Özet

Virüsler, konak hücrenin mekanizmasını ele geçirerek yayılmak üzere evrimleşmiş, yüksek düzeyde düzenli supramoleküler komplekslerdir. Virüsler son derece çeşitlidir, hücrelerden tüm alemlerin yaşamlarına yayılır, ancak hepsinin ortak işlevleri ve özellikleri vardır. Bununla birlikte, hedeflenen ilaç dağıtımı için bir araç veya elektronikte yapı taşları gibi virüslerden ve virüs benzeri parçacıklardan en iyi şekilde yararlanmak için, öncelikle temel özelliklerini ve karakterlerini anlamak çok önemlidir. Viral özellikleri etkileyen mekanizmalar ve viral partikül özelliklerinden yararlanmaya yönelik yaklaşımlar bu eğitim ünitesinde sunulmaktadır.

Anahtar kelimeler/sözcük grubu: Coronavirüsler, fonksiyonel nanopartiküller, Virüs Bazlı Nanopartiküller (VNP'ler)

1. Virüsler ve önemi

1.1. Virüsler dünya çapında bulunur

Virüsler veya moleküler nanomakineler, ökaryotlar (omurgalılar, omurgasızlar, bitkiler ve mantarlar) ve prokaryotlar (bakteriler ve Arkeler) dahil olmak üzere tüm hücresel yaşam formlarını enfekte eder. Virüslerin varlığı, hastalık belirtileri gösteren konaklarda görülebilir. Diğer yandan birçok sağlıklı tür, bazıları aktifken diğerleri uykuda olan patojenik olmayan virüs enfeksiyonlarına konaklık yapmaktadır. Ayrıca, birçok organizmanın genomu, uzun zamandan beri konak genomlarına entegre olmuş eski viral genomların parçalarını içerir. Virüsler toprakta, havada ve suda bulunabilir ve konakçılarına ek olarak bu habitatlarda yaşayan türleri de enfekte edebilir [10].

Literatürde virüslerin canlı mı cansız mı olduğu konusunda hala bir tartışma var. Karar verme, yaşamın nasıl tanımlandığı bakış açısı ile belirlenir. Virüslerin, hücrelere bulaştıklarında çoğalan ve bu anlamda virüsleri canlı kılan genleri vardır. Bununla birlikte, hücresel yaşam formları ile aynı değildirler. Virüsler konak hücrelerinin dışında olduklarında cansız ve cansız viral partiküller (viryonlar) olarak bulunurlar [10].

Virüsler, hücrelerden farklı bir şekilde çoğalmaları bakımından farklıdır. Önceden oluşturulmuş bir hücreden her zaman yeni bir hücre üretilir, ancak önceden oluşturulmuş bir viriondan asla yeni bir virion oluşturulmaz. Bir konak hücrenin içinde gerçekleşen ve bileşenlerin sentezini ve ardından bunların virionlara birleştirilmesini içeren replikasyon süreci, yeni viryonlar üretir. Sonuç olarak virüsler, amino asitler ve nükleositler gibi yapı bileşenleri, protein sentezleme makineleri (ribozomlar) ve adenosin trifosfat olarak enerji gibi ihtiyaçlarının çoğu için konakçılarına güvenen parazitlerdir.

Bir virüs, üreme sürecinin etkinliğini artırmak için, konakçının hücre içi ortamını değiştirir. Yeni zar yapılarının üretimi, hücre genlerinin ekspresyonunun azalması veya bir hücre işleminin arttırılması, modifikasyon örnekleridir. Bazı muazzam fajlar, fotosentetik bakteri konaklarının hücrelerinde fotosentezi artıran proteinleri kodlar, dolayısıyla viral üretimi arttırır.

1.2 Virüsleri incelemenin nedenleri

1.2.1. Virüsler hastalığa neden olabilirler

Virüsler, küçük hastalıklardan (örn. soğuk algınlığı) ölümcül hastalıklara (örn. kuduz) kadar çok çeşitli insan hastalıklarında rol oynar. İnfluenza virüsünün farklı alt tiplerinin neden olduğu beş pandemik solunum yolu enfeksiyonu, geçen yüzyılda dünyaya saldırdı ve domuzlar bu influenza virüsleri için önemli rezervuar görevi gördü. 1918 H1N1 (İspanyol gribi) dünya çapında yaklaşık 50 milyon insanı öldürdü, 1957 H2N2 (Asya gribi) dünya çapında yaklaşık 4 milyon insanı öldürdü, 1968 H3N2 (Hong Kong gribi) dünya çapında 1 milyon insanı öldürdü, 2005 H5N1 (Kuş gribi) daha fazla kuş ve insan öldürdü ve 2009 H1N1 (Domuz gribi) dünya çapında 18.000 insanı öldürdü ve 100’den fazla ülkeyi çevreleyerek insanları, domuzları ve kuşları enfekte etti [39].

Coronavirüs ailesinden bir pandemi daha çıktı. Şiddetli akut solunum sendromu (SARS) ve Orta Doğu solunum sendromu (MERS) iki bölgesel salgındır (MERS). SARS 2003 yılında 774 kişinin canını alırken, MERS 2012 ile 2019 arasında 858 kişinin canını aldı (Hastalık Kontrol ve Önleme Merkezleri, 2005; Dünya Sağlık Örgütü, 2019). 2019’da Çin’de yeni bir virüs keşfedildi ve Avrupa, Kuzey Amerika, Asya, Orta Doğu, Afrika ve Latin Amerika’da hızla 216 ülkeye yayılan yeni koronavirüs 2019 (SARS-CoV-2 veya COVID-19) hastalığına neden oldu. Dünya Sağlık Örgütü, 11 Mart 2020’de COVID-19’u pandemik bir hastalık olarak ilan etti [26].

1.2.2. Bazı virüsler faydalı olabilir

Bazı virüsler, mevcut veya gelecekteki uygulamaları yararlı olabileceği için incelenir [10].

• Bakterilerin faj tiplemesi. Bakterilerin neden olduğu hastalık salgınları sırasında bakteri izolatlarının faj tiplerinin belirlenmesi önemli epidemiyolojik bilgiler sağlayabilir.
• Enzim kaynakları. Virüs enzimleri çeşitli moleküler biyoloji uygulamalarında kullanılır (örneğin retrovirüslerden ters transkriptaz ve fajlardan RNA polimerazlar).
• Pestisitler.Baculovirüsler bazı zararlı böcekleri kontrol etmek için kullanılır ve miksoma virüsü tavşanları kontrol etmek için zaten kullanılmıştır.
• Anti-bakteriyel ajanlar. İnsan fajları, yirminci yüzyılın ortalarında çeşitli bakteriyel enfeksiyonları tedavi etmek için kullanıldı.
• Anti-kanser ajanları. Kanseri tedavi etmek için genetiği değiştirilmiş viral suşların kullanımı araştırılmaktadır. Bu suşlar, normal hücreleri hariç tutarken belirli tümör hücrelerini enfekte etmelerine ve yok etmelerine izin vermek için manipüle edilmiştir.
• Protein üretimi için gen vektörleri. Virüsler, genleri hayvan kültür hücrelerine sokmak için vektörler olarak kullanılır.
• Genetik hastalıkların tedavisi için gen vektörleri. Retrovirüsler, hastalıktan sorumlu mutasyona uğramış genin mutant olmayan bir kopyasını ciddi kombine immün yetmezliği olan çocukların kök hücrelerine aktarmak için vektörler olarak kullanılmıştır.
• Enerji ve biyomedikal uygulamalarda virüs bazlı nanomalzemeler ve nanoyapılar.Geliştirilen virüs bazlı biyomimetik malzemeler, biyosensör ve nanotaşıyıcı uygulamaları için karakterize edilmiştir [39].

1.3. Virüslerin sınıflandırılması

Virüsler şu anda Uluslararası Virüs Taksonomisi Komitesi (ICTV) tarafından sekiz grupta sınıflandırılmaktadır [60]. İlk kategori, haloarcula hispanica pleomorfik virüs 1 gibi çift sarmallı DNA’ya ve tek sarmal DNA’ya sahip kimerik virüsleri içerir. Poksvirüsler, herpesvirüsler ve adenovirüsler gibi çift sarmallı DNA virüsleri ikinci bölmede bulunur. Parvovirüsler gibi tek sarmallı DNA virüsü üçüncüdür; reovirüsler gibi çift sarmallı RNA virüsü dördüncüdür. Mevcut SARS-CoV-2 salgını, enterovirüsler, hepatit A virüsü, çocuk felci virüsü, rinovirüsler, el-ayak-ağız (HFM) virüsü, SARS virüsü, sarı humma virüsü gibi pozitif anlamda tek sarmallı RNA genomlarına sahip virüsler, hepatit C virüsü (HCV) ve kızamıkçık virüsü. Altıncı grup, ölümcül Marburg ve Ebola virüslerinin yanı sıra kızamık, grip virüsü ve kabakulak gibi negatif anlamda tek sarmallı RNA genomlarına sahip virüsleri; yedinci grup, HIV gibi bir DNA ara maddesi yoluyla çoğalan tek sarmallı RNA genomlarına sahip virüsleri içerir; ve sekizinci grup, hepatit B virüsü (HBV) gibi çift sarmallı DNA genomlarına ve ters transkriptaz replikasyonuna sahip virüsleri içerir.

1.3.1. Coronavirüslerin Taksonomisi

Coronavirüsler (CoV’ler), Nidovirales takımı, Cornidovirineae alt takımı ve Coronaviridae ailesine ait önemli bir virüs grubudur. Letovirinae ve Orthocoronavirinae, Coronaviridae ailesinin iki alt ailesidir. Alphaletovirus cinsi Letovirinae ailesine aitken, Orthocoronaviridae familyası filogenetik analiz ve genom yapısına göre dört cinse ayrılır: Alphacoronavirus (CoV), Betacoronavirus (CoV), Gammacoronavirus (CoV) ve Deltacoronavirus (CoV), sırasıyla 17, 12, 2 ve 7 farklı tür virüs içerir. Corona, “taç” anlamına gelen Latince bir kelimedir ve virüs, adını, elektron mikroskobu altında kendisine taç benzeri bir form veren virüs zarfı üzerindeki sivri uzantıların varlığından almıştır. Virüslerin bu sırayla iç içe geçmiş bir alt genomik mRNA seti oluşturma yeteneği, nido olarak adlandırılır [3].

Sonuç olarak, Coronavirüs (CoV’ler) dört nesile ayrılır: α-, β-, γ- ve δ-CoV [15]. α- ve β-CoV’ler yalnızca memelileri enfekte ederken, γ- ve δ-CoV’ler kuşları ve bazı memelileri enfekte edebilir. Coronaviridae’nin en son sınıflandırması Şekil 1’de gösterilmektedir.

Figure 1. SARS-CoV-2 ve yakın akrabalarının taksonomisi [3]

Bugüne kadar, CoV-OC43, CoV-229E, HCoV-OC43, CoV-HKU1, CoVNL63, Orta Doğu solunum hastalığı (MERS)-CoV ve şiddetli akut solunum sendromu (SARS)-CoV ve SARS-CoV-2 veya COVID-19 dahil olmak üzere yedi CoV’nin insanlarda enfeksiyonlara neden olduğu bilinmektedir [50, 62].

Coronaviridae ailesinin bir üyesi olan SARS-CoV-2 -CoV cinsine aittir ve taksonomik ve genetik olarak SARS-CoV, MERS-CoV ve diğer insan koronavirüsleriyle aynı olduğu söylenmektedir [3].
Chan ve ark. göre SARS-CoV-2, Sarbecovirus alt cinsinde (önceden CoV’nin 2b nesli) ayrı bir soy gösterir [14]. Bu yeni ortaya çıkan tehdide ilişkin çok sınırlı veri olduğundan ve önceki araştırmalarda benimsenen önleme stratejileri ve virüs salgınları SARS-CoV-2’ye karşı yeni stratejiler geliştirmede önemli bir rol oynadığından, bilim insanlarının bu ‘akrabaları’ SARS-CoV-2 dikkate alınarak ele almaları doğru ve faydalı olmalıdır.

Ancak diğer koronavirüsler evcil ve vahşi memelilerde ve kuşlarda pandemik enfeksiyonlar üreterek yüksek ölüm oranlarına ve önemli ekonomik kayıplara neden oldu. Tavuk IBV, Beluga balina koronavirüsü SW1 (BWCoV-SW1), yarasa koronavirüsleri CDPHE15 ve HKU10 (ICTV 2018), domuz epidemik diyare virüsü (PEDV), TGEV ve ani akut diyare sendromu tespit edilen virüsler (SADS-CoV) arasındadır [3].

