopartikülün gıda bileşenleri, sindirim enzimleri ile sindirim epitel hücresi ve bakteri hücreleri gibi farklı hücreler ile etkileşimi hakkında detaylı bilgi edinilmiştir.