1.4. Virüslerin doğası

1.4.1. Virusler küçük parçacıklardır

Çoğu virüs virionu ışık mikroskobu ile görülemeyecek kadar küçüktür ve sadece elektron mikroskobu ile görülebilir. Çok çeşitli boyut, şekil ve formlarda mevcutturlar. Bazıları çok büyük, bazıları ise küçüktür; bazıları küre şeklindeyken diğerleri çubuklara benzer. Bu virüslerin çoğu oldukça simetrik bir yapıya sahiptir. Virionlar için standart ölçü birimi nanometredir. (1 nm = 10−9 m). Yaklaşık 20 nm boyutlarındaki parvovirüsler en küçükler arasındayken, bir amipten tanımlanan mikrop taklit eden virüs (mimivirüs) en büyükleri arasındadır. Coronavirüs viryonları (CoV’ler) 60-140 nm çapa sahiptir ve genellikle küresel ila pleomorfik kapalı parçacıklardır [1].
Virüsler, yarı kararlı makromoleküler topluluklardır. Virionlar üretildiğinde paketlenmiş hücre ribozomlarına sahip olan arenavirüs viryonları dışında, hücre değildirler ve organel içermezler [10].

1.4.2. Virüslerin genetic materyali vardır.

Virüsün genomu virion içinde bulunur. Virüs genomları çift sarmallı DNA, tek sarmallı DNA, çift sarmallı RNA veya tek sarmallı RNA olabilirken hücre genomları yalnızca çift sarmallı DNA olabilir.
Koronavirüsler (SARS-CoV-2) monopartit tek sarmallı pozitif anlamlı RNA [(+) ssRNA] genomuyla RNA virüsleri arasında en büyük genomlardan birine sahiptir [11]. Koronavirüs genomu 29903 nükleotit uzunluğundadır ve 5′ ve 3′ uçlarında iki çevrilmemiş bölge (UTR) ile 11 açık okuma çerçevesi (ORF) içerir [14].
Bir kapsid, genomu çevreleyen bir protein kaplamadır. Virion, birçok durumda genom, kapsid ve ek bileşenlerden oluşur. Virionun birincil işlevleri, genomu korumak ve onu çoğalabileceği bir hücreye taşımaktır. Yapısal olmayan proteinler olarak bilinen diğer proteinler, kapsidi oluşturan proteinlere ek olarak viral genom tarafından kodlanır. Nihai kapsidin organizasyonunun bir parçası değildirler. Bu yapısal olmayan proteinler, viral replikasyonun konakçı hücre içinde gerçekleşmesi için gereklidir [59].
Virüsün boyutu genellikle genomun boyutuyla orantılıdır. Öte yandan viral genom, viryonun toplam kütlesine kapsid proteinlerinden önemli ölçüde daha az katkıda bulunur. Sonuç olarak, kapsid(ler)i yapmak için kapsid proteininin çok sayıda kopyası birbirine bağlanmalıdır. Tekrarlanan alt birimlere sahip böyle bir derlemede gerekli olan genetik bilgi miktarı önemli ölçüde azaltılır. Bazı virüslerde kapsid gelişiminde tek bir gen ürünü yer alırken, daha karmaşık virüslerde çok sayıda gen ürünü yer alır [59].
Dört yapısal protein, Nükleokapsid (N) proteini, Membran (M) proteini, Spike (S) proteini ve Zarf (E) proteini, koronavirüs genomunun yanı sıra birkaç yapısal olmayan protein (25 nsp) tarafından kodlanır (Şek. 2). Kapsid, virüsün tek pozitif iplikli RNA’sına bağlanan ve insan hücrelerini enfekte etmesine ve onları virüs fabrikalarına dönüştürmesine izin veren nükleer kapsid veya N-proteini içeren bir protein kabuğudur. N proteini viral RNA genomunu kapsar ve replikasyon ve transkripsiyon için gereklidir. Viral replikasyon ve transkripsiyon, genomik ve alt genomik RNA’lara bağlanan N proteininin N-terminali tarafından işlenir [5].

Şekil 2. Bir lipid çift tabakasına gömülü viral yüzey proteinleri spike, zarf ve zar).

M-proteini viral yüzeyde en yaygın olanıdır ve koronavirüsün ana düzenleyicisi olduğu düşünülmektedir. S-proteini, virüsün yüzeyine dahil edilir ve virüsün konukçu hücre yüzeyi reseptörlerine bağlanmasına ve viral ve konukçu hücre zarları arasında zar füzyonuna aracılık ederek, virüsün konukçu hücreye girişini kolaylaştırır [28]. E-protein, virüs partikülünün küçük bir bileşeni olan 76-109 amino asitli küçük bir zar proteinidir. Virüs oluşumunda, konak hücre zarı geçirgenliğinde ve virüs-konakçı hücre temasında rol oynar [24]. Lipid zarf, koronavirüsler gibi bazı virüslerde harici olarak bulunur. Bir lipid çift tabakası, viral yüzey proteinlerinin sivri ucunu, zarfını ve zarını çevreler. Viral yüzeyde hemaglutinin-esteraz dimer (HE) keşfedilmiştir. HE proteini, virüs girişinde rol oynayabilir; virüs replikasyonu için gerekli değildir, ancak doğal konakçı hücre enfeksiyonu için önemli görünmektedir [34]. Primer antijenik epitoplar, özellikle nötralize edici antikorlar tarafından tanımlananlar, konakçı hücreye bağlanmadan sorumlu olan zarf glikoproteinleri tarafından taşınır. Spike (S) proteininin kapalı ve açık (ön füzyon) durumlarındaki tam yapısı, kriyo-EM araştırmaları ile belirlenmiştir [61] [67]. Bu glikoprotein, her biri 1273 amino asit içeren üç özdeş zincirden ve iki iyi tanımlanmış protein alanı bölgesinden oluşur: sırasıyla hücre tanıma ve membran füzyonunda yer alan S1 ve S2 alt birimleri. İkincisi, şu anda bilinmeyen birkaç protein yapısal değişikliğinin bir sonucu olarak ortaya çıkar.

1.4.3. Viral etki mekanizması

Virüsler konak hücrelerinde çoğalmalıdır ve süreç altı adımdan oluşur: bağlanma, penetrasyon, kaplamanın açılması, replikasyon, montaj ve serbest bırakma [40]. Virüsler, kapsiddeki bağlanma proteinlerini veya viral zarfa gömülü glikoproteinleri kullanarak konakçı hücre zarı üzerindeki belirli bir reseptör konumuna bağlanır ve belirli bir virüs tarafından enfekte olabilen konakçı hücreler bu etkileşim özgüllüğü ile belirlenir. Genel olarak, sadece bakteriyofajların nükleik asidi, konakçı hücreye nüfuz ederek kapsidi dışarıda bırakır. Hayvan ve bitki virüsleri, virüsün tamamen zarflandığı ve hücre zarları tarafından emildiği endositoz yoluyla hücrelere girebilir. Zarflı virüsler, viral zarf doğrudan hücre zarlarıyla birleştiğinde konakçı hücrelerine girer. Viral kapsid, konakçı hücreler içinde bir kez yok edilir ve daha sonra üreme ve transkripsiyon için uygun olan viral nükleik asidi serbest bırakır. Viral genom, replikasyon mekanizmasını belirler. DNA virüsleri normalde daha fazla DNA yapmak için konak hücrenin enzimlerini ve proteinlerini kullanır, bu daha sonra haberci RNA’ya (mRNA) kopyalanır ve doğrudan protein sentezi için kullanılır. RNA çekirdeği, RNA virüsleri tarafından viral genomik RNA ve mRNA’nın sentezi için bir şablon olarak yaygın olarak kullanılır. Konakçı hücrelerde oluşturulan yeni viryonların salınması, viral replikasyonun son aşaması olup, komşu hücrelerin enfeksiyonuna ve kendi kendini kopyalama döngülerinin devam etmesine izin verir. Viral replikasyon döngüsü, konakçı hücrelerin önemli yapısal ve metabolik değişikliklere uğramasına ve ayrıca zarar görmesine neden olabilir [69].

Şekil 3, insan hücresindeki SARS-CoV-2 girişi, replikasyonu ve RNA paketleme mekanizmasını göstermektedir. Koronavirüsün spike (S) proteini, akciğerlerdekiler de dahil olmak üzere çok sayıda insan hücresinin yüzeyindeki anjiyotensin dönüştürücü enzim 2 (ACE2) reseptörlerine bağlanarak virüs girişini kolaylaştırır. Konak proteazları (tripsin ve furin), koronavirüs S proteinini S1/S2 alt birim sınırında (S1/S2 bölgesi) iki noktada parçalar. Füzyon peptidi, S2 alanı (S2′ bölgesi) bölündükten sonra salınır. Bu olay sonucunda membran füzyon mekanizması devreye girecektir. Endositoz, bir insan hücresinin virüsü yuttuğu süreçtir. SARS-CoV-2’nin sitoplazmaya girdikten sonra, Spike (S) glikoproteininde reseptör bağlanması ve indüklenen konformasyonel değişiklikleri, ardından hücre içi proteazlar tarafından katepsin L proteolizini ve daha fazla endozomlar içindeki membran füzyon mekanizmasının aktivasyonunu içeren, membran füzyonu için benzersiz bir üç aşamalı yöntem kullandığı varsayılmaktadır [52]. Daha sonra endozom açılır, virüsü sitoplazmaya bırakır ve viral nükleokapsid (N), endojen proteinleri hidrolize edebilen ancak aynı zamanda SARS nükleokapsid proteini gibi dış proteinleri de parçalayabilen proteazomlarla kaplanmaz [63]. Virionun, S1 alt birimi yoluyla hedef konak hücre yüzeyindeki bir reseptöre bağlandığı, Spike’ın konak proteazları tarafından bölündüğü ve ardından viral ve konakçı hedef membranların S2 alt birimi aracılığıyla düşük pH’ta, hedef konak hücre yüzeyindeki bir reseptöre bağlandığı yeni bir iki aşamalı mekanizma önerilmiştir [25, 33]. Son olarak, tek sarmallı bir RNA olan viral genetik materyal, tamamıyla sitoplazmaya salınır. Replikasyon/transkripsiyon kompleksinin (RTC) aracılık ettiği replikasyon ve transkripsiyon süreçleri gerçekleşir. Bu kompleks yapısal olmayan proteinlerden oluşur ve viral genomda (nsp) kodlanır. RTC’nin, enfekte olmuş hücrenin sitoplazmasında çift zarlı yapılar ürettiği varsayılmaktadır [58]. Pozitif RNA genomunun ardından, açık okuma çerçevesi 1a/b (ORF 1a/b), replikaz proteinleri üretmek için çevrilir. Bu proteinler, genomu, daha sonra ek tam uzunlukta genomlar oluşturmak için kullanılan tam uzunluktaki negatif sens RNA’ları oluşturmak için bir şablon olarak kullanır. M, S ve E yapısal viral proteinleri sitoplazmada sentezlenir, endoplazmik retikuluma (ER) yerleştirilir ve endoplazmik retikulum-Golgi ara bölmesine aktarılır (Şekil 3). (ERGİK) [37]. Ek olarak, sitoplazmada replike edilmiş genomların N proteini tarafından kapsidasyonu ile nükleokapsidler oluşur ve sonuç olarak, yeni viryonlar oluşturmak için ERGIC zarı içinde birleşirler. Sonunda, yeni viryonlar, enfekte olmuş hücrelerden, onları düz duvarlı kesecikler içinde hücre zarına taşıyarak ve daha sonra diğer hücreleri enfekte etmek için ekzositoz olarak bilinen bir işlem yoluyla salgılayarak ihraç edilir. Bu arada, viral üretimin endoplazmik retikulum üzerindeki stresi hücre ölümüyle sonuçlanır.

Şekil 3. İnsan hücresinde SARS-CoV-2 girişi, replikasyonu ve viral RNA paketleme mekanizmasının şematik diyagramı.

2. Fonksiyonel nanopartiküller

2.1. Nanopartiküller nelerdir?

Uluslararası Standardizasyon Örgütü’ne (ISO) göre bir nanoparçacık, boyutu 1 ile 100 nanometre arasında olan bir parçacıktır [6]. İnsan gözüyle görülemeyen nanopartiküller, daha büyük maddi muadillerinden kökten farklı fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olabilir. Bir maddenin boyutu atom ölçeğine yaklaştıkça özellikleri değişir. Bunun nedeni, yüzey atomlarının malzemenin performansına hakim olmasına neden olan yüzey alanı-hacim oranındaki bir artıştır. Tozlar, levhalar ve levhalar gibi dökme malzemelerle karşılaştırıldığında, nanoparçacıklar, son derece küçük boyutları nedeniyle nispeten önemli bir yüzey alanı/hacim oranına sahiptir. Nanopartiküller elektronlarını sınırlayacak ve kuantum etkilerini indükleyecek kadar küçük olduklarında, beklenmedik optik, fiziksel ve kimyasal yeteneklere sahip olabilirler.

Metalik nanopartiküller, çeşitli endüstriyel uygulamalarda faydalı olabilecek fiziksel ve kimyasal özellikler (örneğin, daha düşük erime sıcaklıkları, geniş spesifik yüzey alanları, spesifik optik özellikler, mekanik kuvvetler ve manyetizasyonlar) açısından dökme metallerden farklıdır. Örneğin bakır, yumuşak bir malzeme olarak kabul edilir, çünkü atomları 50 nm ölçeğinde kümelenir ve dökme bakırın bükülmesine neden olur. Sonuç olarak, 50 nm’den küçük bakır nanopartiküller, dökme bakırdan önemli ölçüde farklı dövülebilirlik ve sünekliğe sahip çok sert bir malzeme olarak sınıflandırılır. Altın nanoparçacıkları, yığın altından (1064 °C) (2.5 nm boyutu için 300 °C) önemli ölçüde daha düşük sıcaklıklarda erir.

Son otuz yılda, nanoteknoloji konusundaki aktivite dünya çapında üstel bir oranda artarak onu disiplinler arası büyük bir araştırma konusuna dönüştürdü. Nanoteknolojinin tıp bilimi alanına entegrasyonu, nanoyapılı malzemelerin farklı biyolojik etkilere sahip olması nedeniyle bu yükselişi büyük ölçüde yönlendirmiştir.
Nanomalzemeler, sağlık sektöründe, biri ilaç dağıtımı olmak üzere çeşitli şekillerde kullanılmaktadır.

Şekil 4. Nanopartiküllerin biyomedikal uygulamaları.

Bu tekniğin bir örneği, kemoterapi tedavilerinin doğrudan kanserli büyümelere verilmesine yardımcı olmak için nanopartiküllerin geliştirilmesi ve ayrıca kardiyovasküler hastalıklarla mücadele için arterlerin hasarlı bölgelerine ilaç verilmesidir. Nanotüplere antikorların eklenmesi yoluyla bakteri sensörlerinin oluşturulması süreçlerinde uygulanmak üzere karbon nanotüpler de geliştirilmektedir.

Nanopartiküller, büyük yüzey alanı, yapısal özellikler ve küçük moleküllere kıyasla kanda daha uzun dolaşım süresi gibi benzersiz nitelikleri nedeniyle kişiselleştirilmiş tıp yoluyla optimize edilmiş tedavi için ilginç adaylar olarak ortaya çıkmıştır. Biyoaktif moleküllerin elverişsiz fizikokimyasal özelliklerini arzu edilen biyofarmakolojik profillere dönüştürme, biyolojik bariyerler ve bölmeler boyunca terapötik ajan dağıtımını iyileştirme, biyoaktif ajan salınımını kontrol etme, biyolojik hedeflere seçici ilaç verme yoluyla terapötik etkinliği geliştirme ve multimodal iyonu birleştirerek hedefe yönelik tedavi işlevlerini gerçekleştirme yeteneği kanalların tümü, tasarlanmış terapötik nanopartiküllerin potansiyel avantajlarıdır [56].

Birkaç nanomalzeme ve nanoparçacık şu anda klinik deneylerde incelenmektedir veya ABD Gıda ve İlaç Dairesi (FDA) tarafından insanlarda kullanım için zaten onaylanmıştır ve hücre kültürü ve küçük hayvan modellerinde nanoparçacıkların birçok kavram kanıtı çalışması tıbbi uygulamaları devam etmektedir.

Antiviral ilaç geliştirme, hastalıkların yayılmasını sınırlamak ve kayıpları en aza indirmek için kritik öneme sahiptir. Kuantum noktaları, altın ve gümüş nanoparçacıklar, grafen oksit, nanokümeler, silikon malzemeler, karbon noktaları, polimerler ve dendrimerler gibi birçok fonksiyonel nanoparçacığın son zamanlarda etkileyici antiviral özelliklere sahip olduğu bulunmuştur. Bu fonksiyonel nanopartikül bazlı malzemeler, antiviral mekanizma ve inhibitör etkinliğindeki farklılıkları göz önüne alındığında, olası antiviral adaylar olarak benzersiz nitelikler sunar. SARS-CoV-2, 60-140 nm çapında ve partikül benzeri özelliklere sahip, spike protein kaplı bir virüstür. Yapısal benzerlikleri nedeniyle, sentetik nanoparçacıklar virüse çok benzeyebilir ve patojenik proteinleri ile agresif bir şekilde etkileşime girebilir. Çinko oksit nanoparçacıkları gibi antiviral nanomalzemeler, viral kapsid ile birleştiklerinde hücre yüzeyini taklit eden bir tetrapod şekline sahiptir. Fotokatalitik reaksiyon nedeniyle, UV radyasyonuna maruz kaldığında viral proteinleri inhibe eder [56].

2.2. Antiviral ajanlar olarak fonksiyonel nanopartiküller

Viral araştırmaların tüm bölümleri nanoteknolojiden etkilenmiştir. Nanoteknoloji, diğer antiviral teknikler arasında bu sorunu çözmek için güçlü bir potansiyel göstermiştir ve gelişen nanopartiküllerin virüs enfeksiyonu ve üremesine karşı olağanüstü bir güce sahip olduğu bildirilmiştir. İlk olarak, nanoteknoloji tabanlı problar virüslerin tespitinde yaygın olarak kullanılmış ve benzersiz fonksiyonel nanoparçacıklara dayalı çeşitli biyosensörlerin ve biyoelektroniklerin geliştirilmesine yol açmıştır [12, 16]. İkincisi, çağdaş biyokimyasal araştırmalarda biyouyumluluk ve biyosentetik yöntemlerin önemini vurgulayan, şablon olarak viryonlar ve virüs benzeri parçacıklar kullanılarak birkaç nanomalzeme yaratılmıştır [31, 35]. Üçüncüsü, floresan nanoprobların üretimi ve bunların virüs bulaşmış hücrelerin moleküler mekanizmalarının incelenmesinde kullanılması için önemli çaba sarf edilmiştir [41, 73]. Son olarak, giderek artan sayıda işlevselleştirilmiş nanopartiküller oldukça etkili viral büyüme inhibitörleri olarak tanımlanmıştır [66].

2.3. Fonksiyonel nanopartiküllerin antiviral aktivitesi

Bağlanma, penetrasyon, replikasyon ve tomurcuklanma, virüsün bulaşıcı sürecindeki temel adımlardır ve antiviral fonksiyonel nanopartiküller, bu adımlardan bazılarını inhibe ederek veya azaltarak virüsleri engellemek için tasarlanmıştır. Bu bölümde nanopartiküllerin çeşitli mekanizmalarını antiviral etkinliklerine göre sınıflandıracağız. Virüsleri etkisiz hale getirmek, onları engellemenin en doğrudan yoludur ve bazı nanoyapılar virüslerle etkileşime girebilir, kapsid protein yapılarını değiştirebilir ve ardından aktif virüs popülasyonunu azaltmak için hem fiziksel hem de kimyasal mekanizmalara bağlanabilen virülansı büyük ölçüde azaltabilir. Çoğu viral enfeksiyon, genellikle hedef alıcı proteine ​​bağlanarak gerçekleştirilen konakçı hücrelerin bağlanmasıyla başlar. Nanopartiküller yapışmayı etkili bir şekilde önleyebilirse, konakçı hücreler enfeksiyondan arınmış olacaktır. Stellacci’nin ekibi, viral bağlanma ligandlarının (VAL’ler) yüksek oranda korunan hedefi olan heparan sülfat proteoglikanlarını taklit eden uzun ve esnek bağlayıcılara sahip bir dizi antiviral nanoparçacık geliştirdi; güçlü ve çok değerlikli VAL tekrarlayan birimleri [8]. Bu partiküller sitotoksik değildir ve in vitro olarak herpes simpleks virüsüne, insan papilloma virüsüne, solunum sinsityal virüsüne, dang virüsüne ve lenti virüsüne karşı nanomolar tersinmez aktiviteye sahiptir. Sonuç olarak, fonksiyonel nanopartiküller, enfeksiyon sürecindeki ilk adım olan viral tutunmayı önlemek için geniş spektrumlu bir antiviral ilaç olarak kullanılabilir. Virüs bastırmanın ikinci yöntemi, hücre yüzey zarını ve protein mimarisini değiştirerek virüslerin konak hücrelere nüfuz etmesini ve girmesini önlemektir. Haag ve meslektaşları, çeşitli fulleren ve polimer ağırlık oranlarına ve poligliserol sülfat dal numaralarına sahip bir dizi suda çözünür fulleren-poligliserol sülfat (FPS) oluşturdular [19].

Tablo 1. Nanomalzemelerin tipik antiviral etki mekanizmaları.

Nanomalzeme	Virüs	Mekanizma
Grafen oksit	Solunum sinsityal virüsü	Virüsü doğrudan etkisiz hale getirin ve eki engelleyin
Nanojel	PRRSV	Koruma eki ve penetrasyon
Gümüş nanopartiküller	Herpes virüsü	Viral eki etkiler
Grafen oksit	Herpes virüsü	Ek inhibisyonu
Altın nanopartiküller	Herpes virüsü	Viral eki ve penetrasyonu önleyin
Nano-karbon	Herpes virüsü	Virüs girişini erken aşamada engelleyin
Silikon nanopartiküller	Influenza A	Soy virüs miktarını azaltın
Ag2S nanokümeler	Coronavirüs	Viral RNA sentezini ve tomurcuklanmayı bloke edin
Gd2O3:Tb3+/Er3+ nanopartiküller	Zika virüs	ZIKV'nin Zk2 peptidi için antijen mikro taşıyıcıları olarak
Bakır oksit nanopartiküller	Herpes simpleks virüsü tip 1	Viral proteinlerin oksidasyonu ve viral genomun bozulması
NiO nanoyapılar	Salatalık mozaik virüsü	pod, pr1 ve pal1 genlerinin ifadesini artırın
Zirkonya nanopartiküller	H5N1 influenza virüsü	Promote the expression of cytokines
Çinko oksit nanopartiküller	H1N1 influenza virüsü	Virüsü sadece konakçı hücrelere viral girişten sonra inhibe eder

Polianyonik dalları solvente maruz kalan değiştirilebilir hidrofobik çekirdek ile birleştiren FPS, bebek hamster böbrek hücreleri ile veziküler stomatit virüsü kaplama glikoprotein temasını bloke etmede bu özelliklerden sadece birine sahip olan analoglardan daha iyi performans gösterir. Sonuç olarak, virüsler ve konak hücreler arasında blokajlar geliştirmek, virüs enfeksiyonlarını uzak tutmak için iyi bir yaklaşımdır. Virüsün bir hücreye girmesi durumunda, virüsü bloke etmek için üçüncü başarılı teknik, genellikle daha önce virüs DNA veya RNA replikasyonunun tamamlanmasına yardımcı olan belirli enzimlerin ekspresyonunu azaltarak gerçekleştirilen replikasyonunu yok etmektir. Son strateji, virüs tomurcuklanmasını engellemek ve onu konakçı hücrelerden salgılamaktır. Bir virüsün yavruları, annesinden daha öldürücü olabilir ve eğer fonksiyonel nanopartiküller, virüsün tomurcuklanmasını engellerse ve yavru virüslerin sayısını büyük ölçüde sınırlarsa, virüsün virülansı büyük ölçüde azalacaktır. Tablo 1, fonksiyonel nanopartiküller için en yaygın antiviral mekanizmalardan bazılarını göstermektedir.

3. Virüs Bazlı Nanopartiküller (VNPs)

Viral partiküller ve fonksiyonel nanomalzemeler arasındaki geçiş noktası, virüs bazlı nanopartiküllerdir. Milyonlarca özdeş nanoparçacığın şablonla birleştirilmesi ve canlı hücrelerde oluşturulması, virüslere dayalı biyonanomalzemelerle mümkündür. Virüsler bakterileri, insanları ve bitkileri enfekte eder ve hepsi virüs bazlı nanopartiküller (VNP’ler) oluşturmak için kullanılmıştır. Virüsler başlamak için mükemmel bir yerdir çünkü nükleik asitleri doğal olarak dağıtmak için evrimleşmişlerdir ve bu nedenle terapötikler ve görüntüleme reaktifleri gibi diğer bileşikleri vermek üzere manipüle edilebilirler. Son olarak, virüslerin yüksek bir replikasyon hızı vardır ve bu da VNP’lerin düşük bir maliyetle seri üretimini sağlar.

VNP’ler, iyi tanımlanmış üç boyutlu bir yapıya sahip düzenli virüs kaplama proteinleri dizilerinden oluşur ve bu da onları üretilen parçacıklardan daha iyi bir mühendislik iskelesi haline getirir. VNP’ler ayrıca sentezlenmeden önce viral proteinleri kodlayan nükleik asit şablonunu değiştirerek ve ayrıca belirli amino asit yan zincirlerine konjugatlar ekleyerek onları kimyasal olarak süsleyerek yapılarını değiştirebilir. VNP’ler, biyouyumlulukları, biyolojik olarak parçalanabilirlikleri, biyolojik engellerin üstesinden gelme yetenekleri ve çoğunlukla proteinden oluştukları için kargonun hedef hücrelere verimli bir şekilde dağıtılması ile bilinir. Virüsler, belirli hücresel proteinlere bağlanmak, nükleik asit yükünü taşımak ve hücre içi makineleri ele geçirmek için virüs bileşenlerini soymak üzere evrimleşmişlerdir. Bu özellikler, gen terapisinde kullanım için memeli virüslerine dayalı VNP’lerin geliştirilmesine yol açmıştır, ancak normal virüs-konak etkileşimlerinden kaynaklanan zararlı etkileri dışlamak zordur [23]. Bakteriyofajlara ve bitki virüslerine dayalı VNP’ler ise tamamen işlevsel virüsler bile insanları enfekte edemediği için zararsız olarak kabul edilir. Sonuç olarak, bu dersin çoğunluğu bakteriyofajlardan ve bitki virüslerinden türetilen VNP’lerin tıbbi uygulamalarına ayrılacaktır.

Bakteriyofajlar ve bitki virüsleri, aynı kaplama proteinlerinin birçok kopyasından oluşan bir kapsid içine sıkıca sarılmış nükleik asitlere sahip nükleoprotein topluluklarıdır. Kapsidler genellikle ikosahedral (yaklaşık olarak küresel), sert tüpler veya esnek filamentlerdir ve son iki kategori yüksek en boy oranına sahiptir. Bitki virüsleri ve bakteriyofajlar, birçok memeli virüsünün aksine, konakçılarını başarılı bir şekilde enfekte edebilmek için daha sert çevre koşullarına tolerans göstermeleri gerektiğinden, normalde kırılgan bir lipit zarla sarılmazlar.

Virüs kapsidinin doğal işlevi, viral DNA’yı nükleazlara ve diğer fiziksel tehditlere karşı korumaktır. Virüs kaplama proteinleri bu nedenle kimyasal ve fiziksel olarak kararlıdır, bu da uzun raf ömrüne sahip oldukları ve hedefleyici ligandlar ile konjugasyon veya ilaçlar, floroforlar veya kontrast ajanları faydalı yüklerle yükleme için gerekli kimyasal işlemlere dayanabilecekleri anlamına geldiği için VNP’lerin gelişimi için avantajlıdır [54].

3.1. VNP’lerin modifikasyonu için stratejiler

Genetik mühendisliği, kapsülleme, biyomineralizasyon, enjeksiyon ve biyokonjugasyon, virüs bazlı ürünleri tasarlamak ve değiştirmek için kullanılabilecek yaklaşımlardan bazılarıdır. Kaplama proteininin temel yapısı, spesifik amino asit kalıntılarının eklenmesi, silinmesi veya değiştirilmesi yoluyla genetik mühendisliği ile değiştirilebilir [42]. Bu tür modifikasyonlar, VNP’nin genel fizikokimyasal özelliklerinin işlevselleştirilmesini veya değiştirilmesini kolaylaştırır [20, 57]. Saflaştırma/bağışıklık saptama etiketleri, VNP’yi aşı yapmak için epitop dizileri ve VNP’yi hedef spesifik reseptörler yapmak için hedefleme dizileri bu tür değişikliklerin örnekleridir [70]. Karşılaştırılabilir rekombinant ekspresyon teknolojilerini kullanarak, doğal olmayan amino asitleri müteakip kimyasal reaksiyonlar için benzersiz tutamaçlar olarak dahil etmek de mümkündür [55].

Fizyolojik koşullar altında, virüs kaplama proteinleri nükleik asitlerin etrafında kendiliğinden birleşir ve bu özellik (VNP’lerin paylaştığı), VNP’leri sökmek ve onları diğer kargo molekülleri etrafında daha istenen konfigürasyonlarda yeniden birleştirmek için kullanılabilir. Kargo kapsüllemesini tetiklemek için iki temel ilke kullanılabilir: (a) yüzey yükü ve elektrostatik etkileşimler veya (b) kendi kendine montaj sırasında meydana gelen benzersiz bağlanma etkileşimleri [18]. Örneğin, bir translasyonel represyon (TR) operatör proteini bakteriyofaj MS2’de bulunur ve bir TR RNA kök halkasına bağlanır. Kimyasal olarak modifiye edilmiş TR operatör proteinleri, küçük terapötik molekülleri taşıyabilir. Hasar görmemiş MS2 partikülleri modifiye TR operatörleri ile birleştirildiğinde, ikincisi VNP’lere difüze olur ve kapside stabil bir şekilde bağlanır. Bu tasarım teknikleri, risin A zinciri ve 5-florouridin gibi terapötik bileşikleri MS2 parçacıklarına başarılı bir şekilde sokmak için kullanılmıştır. Yükün taşınması ve hedef hücrelerin başarılı bir şekilde öldürülmesi, bu tekniğin kullanıldığı in vitro hücre araştırmalarında gösterilmiştir [7, 68].

Biyomineralizasyon, canlı organizmaların hücreleri ve dokuları içinde ve çevresinde minerallerin birikmesidir, ancak viral kaplama proteinlerinin VNP’ler ortamında bir mineral çekirdeği veya çekirdek mineralizasyonu etrafında oluşturma yeteneği ile ilgilidir. VNP biyomineralizasyonunun enerji araştırmalarında çeşitli kullanımları vardır, ancak tıpta, özellikle mineral kargoların kontrast ajanları olarak kullanıldığı örnekler de vardır [43].

Bazı materyaller, bir kargo çevresinde kapsid oluşumunu uyararak kapsüllenmelidir, diğerleri ise viral partikül yoluyla ve iç boşluğa yayılabilir, burada nükleik asitlerle kovalent olmayan etkileşimler veya dahili olarak çıkıntı yapan amino asit yan zincirleri ile içeride kalmaya ikna edilebilirler veya biyokonjugasyon bunları kalıcı olarak tutamaçlara bağlayabilir. [64]. Bu yöntem, optik görüntüleme için floresan boyaları, MRI için Gd3+ iyonlarını ve küçük tıbbi bileşikleri yüklemek için kullanılmıştır [45, 71].

VNP’lerin modifikasyonu için glutamik ve aspartik asit kalıntıları üzerindeki karboksilat grupları, lizin kalıntıları üzerindeki reaktif aminler, sistein kalıntıları üzerindeki sülfhidril grupları ve tirozin kalıntıları üzerindeki fenol grupları gibi spesifik amino asit yan zincirlerini işlevselleştirmek için klasik kimyanın kullanılması en güçlü yaklaşımlardan biridir. Bu gruplar, spesifik moleküllere doğrudan eklenebilir veya daha karmaşık konjugasyon prosedürleri için fonksiyonel grupları içerecek şekilde değiştirilebilir.

3.2. Terapötik müdahalelerde virüs bazlı nanopartiküller

Bakteriyofajlar ve bitki virüsleri, memeli hücrelerine nüfuz etme ve ek üreme olmaksızın çoğalma yeteneğine sahiptir, bu da onları yararlı terapötik araçlar haline getirir. Virüs bazlı nanomalzemeler, kanser hücreleri ve bağışıklık sistemi hücreleri gibi belirli hücreleri hedef alacak şekilde tasarlanabilir. Antijenleri bağışıklık sistemine maruz bırakabildikleri için aşı olarak da kullanılabilirler. İmmünoterapi ve immün/kemo kombine tedavileri, bağışıklık sistemi ile VNP etkileşimlerinden yarar sağlarken, görüntüleme ve ilaç dağıtımı tipik olarak değildir. Sonuç olarak, VNP’leri bağışıklık sisteminden korurken onları belirli hedef hücrelere yönlendirmek için sayısız yol geliştirilmiştir. Mononükleer fagosit sistemi yoluyla VNP klirensi, partiküllerin yüzey kimyası veya şekli değiştirilerek engellenebilir [53]. Örneğin, yüzey PEGilasyonu, VNP’ler ve makrofajlar arasındaki spesifik olmayan etkileşimleri azaltarak daha uzun süre dolaşımlarına izin verebilir [30]. Kanser hücreleri gibi spesifik hücre tiplerinde yüksek oranda ifade edilen reseptörlere bağlanan bileşiklerin genetik veya kimyasal ilavesi onları hedeflemek için kullanılabilir. VNP’nin formu, boyutu ve en boy oranı da doku özgüllüğünü etkileyebilir, bu nedenle bunlar tasarım aşamasında dikkate alınması gereken ek özelliklerdir. Özellikle tübüler veya filamentli VNP’ler, artan akış ve arteriyel duvara doğru marjinasyon ve mononükleer fagositik sistem tarafından azaltılmış klirens gibi küresel VNP’lerden daha üstün olan in vivo özellikler sergileyebilir, bu da gelişmiş tümör hedefleme ve trombüs hedefleme ile sonuçlanır [51, 65] . VNP yapıları, tek dağılımlı olduklarından ve ince ve tekrarlanabilir mekansal kontrol ile modifiye edilebildiklerinden, VNP boyutu ve şeklinin ilaç uygulama ve görüntüleme verimliliği üzerindeki etkisini araştırmak için kullanılabilir.

3.3. Drug delivery with VNPs

Spesifik hücre tiplerini hedefleyen VNP’lerin geliştirilmesi, konjugasyon, infüzyon ve/veya kapsülleme yoluyla toksik yüklerin eklenmesini sağlayarak hedef hücrelerin ölümüyle sonuçlanarak kanser hücrelerinin veya diğer hastalıklı hücrelerin hedef etkiler seçici olarak yok edilmeden elimine edilmesini sağlar. Yukarıda kısaca tartışıldığı gibi konjugasyon, kaplama proteininin spesifik amino asit kalıntılarına faydalı yük moleküllerinin seçici kovalent eklenmesini gerektirir. İnfüzyon, bozulmamış VNP’nin kargo içeren bir çözelti içinde inkübe edilmesiyle gerçekleştirilir, oysa kapsülleme, taşıyıcının faydalı yük etrafında toplanmasını gerektirir [9]. Genler ve kısa enterferans yapan RNA’lar, fotodinamik tedaviyi destekleyen fotoaktif moleküller, geleneksel küçük moleküllü ilaçlar ve hatta CCMV’ye dayalı bir VNP’de kapsüllenmiş bir alfavirüs genomu gibi gen tedavisi için heterolog viral genomlar teslim edilmiştir [4, 17].

Toksik yükler, dış yüzeyi kaplamak, onları in vivo enzimatik ve kimyasal bozulmadan korumak ve hedef olmayan hücrelerle etkileşimlerden kaçınmak yerine tercihen VNP boşluğuna yüklenebilir. VNP’lerin yükleme kapasitesi ve verimliliği genellikle, viral nükleik asidin asla mevcut olmaması için bir plazmit (bakteriyofaj VNP’leri için) veya bir transgenden (bitki VNP’leri için) kaplama proteinlerinin eksprese edilmesiyle gerçekleştirilebilen doğal viral genomun atılmasıyla geliştirilir; elde edilen boş partikül, virüs benzeri partikül (VLP) olarak adlandırılır. Viral genom, seçici kimyasal veya enzimatik bozunma yoluyla da çıkarılabilir.
Zararlı kargo moleküllerinin dahili olarak açıkta kalan yan zincirlere kovalent bağlanması, erken salınımı önler, ancak kovalent olmayan yöntemler, yalnızca iç yüzey yerine tüm boşluk kullanılırsa, VNP içinde daha fazla kargo için daha fazla alan olduğundan, genellikle daha yüksek yükleme verimliliğine izin verir. Polimerizasyon, VNP’nin dış yüzeyinden uzanan veya içini kaplayan faydalı yük bağlantısı için işlevselleştirilmiş gruplardan oluşan bir dallanma ağı oluşturarak her iki dünyanın en iyisini sağlayabilir [27, 44]. Çoğu araştırma VNP tasarımına ve in vitro toksisiteye odaklanmış olsa da, VNP bazlı bir ilaç dağıtım aracının klinik öncesi testi, doksorubisin yüklü bir VNP’nin, özellikle yumurtalık kanserini hedeflemek için folik asit ile modifiye edilmiş salatalık mozaik virüsünün (CMV) in vivo etkinliğini ve kardiyotoksisitesini azalttığını göstermiştir [72].

VNP’lere standart kemoterapiye ek olarak fotodinamik terapi uygulamaları için ışığa duyarlılaştırıcılar yüklenmiştir. Örneğin, bakteriyofaj Q’ya dayalı bir VNP, fotodinamik terapi için bir metaloporfirin türevi ve CD22 reseptörü ile hücreleri hedefleyen glikan bağlama bölgeleri ile yüklenmiştir [47]. Ayrıca, teranostik VNP’lerin ilk gösterimi olarak, çok işlevli bir MRI kontrastı ve fotodinamik terapi maddesi (şelatlı Gd3+ ve Zn2+ ftalosiyanin) CCMV’de başarılı bir şekilde kapsüllenmiştir [38]. Ayrıca fototermal terapi için metal nanopartiküller içeren hibrit VNP bazlı materyaller araştırılmıştır [21].

3.4. Virüs kaynaklı yapılara dayalı bağışıklama ve immünoterapi

Virüs bazlı materyaller tekrarlayan, protein bazlı yapılara sahip olduklarından, bağışıklık tepkilerini ortaya çıkararak aşıların ve immünomodülatörlerin geliştirilmesi için faydalı hale getirirler. Partikül bazlı aşılar dört tipte sınıflandırılır: (a) kimyasal olarak inaktive edilmiş virüs aşıları, (b) düşük virülansa sahip atenüe virüs aşıları, (c) genomsuz ve bulaşıcı olmayan VLP’ler ve (d) patojen türevli epitoplar, bir bitki virüsü, bakteriyofaj veya kimyasal olarak sentezlenmiş platform gibi bulaşıcı olmayan bir taşıyıcı üzerinde sunulan kimerik ve nanopartikül aşılar [22]. VLP’ler ve diğer nanopartikül aşılar gibi partikül aşıların, DNA aşıları ve alt birim aşılara göre çeşitli avantajları vardır [2, 29]. Virüs bazlı taşıyıcı, antijen stabilitesi sağlar, antijenin çoklu kopyalarını taşır (çok değerlikli sunum) ve iki veya daha fazla farklı antijen sunma kabiliyetine sahiptir. Formülasyon, antijen sunan hücreler tarafından pasif veya aktif alımı teşvik eder, bunu uygun T ve B hücre yanıtlarının aktivasyonu ve hazırlanması takip eder [32].

3.4.1. Bulaşıcı Hastalıklar için Aşılar

VLP aşıları, özellikle bulaşıcı olmayan aşı formülasyonunun yapısı doğal virüsün yapısına çok benzediğinde (bunlara doğal VLP’ler olarak atıfta bulunulmuştur) [46)] viral hastalıklara karşı büyük başarı elde etmiştir. İlk başarılı örnek, hepatit B virüsüne (HBV) karşı aşıydı. Bağışıklı popülasyonlarda HBV enfeksiyonlarını büyük ölçüde azaltmıştır. İnsan papilloma virüsüne (HPV) karşı aşılar, virüse karşı bağışıklık sağlar ve bu da HPV’nin neden olduğu servikal karsinom ve potansiyel olarak diğer HPV’nin neden olduğu kanserlere karşı koruma sağlar [48].

Kimerik VLP’ler heterolog antijenleri eksprese eder ve antipatojen ve nötralize edici antikorlar üretebilir, bu da bağışıklamanın patojen tehdidine karşı koruma sağlayabileceğini düşündürür. Bitki virüsleri, bakteriyofajlar, böcek virüsleri ve hayvan poliomavirüsleri ve papillomavirüslerine dayalı kimerik VLP’ler üzerinde birçok çalışma yapılmıştır [48]. Kimeralar ayrıca doğal aşı platformlarından (örneğin, HBV ve HPV) oluşturulmuştur ve bu platformlar, ek heterolog epitoplar sergilenerek genişletilmiştir. Bu doğal kimerik VLP’ler, FDA tarafından onaylanmış bir aşı omurgasından yararlanır.

Böcekleri enfekte eden Flock House virüsü (FHV), karmaşık antijen yapılarına sahip kimerik VLP’ler oluşturmak için kullanılmıştır. Bu çok değerlikli görüntüleme sistemi, Bacillus anthracis koruyucu antijenin görüntülenmesi için bir iskele görevi gören şarbon toksin reseptörünün (ANTXR2) parçalarını içerecek şekilde modifiye edilmiştir. Adjuvan yokluğunda, virüs-antijen kompleksi, tek bir dozdan sonra koruyucu immün yanıtları aktive etti [36]. Çok değerlikli antijenlerin kimyasal bağlanması için ek mekanizmalar, benzer etkili bir şekilde bağışıklık tepkilerini indükler. FHV sistemi, kapsid yüzeyindeki çeşitli konumlarda protein ve peptit eklemelerini kabul etme kabiliyetine ve ayrıca kesin antijenik alan yerleşimi ve düzenlemesine izin veren ayrıntılı yapısal ve genetik bilgilerin mevcudiyetine sahiptir. Örneğin, influenza hemaglutinin (HA) proteini, tüm influenza türleri için önemli bir antijendir, ancak antijenik varyasyon nedeniyle, geniş ölçüde nötralize edici bağışıklık tepkileri geliştirmek zordur. Proteinin yüksek oranda korunmuş bazı bölgeleri vardır, ancak spesifik ve nötralize edici antikor tepkilerinin başlatılmasına izin verecek olan yapısal bir bağlamda görmeleri zordur. Bu antikorların indüksiyonu, FHV üzerinde trimerik bir düzenlemede korunan HA bölgelerinin görüntülenmesiyle etkinleştirilir. Aşı uygulamaları için yerel ve kimerik VLP’lerin faydası ve kapsamı genişlemektedir. Örneğin biyomühendislik VLP aşılarının kombinasyonu ve bunların solunum yoluna uygulanması, yakın zamanda gelecekteki aşı geliştirme ve immünoterapi için temel bir strateji olarak gösterilmiştir [49].

3.4.2. Kanser için aşılar

Anti-tümör aşılamanın kemoterapiye göre, daha az yan etki, ilaç direncinden kaçınma, bağışıklık sistemini artık ilaca dirençli hücreleri ortadan kaldırmak için hazırlama ve metastaz ve nükse karşı korumak için uzun süreli immünolojik hafızayı teşvik etme gibi çeşitli avantajları vardır.

Tümörle ilişkili karbonhidrat veya peptit antijenlerinin desenli gösterimi dahil olmak üzere çeşitli VNP tabanlı kanser aşısı stratejileri değerlendirilmiştir. Tn’ye özgü antikorlar, virüs bazlı yapı iskelesine ve çok değerlikli gösterime konjugasyondan sonra yüksek titrelerde üretildi. Benzer şekilde antijene özgü IgG ve IgM tepkileri, TMV’ye konjuge edilmiş Tn antijeni tarafından ortaya çıkarılabilir. Virüs temelli yapı iskeleleri üzerinde kanser epitoplarının sunumu, bu öz-epitopların, kendine toleransın üstesinden gelmek için umut verici bir strateji olan doğal olmayan bir moleküler ortamda sunulmasına izin verir.

3.4.3. Nörolojik hastalıklar ve bağımlılık için aşılar

VLP’ler, Alzheimer hastalığının ilerlemesiyle bağlantılı olan amiloid beta (A) proteinini görüntülemek için nanoyapılar olarak kullanılmıştır. Adjuvan yokluğunda, Papillomavirüs ve A antijenleri içeren Q VLP’ler, sınırlı T hücresi tepkileri olan anti-A antikorlarını ortaya çıkardı. Antikor alt sınıfları, tüm antijenin mi yoksa peptit antijenlerinin mi kullanıldığına bağlı olarak farklılık göstermiştir [13].

Potansiyel bir nikotin bağımlılığı aşısı, çok değerlikli bir şekilde nikotin sergilemek üzere kimyasal olarak modifiye edilmiş 30 nm’lik bir ikosahedral bakteriyofaj Q kapsidi kullanılarak geliştirilmiştir. Q-bazlı aşının çok değerlikli ve partiküllü yapısı, antinikotin nötralize edici antikorların üretimini uyarır, kan nikotin seviyelerini düşürür ve kan-beyin bariyerinden geçişi sınırlandırır.

---

Test LO 1.1

---

Kaynaklar

1. Alimardani V., Abolmaali S. and Tamaddon A. (2021). Recent Advances on Nanotechnology-Based Strategies for Prevention, Diagnosis, and Treatment of Coronavirus Infections. Hindawi J of Nanomaterials, Article ID 9495126, 1-20.
2. Awate S., Babiuk L and Mutwiri G. (2013). Mechanisms of action of adjuvants. Front Immunol, 4, 114.
3. Aydogdu M., Altun E., Chung E., Ren G., Homer-Vanniasinkam S., Chen B and Edirisinghe M. (2021). Surface interactions and viability of coronaviruses. J. R. Soc. Interface, 18, 20200798.
4. Azizgolshani O., Garmann R., Cadena-Nava R., Knobler C and Gelbart W. (2013). Reconstituted plant viral capsids can release genes to mammalian cells.Virology, 441, 12–17.
5. Boopathi, PomaA and Kolandaivel P. (2020). Novel 2019 coronavirus structure, mechanism of action, antiviral drug promises and rule out against its treatment. J Biomol Struct Dyn,39, 9, 1-10.
6. British Standards Institution. (2007). Terminology for Nanomaterials, Publicly Available Specification BS PAS 136, British Standards Institution, London.
7. Brown W., Mastico R., Wu M, Heal K and Adams C. (2002). RNA bacteriophage capsid-mediated drug delivery and epitope presentation. Intervirology, 45, 371–380.
8. Cagno V., Andreozzi P., Alicarnasso M., Silva P., Mueller M., Galloux M., Goffic R., et al. (2018). Broad-spectrum non-toxic antiviral nanoparticles with a virucidal inhibition mechanism. Nature Mater, 17, 195–205.
9. Cao J., Guenther R., Sit T., Opperman C., Lommel S and Willoughby J. (2014). Loading and release mechanism of Red clover necrotic mosaic virus derived plant viral nanoparticles for drug delivery of doxorubicin. Small, 10, 5126–5136.
10. Carter J. and Saunders.V. (2007). Virology. Principales and applications, John Wiley & Sons Ltd, The Atrium, Southern Gate, Chichester,West Sussex PO19 8SQ, England.
11. Cascella M., Rajnik M., Cuomo A., Dulebohn S abd Di Napoli R. (2021). Features, evaluation and treatment coronavirus (COVID-19),” in Statpearls, StatPearls Publishing.
12. Caygill R., Blair G and Millner P. (2010). A review on viral biosensors to detect human pathogens. Anal. Chim. Acta, 681, 8–15.
13. Chackerian B. (2010). Virus-like particle based vaccines for Alzheimer disease. Hum Vaccines, 6, 926–930.
14. Chan J., Kok K., Zhu Z., Chu H., To K., Yuan S and Yuen K. (2020) Genomic characterization of the 2019 novel human-pathogenic coronavirus isolated from a patient with atypical pneumonia after visiting Wuhan. Emerg Microbes Infect, 9(1), 221-236.
15. Chan J., To K., Tse H., Jin D and Yuen K. (2013). Interspecies transmission and emergence of novel viruses: lessons from bats and birds. Trends Microbiol, 21(10), 544-55.
16. Chen L., Zhang X., Zhou G., Xiang X., Ji X., Zheng Z., He Z. and Wang H. (2012). Simultaneous determination of human enterovirus 71 and coxsackievirus B3 by dual-color quantum dots and homogeneous immunoassay. Anal. Chem, 84, 3200–3207.
17. Choi K., Kim K., Kwon I., Kim I. and Ahn H. (2012). Systemic delivery of siRNA by chimeric capsid protein: tumor targeting and RNAi activity in vivo. Mol Pharm, 10, 18–25.
18. Daniel M., Tsvetkova I., Quinkert Z., Murali A. and De M, (2010). Role of surface charge density in nanoparticle-templated assembly of bromovirus protein cages. ACS Nano,3853–3860.
19. Donskyi L., Druke M., Silberreis K., Lauster D., Ludwig K., Kuhne C., Unger W., et al. (2018). Interactions of fullerene-polyglycerol sulfates at viral and cellular interfaces. Small, 14, 1800189.
20. Douglas T., Strable E and Willits D. (2002). Protein engineering of a viral cage for constrained material synthesis. Adv Mater, 14, 415–418.
21. Everts M., Saini V., Leddon J., Kok R and Stoff-Khalili M. (2006). Covalently linked Au nanoparticles to a viral vector: potential for combined photothermal and gene cancer therapy. Nano Lett, 6, 587–591.
22. Garcea R. and Gissmann L. (2004). Virus-like particles as vaccines and vessels for the delivery of small molecules. Curr Opin Biotechnol,15, 513–517.
23. Guenther C., Kuypers B., Lam M., Robinson T., Zhao J, and Suh J. (2014). Synthetic virology: engineering viruses for gene delivery. WIRES Nanomed Nanobiotechnol,6, 548–58.
24. Gupta M., Vemula S., Donde R., Gouda G., Behera L., and Vadde R. (2021). In silico approaches to detect inhibitors of the human severe acute respiratory syndrome coronavirus envelope protein ion channel. J Biomol Struct Dyn, 39 (7):2617-2627.
25. Hasan A., Paray B., Hussain A., Qadir F., Attar F., Aziz F., and Falahati M. (2020). A review on the cleavage priming of the spike protein on coronavirus by angiotensin-converting enzyme-2 and furin. J Biomol Struct Dyn, 1-13.
26. Helmy Y., Fawzy M., Elaswad A., Sobieh A., Scott P., Kenney S. and Awad A. (2020). The COVID-19 Pandemic: A Comprehensive Review of Taxonomy, Genetics, Epidemiology, Diagnosis, Treatment, and Control. J. Clin. Med, 9.
27. Hovlid M., Lau J., Breitenkamp K. Higginson C. and Laufer B. (2014). Encapsidated atom-transfer radical polymerization in Qβ virus-like nanoparticles. ACS Nano, 8, 8003–8014.
28. Kirchdoerfer R., Cottrell, C., Wang, N., Pallesen, J., Yassine, H., Turner, H., Corbett, et al. (2016). Pre-fusion structure of a human coronavirus spike protein. Nature, 531(7592), 118–121.
29. Klinman D., Takeno M., Ichino M., Gu M., Yamshchikov G. (1997). DNA vaccines: safety and efficacy issues. Springer Semin Immunopathol, 19, 245–256.
30. Kwon O., Kang E., Choi J., Kim S. and Yun C. (2013). Therapeutic targeting of chitosan-PEG-folate-complexed oncolytic adenovirus for active and systemic cancer gene therapy. J Control Release, 169, 257–265.
31. Lee S., Krishnamurthy S., Cho C. and Yun Y. (2016). Biosynthesis of gold nanoparticles using ocimum sanctum extracts by solvents with different polarity, ACS Sustain. Chem. Eng. 4, 2651–2659.
32. Leleux J. and Roy K. (2013). Micro and nanoparticle-based delivery systems for vaccine immunotherapy: an immunological and materials perspective. Adv Healthc Mater, 2, 72–94.
33. Li F. (2016). Structure, function, and evolution of coronavirus spike proteins. Ann. Rev. of Virol., 3 (1), 237–261.
34. Lissenberg A., Vrolijk M., van Vliet A., Langereis M., de Groot-Mijnes J., Rottier, P. and de Groot R. J. (2005). Luxury at a Cost? Recombinant mouse hepatitis viruses expressing the accessory hemagglutinin esterase protein display reduced fitness in vitro. J Virol, 79(24), 15054–15063.
35. Luo K., Jung S., Park K. and Kim Y. (2018). Microbial biosynthesis of silver nanoparticles in different culture media, J. Agric. Food Chem. 66, 957–962.
36. Manayani D., Thomas D., Dryden K., Reddy V. and Siladi M. (2007). A viral nanoparticle with dual function as an anthrax antitoxin and vaccine. PLOS Pathog, 3, 1422–1431.
37. Masters P. (2006). The molecular biology of coronaviruses. Adv. Virus Res., 65(06), 193–292.
38. Millán J., Brasch M., Anaya-Plaza E., de la Escosura A. and Velders A. (2014). Self-assembly triggered by self-assembly: optically active, paramagnetic micelles encapsulated in protein cage nanoparticles. J Inorg Biochem, 136, 140–146.
39. Oh J. and Han D. (2020). Virus-Based Nanomaterials and Nanostructures. Nanomaterials, 10, 567.
40. Oswald M., Geissler S. and Goepferich A. (2017). Targeting the central nervous system (CNS): a review of rabies virus-targeting strategies, Mol. Pharm. 14, 2177–2196.
41. Pan H., Zhang P., Gao D., Zhang Y., Li P., Liu L., Wang C., et al. (2014) Noninvasive visualization of respiratory viral infection using bioorthogonal conjugated near infrared-emitting quantum dots, ACS Nano 8, 5468–5477.
42. Peabody D. (2003). A viral platform for chemical modification and multivalent display. J Nanobiotechnol, 1,
43. Pokorski J., Breitenkamp K., Liepold L., Qazi S. and Finn M. (2011). Functional virus-based polymer-protein nanoparticles by atom transfer radical polymerization. J Am Chem Soc, 133, 9242–9245.
44. Pokorski J. and Steinmetz N. (2011). The art of engineering viral nanoparticles. Mol Pharm, 8, 29–43.
45. Prasuhn D., Jr, Yeh R., Obenaus A., Manchester M. and Finn M. (2007). Viral MRI contrast agents: coordination of Gd by native virions and attachment of Gd complexes by azide-alkyne cycloaddition. Chem Commun, 2007,1269–1271.
46. Pushko P. and Pumpens P. (2013). Grens E. Development of virus-like particle technology from small highly symmetric to large complex virus-like particle structures. Intervirology, 56, 141–165.
47. Rhee J., Baksh M., Nycholat C., Paulson J., Kitagishi H. and Finn M. (2012). Glycan-targeted virus-like nanoparticles for photodynamic therapy. Biomacromolecules, 13, 2333–2338.
48. Roldao A., Mellado M., Castilho L., Carrondo M. and Alves P. (2010). Virus-like particles in vaccine development. Expert Rev Vaccines, 9, 1149–1176.
49. Rynda-Apple A., Patterson D. and Douglas T. (2014). Virus-like particles as antigenic nanomaterials for inducing protective immune responses in the lung. Nanomedicine, 9, 1857–1868.
50. Shen K., Yang Y. and Wang T. (2020). Diagnosis, treatment, and prevention of 2019 novel coronavirus infection in children: experts’ consensus statement World J Pediatr, 16(3), 223-231.
51. Shukla S., Ablack A., Wen A., Lee K., Lewis J. and Steinmetz N. (2013). Increased tumor homing and tissue penetration of the filamentous plant viral nanoparticle Potato virus X. Mol Pharm, 10, 33–42.
52. Simmons G., Gosalia D., Rennekamp A., Reeves J., Diamond S. and Bates P. (2005). Inhibitors of cathepsin L prevent severe acute respiratory syndrome coronavirus entry. PNAS, 102(33), 11876–11881.
53. Singh P., Prasuhn D., Yeh R., Destito G. and Rae C. (2007). Bio-distribution, toxicity and pathology of cowpea mosaic virus nanoparticles in vivo. J Control Release, 120, 41–50.
54. Steinmetz N. (2010). Viral nanoparticles as platforms for next-generation therapeutics and imaging devices. Nanomedicine, 6:634–641.
55. Strable E, Prasuhn D. Jr, Udit A., Brown S. and Link A. (2008). Unnatural amino acid incorporation into virus-like particles. Bioconjug Chem,19, 866–875.
56. Tharayil A., Rajakumari R., Kumar A., Choudhary M., Palit P. and Thomas S. (2021). New insights into application of nanoparticles in the diagnosis and screening of novel coronavirus (SARS-CoV-2). Emergent Materials, 4,101–117.
57. Udit A., Brown S., Baksh M. and Finn M. (2008). Immobilization of bacteriophage Qβ on metal-derivatized surfaces via polyvalent display of hexahistidine tags. J Inorg Biochem,102, 2142–2146.
58. Van Hemert M., Van Den Worm, S., Knoops K., Mommaas A., Gorbalenya A. and Snijder E. (2008). SARS-coronavirus replication/transcription complexes are membrane-protected and need a host factor for activity in vitro. PLoS Pathogens, 4(5).
59. Venkataram P. and Schmid M. (2012). Principles of Virus Structural Organization. Viral Molecular Machines,726, 17–47.
60. Virus taxonomy: the classification and comenclature of viruses, ICTV reports are freely available online: https://talk.ictvonline.org/ictv-reports/ictv_online_report/.
61. Walls A., Park Y., Tortorici M., Wall A., McGuire A. and Veesler D. (2020). Structure, function, and antigenicity of the SARS-CoV-2 Spike glycoprotein. Cell, 181(2), 281–212.
62. Wang,WangY., Ye D, and Liu Q. (2020). A review of the 2019 Novel Coronavirus (COVID-19) based on current evidence. Int J Antimicrob Agents, 55(6), 105948.
63. Wang Q., Li C., Zhang Q., Wang T., Li J., Guan W., Yu J., Liang M.and Li D. (2020). Interactions of SARS Coronavirus Nucleocapsid Protein with the host cell proteasome subunit p42. Virology J, 7(1), 99–98.
64. Wen A., Shukla S, Saxena P, Aljabali A. and Yildiz I. (2012). Interior engineering of a viral nanoparticle and its tumor homing properties. Biomacromol,13, 3990–4001.
65. Wen A., Wang Y., Jiang K., Hsu G. and Gao H. (2015). Shaping bio-inspired nanotechnologies to target thrombosis for dual optical-magnetic resonance imaging. J Mater Chem B, 3, 6037–6045.
66. White K., Jr P., Wang H., Jesus P., Manicassamy B., García-Sastre A., Chanda S., et al. (2018). Broad spectrum inhibitor of influenza A and B viruses targeting the viral nucleoprotein, ACS Infect. Dis, 4,146–
67. Wrapp D., Wang N., Corbett K., Goldsmith J., Hsieh C., Abiona O., Graham B. and McLellan J. (2020). Cryo-EM structure of the 2019-nCoV spike in the prefusion conformation. Science, 367(6483), 1260–1263.
68. Wu M., Brown W. and Stockley P. (1995). Cell-specific delivery of bacteriophage-encapsidated ricin A chain. Bioconjug Chem, 6, 587–595.
69. Yang M., Sunderland K. and Mao C. (2017). Virus-derived peptides for clinical applications. Chem. Rev, 117, 10377–10402.
70. Yildiz I., Shukla S. and Steinmetz N. (2011). Applications of viral nanoparticles in medicine. Curr Opin Biotechnol, 22, 901– 908.
71. Yildiz I., Lee K., Chen K., Shukla S. and Steinmetz N. (2013). Infusion of imaging and therapeutic molecules into the plant virus-based carrier cowpea mosaic virus: cargo-loading and delivery. J Control Release, 172, 568–578.
72. Zeng Q., Wen H., Wen Q., Chen X. and Wang Y. (2013). Cucumber mosaic virus as drug delivery vehicle for doxorubicin. Biomaterials, 34, 4632–4642.
73. Zhang Y., Ke X., Zheng Z., Zhang C., Zhang Z., Zhang F., Hu Q., et al. (2013). Encapsulating quantum dots into enveloped virus in living cells for tracking virus infection, ACS Nano, 7, 3896–3904.

Özet

COVID-19’a neden olan virüs, bir kişiden diğerine aerosol adı verilen küçük su parçacıkları ve virüs yoluyla yayılabilir. Bu aerosolleri nefes aldığımızda yaparız ve konuştuğumuzda, bağırırken veya şarkı söylerken daha fazlasını yaparız. Aerosoller, COVID-19’u yayan daha büyük damlacıklardan farklıdır. Daha büyük damlacıklar, onları yapan kişiden üç ila altı metre uzağa giderek hızla yere düşer. Aerosoller havada saatlerce yüzebilir ve uzun mesafeler kat edebilir. Aerosollerde daha büyük damlacıklardan daha az virüs vardır, bu nedenle hastalanmak için daha fazla aerosol solumanız gerekir. İçerideki hava doğru şekilde sirküle edilmezse aerosoller birikebilir. Kış aylarında virüslerin hava yoluyla bulaşması artar, çünkü insanlar içeride daha fazla zaman geçirir ve genellikle pencereleri açık tutmak için çok soğuk olur. Kışın, özellikle ısıtılan iç mekânlarda hava daha kurudur. Kuru hava, solunum yollarının kaplamalarına zarar verir ve virüsün solunum yollarına girmesini kolaylaştırabilir. Ayrıca daha küçük aerosollerin havada daha uzun süre yüzdüğü anlamına gelir. Bu nedenle, COVID-19’un hava yoluyla bulaşmasının kış aylarında daha yaygın olması bekleniyor. Tam olarak aşılanmamışsanız yüz maskeleri takmanın ve diğer insanlardan en az bir metre uzakta durmanın yanı sıra binalarda, okullarda ve evlerde iyi hava sirkülasyonu (havalandırma) ve nanoteknoloji kullanılarak üretilen hava temizleyicileri COVID-19’un aerosollerde yayılmasını azaltacaktır.

Anahtar kelimeler:  hava filtreleme sistemleri, nanoteknoloji, COVID-19

1. Giriş

COVID-19, insan nüfusunun yaşam biçimini yeniden düşünmeye zorladı. Virüsün binalardaki ve kapalı alanlardaki havalandırma sistemleri aracılığıyla hava yoluyla bulaşma modu yoluyla potansiyel yayılımının oluşturduğu tehdit, büyük bir endişe kaynağı olarak kabul edilmiştir. Bu tehdidi azaltmak için araştırmacılar, havalandırma sistemlerinde ve kapalı alanlarda virüs konsantrasyonunu ortadan kaldırabilecek veya azaltabilecek farklı teknolojiler ve yöntemler keşfettiler. Birçok teknoloji ve yöntem hâlihazırda araştırılmış olmasına rağmen, bazıları şu anda piyasada mevcuttur, ancak bunların etkinlikleri ve güvenlik endişeleri tam olarak araştırılmamıştır. Bu yazı mevcut araştırma ve geliştirme durumuna ilişkin daha geniş bir görüş ve toplu bakış açısı elde etmek için, havalandırma sistemlerinde ve kapalı alanlarda hava yoluyla bulaşan virüslerle mücadele için çeşitli uygulanabilir teknolojilerin ve yöntemlerin kısa bir incelemesini içeriyor. Bu teknolojiler ve yöntemler, havalandırmada artış, yüksek verimli hava filtrasyonu, havanın iyonizasyonu, çevresel koşul kontrolü, ultraviyole antiseptik ışınlama, termal olmayan plazma ve reaktif oksijen türleri, filtre kaplamaları, kimyasal dezenfektanlar ve ısı inaktivasyonunu içerir. Bu yazıda,virüsleri engelleyen hava filtreleme sistemleri hakkında bilgi verilecektir.

COVID-19, insan nüfusunu yeni ve oldukça bulaşıcı virüsün ardından hızla uyum sağlamaya zorladı. İletim biçimleri tam olarak anlaşılmamıştır; bununla birlikte, virüsün başka bir kişiyle doğrudan temas ederek veya buharlaşan solunum damlacıkları yoluyla aerosol olarak uzun süre asılı kalabilen damlacık çekirdekleri haline gelerek havaya bulaşabileceği kabul edilmektedir [1-3]. Bu aerosoller, binalardaki ve kapalı alanlardaki havalandırma sistemlerinden geçerek sonunda enfekte olmuş kişilerden uzaktaki diğer alanları işgal edebilir [4,5]. Havada taşınan bu damlacıkların oluşturduğu tehdidin ciddiyeti konusunda bazı tartışmalar olsa da, tipik olarak kapalı alanlar için bu bulaşma biçiminin göz ardı edilemeyeceği kabul edilmektedir. Ayrıca, yakın tarihli bir çalışma, hava yoluyla bulaşmanın baskın ulaşım modu olabileceğini bile öne sürüyor (Şekil 1) [6].

Although COVID-19 is not fully understood, many lessons have been learned from previous airborne viruses such as tuberculosis and various strains of influenza [14, 21]. From a very basic understanding of how viruses spread, it follows that a certain amount of virus must enter an uninfected individual in order to increase the viral load and establish a new infection. Traditionally, this is defined in the epidemiological literature as a quantum, the number of infectious airborne particles required to infect 63% of individuals in a confined space [22], and serves as a baseline criterion for many models attempting to quantify the probability of infection without exposure to a pathogen. This model is based on a well-mixed chamber assumption supported in the literature [19, 2, 26]. And it simply assumes that the particles are uniformly dispersed throughout an enclosed space rather than creating a small cloud of aerosols that diffuse around an infected individual. The spread and effect of the infection are determined by factors such as viral load, inhalation rate, droplet volume concentration expelled from the infected individual, the number of viral particles required to initiate an infection, and the volume of the enclosed space.

Şekil 1: Havada taşınan damlacıkların oluşturabileceği enfeksiyon riski

COVID-19 tam olarak anlaşılmamış olsa da, tüberküloz ve çeşitli influenza türleri gibi daha önce hava yoluyla bulaşan virüslerden birçok ders çıkarılmıştır [5,8]. Virüslerin nasıl yayıldığına dair çok temel bir anlayıştan, viral yükü artırmak ve yeni bir enfeksiyon oluşturmak için belirli bir miktarda virüsün enfekte olmamış bir bireye girmesi gerektiği anlaşılır. Geleneksel olarak bu, epidemiyolojik literatürde, kapalı bir alanda bireylerin %63’ünü enfekte etmek için gerekli olan bulaşıcı havadaki partiküllerin sayısı olan bir kuantum olarak tanımlanır [9] ve bir patojene maruz kalmadan enfeksiyon olasılığını ölçmeye çalışan birçok model için temel bir kriter olarak hizmet eder. Bu model, literatürde desteklenen, iyi karıştırılmış bir oda varsayımına dayanmaktadır [10-12]. Ve basitçe parçacıkların, enfekte olmuş bir bireyin etrafında difüzyona maruz kalan küçük bir aerosol bulutu oluşturmak yerine kapalı bir alan boyunca düzgün bir şekilde dağıldığını varsayar. Enfeksiyonun yayılma ve etki etmesini viral yük, inhalasyon hızı, enfekte bireyden atılan damlacık hacmi konsantrasyonu, bir enfeksiyonu başlatmak için gerekli viral partikül sayısı, kapalı alanın hacmi gibi etmenler belirler.
Matematiksel olarak kuantum emisyon hızını viral yük, inhalasyon hızı, enfekte bireyden atılan damlacık hacmi konsantrasyonu, bir enfeksiyonu başlatmak için gerekli viral partikül sayısıdır gibi etmenler belirler. Enfeksiyon olasılığını azaltmaya yönelik etkiler ise hava değişimi, hava filtrasyon hızı, damlacık çökmesi, damlacık çökme hızı, inaktivasyon hızı ve parçacığın yarı çapı gibi etmenler etkiler.
Bu nedenle, bir enfeksiyon olasılığını azaltmak için viral partiküllerin kapalı bir alandan uzaklaştırılmasına yönelik olası yöntemler olarak birkaç temel faktör düşünülebilir. Bunlar sadece temiz hava beslemesini arttırmak ve sonuç olarak kuantum konsantrasyonunu azaltmak, bir HVAC sistemi için filtrasyon hızını arttırmak, viral partiküllerin yüzeylere birikme hızını arttırmak ve viral inaktivasyonu arttırmaktır (Şekil 2.).

Şekil 2. COVID-19’u önlemek için iç mekan hava kalitesinin iyileştirilmesi

 

Tanım olarak farklı olmakla birlikte, viral partiküllerin birikme hızının arttırılması, sedimantasyon hızının arttırılmasına benzer olarak düşünülebilir. Sedimantasyon, parçacıkların yerçekimi kuvvetleri nedeniyle zemine veya diğer yüzeylere yerleşmesini ifade eder. Bununla birlikte, havadaki partiküller, partikül tortulaşması için doğal olmayan difüzyon gibi mekanizmalar nedeniyle duvarlara ve diğer yüzeylere de birikebilir. Hastalık Kontrol ve Önleme Merkezleri (CDC) ve Dünya Sağlık Örgütü (WHO), viral partiküllerin hava değişimi yoluyla uzaklaştırılmasını doğrulamaktadır [14,15]. Ve kapalı bir alandaki viral partiküllerin konsantrasyonunu azaltmanın basit bir yolu olarak temiz hava beslemesini artırmanızı tavsiye edin. Hava iyonizasyonu, filtrasyon verimini ve partikül birikimini artırarak viral partiküllerin kapalı bir alandan uzaklaştırma oranını arttırmak için de kullanılabilir. Havayı sterilize etmek ve virüsü zararsız hale getirmek için çeşitli yöntemler mevcuttur, böylece viral inaktivasyon oranını arttırır ve partikülleri havadan uzaklaştırma ihtiyacını azaltır. Bu bağlamda, havadaki virüslerle savaşmak için geleneksel olarak popüler bir teknoloji Ultraviyole Antiseptik Işınlamadır (UVGI) (Şekil 3). Bir alanın çevresel koşullarını doğrudan kontrol etmenin, virüsler için olumsuz bir ortam yaratması ve böylece doğal viral inaktivasyon oranını arttırması da önerilmiştir. Bu, özellikle genel olarak düşmanca bir ortam sağlamak için bir alanın sıcaklığını ve bağıl nemini kontrol etmeyi içerir. Termal olmayan plazma ve reaktif oksijen türleri, viral inaktivasyon için bakteri ve diğer mikroplara karşı etkili olduğu kanıtlanmış başka alternatifler sunar. Başka bir olası yöntem, materyallerin doğal antiviral özellikleri gibi mekanizmalarla veya virüse doğrudan zarar vererek viral inaktivasyonu kolaylaştıran filtre kaplamalarını kullanır. Kimyasal dezenfektanların ayrıca virüsleri yüzeylerden etkili bir şekilde ortadan kaldırdığı kanıtlanmıştır ve viral inaktivasyonu artırmak için başka çözümler sağlayabilirler. Son olarak, aşırı ısıtılmış sterilizasyon, geleneksel olarak daha küçük bir ölçekte cerrahi ekipmanı sterilize etmek için kullanılmış olmasına rağmen, viral partikülleri etkisiz hale getirmek için başka bir uygun çözüm sunabilir.

Şekil 3. COVID-19 bulaşmasını önlemeye yardımcı olmak için yaşam ve çalışma alanı havalandırmasını ve hava filtresini iyileştirme

2. Hava filtreleme ve SARS-CoV-2

Çeşitli uygulamalarda hava filtreleme, 2019 koronavirüs hastalığının (COVID-19) yayılmasını yönetmede kritik bir müdahale haline geldi. Bununla birlikte, hava filtrasyonunun uygun şekilde yerleştirilmesi, ilkelerinin yetersiz anlaşılması nedeniyle engellenmiştir. Bu yanlış anlamalar, potansiyel olarak enfeksiyöz aerosol partiküllerini durdurmada hava filtrasyonunun etkinliği konusunda belirsizliğe yol açmıştır. Hava filtrelemesinin nasıl çalıştığının doğru bir şekilde anlaşılması, COVID-19’un yayılmasını yönetmede kullanımına ilişkin daha fazla karar vermek için kritik öneme sahiptir. Sorun önemlidir, çünkü son kanıtlar şiddetli akut solunum sendromu koronavirüs 2’nin (SARS-CoV-2) havada daha uzun süre kalabileceğini ve azalan konsantrasyonlar ve canlılık ile birlikte COVID-19 pandemisinde daha önce beklenenden daha uzağa seyahat edebileceğini göstermiştir. SARS-CoV-2 viryonlarının çapı 60-140 nm civarındayken, daha büyük solunum damlacıkları ve hava kirliliği parçacıklarının (>1 µm) viryonları barındırdığı bulunmuştur. SARS-CoV-2’yi taşıyabilecek partiküllerin havadan uzaklaştırılması, havanın doğal veya mekanik hareketine dayanan hava filtrelemesi ile mümkündür. Çeşitli hava filtresi türleri arasında yüksek verimli partikül tutucu (HEPA) filtreleri tavsiye edilmiştir. Diğer filtre türleri daha az veya daha etkilidir ve buna bağlı olarak havayı hareket ettirmek daha kolay veya daha zordur. Maskelerin, solunum cihazlarının, hava filtreleme modüllerinin ve diğer özel ekipmanların kullanımı, COVID-19 yayılımının yönetiminde önemli bir müdahaledir. COVID-19’un yayılmasını azaltmak için hava filtrelemenin kullanımına yönelik en iyi uygulamaları belirlemek için hava filtreleme mekanizmalarını dikkate almak ve SARS-CoV-2 viryonlarını içeren aerosol parçacıklarının filtre malzemeleriyle nasıl etkileşime girdiğini anlamak kritik öneme sahiptir.

Şiddetli akut solunum sendromu koronavirüs 2’nin (SARS-CoV-2) havada uzun süre asılı kalabileceğine dair kanıtlar artıyor. Havadaki SARS-CoV-2 viryonlarının bir kısmı, aerosolizasyondan sonra en az 3 saat canlı kalır [17]. 2019 koronavirüs hastalığı (COVID-19) olan hastaların kaldığı odalarda çapı 1 μm’den büyük aerosol partiküllerinde polimeraz zincir reaksiyonu pozitif SARS-CoV-2 tespit edildi [18]. Başka bir çalışmada, kapalı mekânlarda enfekte insanlardan en az 3 m mesafede aerosol fazında SARS-CoV-2 RNA tespit edildi [19]. SARS-CoV-2 RNA, havada dolaşan hava kirliliği partiküllerinde de bulunmuştur [20].
SARS-CoV-2 viryonlarının çapı 60-140 nm civarındadır [21]. Bununla birlikte, viryon içerebilen birçok nefesle verilen solunum damlacıkları, viryonların kendisinden önemli ölçüde daha büyüktür. Bununla birlikte, havadaki damlacık buharlaşması, boyutlarını küçültür [22], potansiyel olarak bulaşıcı parçacıkların havada önemli ölçüde daha uzun süre kalmasına izin verir. Yaklaşık 4 μm çapında kuru damlacıkların, kurutma nedeniyle 12 μm ila 21 μm arasında konuşma kaynaklı ıslak damlacıklar oluşturduğu gözlemlendi. Bu kuru damlacıkların durgun havada sadece 30 cm düşmesi yaklaşık 8 dakika sürmüştür [23]. Düşük ortam sıcaklığında, yüksek oranda nemli ekshale edilen nefes aşırı doymuş hale gelebilir. Nem daha sonra bir kişi tarafından yayılan parçacıkların üzerinde yoğunlaşarak damlacıklara veya daha büyük çaplı buz kristallerine dönüşmelerine neden olur. Bu tür damlacıklarda veya buz kristallerinde, SARS-CoV-2 viryonları daha uzun süre yaşayabilir ve bu, gelecekteki araştırmaların test etmesi gereken önemli bir hipotezdir. Bu nedenle, çevresel koşullar ve aerosol dinamikleri, solunan partikül boyutlarının geniş aralığını ve iç ve dış mekanlarda hava yoluyla bulaşmaya aracılık eden aerosol partiküllerinde SARS-CoV-2 viryonlarının yaşayabilirliğini derinden değiştirebilir. Mezbahalar ve kayak merkezlerindeki COVID-19 salgınları, en azından kısmen soğuk hava aerosol dinamikleri nedeniyle olabilir.

SARS-CoV-2’yi barındırabilecek parçacıkları özel hava filtreleme ekipmanı ve maske veya solunum cihazı kullanarak havadan çıkarmak, COVID-19 yayılımını yönetmede önemli bir müdahaledir. Bununla birlikte, hava filtrasyonunun nasıl çalıştığına dair yetersiz bir anlayış ve farklı boyutlardaki aerosol partikülleri için filtrasyon verimliliği kavramı hakkındaki yanlış anlamalar, hava filtrasyonunun etkili bir şekilde yerleştirilmesini engellemektedir. COVID-19’un yayılmasının yönetiminde hava filtrelemenin kullanımına yönelik en iyi uygulamaları belirlemek için hava filtreleme mekanizmalarını göz önünde bulundurmak ve SARS-CoV-2 viryonlarını içeren aerosol parçacıklarının filtre malzemeleriyle nasıl etkileşime girdiğini anlamak çok önemlidir.

Hava filtrasyonu için, verimli partikül hava (EPA) filtreleri, yüksek verimli partikül tutucu (HEPA) (Şekil 4) filtreleri ve ultra düşük penetrasyonlu hava (ULPA) filtreleri uzun yıllardır çeşitli endüstrilerde ve uygulamalarda yaygın olarak kullanılmaktadır [24]. HEPA filtreleri, ULPA’ya kıyasla yüksek filtrasyon verimlilikleri ve daha düşük basınç düşüşleri dengesine dayalı olarak sağlık hizmeti ortamlarında [25,26] enfeksiyon kontrolü için önerilir. HEPA filtreleri ayrıca hava yoluyla bulaşan bulaşıcı ajanların bulunabileceği sağlık dışı ortamlarda da yaygın olarak kullanılmaktadır. Örnekler arasında, yolcu uçaklarındaki devridaim havasının filtrelenmesi ve SARS-CoV-2 araştırmasının yürütüldüğü yerler de dâhil olmak üzere laboratuvarlardaki biyogüvenlik dolapları sayılabilir [27].

Şekil 4: HEPA filtre

Genellikle, HEPA kısaltması “yüksek verimli partikül hava” olarak yorumlanır. Altta yatan terimin her iki versiyonu da yaygın olarak kullanılmaktadır ve aralarında hiçbir fark yoktur. Amerika Birleşik Devletleri Enerji Bakanlığı ve Amerika Birleşik Devletleri Çevre Koruma Ajansı (EPA), HEPA’yı 0,3 μm çapında bir aerosol ile test edildiğinde minimum %99,97 verimliliğe dayalı olarak tanımlar [29]. Amerika Birleşik Devletleri EPA, 0,3 μm çapını “en çok nüfuz eden parçacık boyutu” (MPPS) olarak tanımlar. Ancak MPPS, aerosol parçacıklarının doğasına, filtre malzemesinin tipine ve akış hızına bağlı olarak kesin değerle 0,3 μm civarında değişebilir [24]. MPPS’den daha büyük veya daha küçük olan partiküller, %99.97’den daha yüksek bir verimle tutuklanır [30]. MPPS kavramı, MPPS’den daha küçük partiküller (örneğin, 0,3 μm’den küçük) için filtrasyon veriminin düştüğüne dair yaygın yanlış kanıya aykırıdır. Bu yanlış anlama, SARS-CoV-2 viryonlarının havadan etkili bir şekilde filtrelenemeyecek kadar küçük olduğu varsayımıyla yanlış yönlendirilen erken politikalara katkıda bulundu.

SARS-CoV-2 ile enfekte kişilerin yoğun bakımında kullanılan ventilatörlerin çıkışlarına HEPA filtrelerinin takılması tavsiye edilir. SARS-CoV-2 hastalarının bulunduğu yerler de dâhil olmak üzere Amerika Birleşik Devletleri Hastalık Kontrol ve Önleme Merkezleri ve Dünya Sağlık Örgütü tarafından sağlık ortamlarında kullanım için hava sirkülasyonu olmayan ve hava sirkülasyonu olan (iç mekân hava temizleyicileri) sabit (bina havalandırması) ve taşınabilir HEPA filtreleme sistemlerinin kullanılması önerilir [26]. Ulusal ve uluslararası standartlar, HEPA filtrelerinin minimum filtrasyon verimliliği özelliklerini yönetir. En yaygın olarak kullanılan iki standart, uluslararası ISO 29463 standardı ve Avrupa EN1822 standardıdır. İki standart arasındaki farklar uzlaştırılabilir. Örneğin, EN 1822, filtre sınıfı H14 standardına uygunluğu onaylanmış bir HEPA filtresi, MPPS’de aerosol parçacıklarının en az %99,995’ini tutmalıdır. EN 1822, filtre sınıfı H14 standardı, ISO 45 H ile karşılaştırılabilir. Filtrelerin standartların gerekliliklerine uygunluğunu doğrulamak için çok adımlı test protokolleri mevcuttur [31, 32]. Filtreler arasında mekanik hava hareketi meydana geldiğinde, güçlü yönlü akışların veya filtrelenmiş hava cereyanlarının oluşmamasını sağlamak önemli olabilir. Son zamanlarda, bu tür yönlü akışların, bulaşıcı parçacıklar içerebilen filtrelenmemiş havayı sürükleyebileceği ve onları durgun havada yayılabileceğinden daha hızlı ve daha uzağa itebileceği endişeleri dile getirildi [33].

Filtre malzemelerine antiviral özellikler kazandırılabilir. Bununla birlikte, aerosol partikülleri filtre lifleri üzerinde bir kez toplandığında, uygun kullanım sırasında veya sonrasında neredeyse hiçbiri filtreden ayrılmaz ve geçmez [24]. Dolayısıyla, liflerin antiviral özellikleri, canlı SARS-CoV-2 viryonlarının havadan uzaklaştırılması üzerinde neredeyse hiçbir etkiye sahip değildir. Daha önce toplanan partiküller üzerinde biriken partiküller, herhangi bir antiviral özelliği ortadan kaldırarak filtre malzemesiyle temas etmez. Bu nedenle, HEPA filtre malzemelerine antiviral özellikler kazandırmak, insanların bu filtrelerle kullanım sırasında veya kısa bir süre sonra doğrudan temas ettiği durumlar dışında değer katmayabilir.

Gaz fazındaki aerosol partikül filtrasyonunun mekanizmaları—atalet çarpması, difüzyon, durdurma, elektrostatik biriktirme ve eleme [24,31,32]—onlarca yıl süren araştırmalar boyunca derinlemesine araştırılmıştır. Bu mekanizmalar, partikül aerodinamik çapına, diğer partikül özelliklerine ve filtrasyon ortamına bağlı olarak filtrelerin toplam partikül tutuklama verimliliğine değişen katkılara sahiptir. HEPA filtrelerindeki tüm bu süzme mekanizmalarının birleşik etkisi, tüm aerosol boyut spektrumu boyunca yüksek süzme verimliliğini ve MPPS olgusunu açıklar [24]. Çeşitli tipteki aerosol partikülleri, biyojenik veya biyojenik olmayan kökenlerinden bağımsız olarak ilgili standartlara uygun olarak yüksek verimlilikle filtrelenir [31,32].

Bazı solunum yolu enfeksiyonlarının, insanlar daha kirli hava soluduğunda daha sık ortaya çıktığı ve bazı solunum yolu enfeksiyonlarının iyileşme sürecinin ve sonuçlarının hava kirliliğinden olumsuz etkilendiği, yayınlanmış çok sayıda çalışmaya dayanarak bilinmektedir. Uzun vadeli partikül hava kirliliği seviyesi ile daha yüksek COVID-19 mortalitesi arasındaki bir ilişki zaten gösterilmiştir [34]. Kirli hava solumak da solunum ve kardiyovasküler fonksiyonlar üzerindeki olumsuz etkilerle güçlü bir şekilde ilişkilidir [35]. Yeterli ekipman kullanılarak hava filtrasyonuna dayalı müdahaleler, hem aerosol fazı yoluyla SARS-CoV-2’nin yayılmasını azaltmak hem de COVID-19’a maruz kalan ve enfekte olmuş kişilerin sağlık durumunu ve sonuçlarını iyileştirmek için yaygın olarak uygulanmalıdır.

3. Hava temizleyiciler ve filtreler

Hava filtrelerinin ve arıtıcıların kullanılmasının, ortamdaki viral yükü azaltacağı tahmin ediliyor. Hava temizleyicileri, KKD’deki yetersizlikler nedeniyle sağlık çalışanlarının enfeksiyon olasılığını azaltabilecek hasta odalarında kullanılabilir. Virüslerin hava yoluyla bulaşması nedeniyle bir hastada yeniden enfeksiyon olasılığını azaltabilir. Bu tür filtreleme sistemi aynı zamanda toplu taşıma araçlarında, hastane ortamında, aerosol üreten prosedürün herhangi bir yerinde, kapalı araçlarda ve evde de kullanılabilir. Enfekte bir kişinin öksürme veya hapşırma sırasındaki sıvı damlacıklarının boyutu tipik olarak 5 mikron veya daha fazladır. En küçük endişe parçacığı, yaklaşık 0.12 mikron çapa sahip tek viriondur (herhangi bir sıvı damlacığına bağlanmamış). Bunlar, bir HEPA (yüksek verimli partikül hava) filtresi tarafından makul bir şekilde filtrelenebilir [36] . ULPA (ultra düşük penetrasyonlu hava) filtreleri, 0.12 mikron ve üzerindeki parçacıkların neredeyse %99,99’unu hapsetme konusunda daha gelişmiştir. Nanoteknolojinin kullanılması, bu tür hava temizleyicileri ve filtrelerin virüs yakalama kapasitesini ve saflaştırmasını daha da artırır. SARS-CoV-2 ve Bacillus anthracis dahil olmak üzere hava yoluyla bulaşan virüsleri ve mikropları yakalamak ve öldürmek için nikel (Ni) köpüğüne dayalı verimli bir filtre üretti. SARS-CoV-2 virüsü 70 °C’nin üzerindeki sıcaklıklarda yaşayamayacağından, hava filtresi Ni-köpüğü ısıtarak 200 °C’de çalışacak şekilde tasarlanmıştır. Tasarlanan filtrenin etkinliğinin SARS-CoV-2 virüsü için %99,8 ve Bacillus anthracis için %99,9 olduğu iddia edilmektedir [36].

Son çalışmalar göstermektedir ki nanoteknoloji temizlik ürünlerinde ve KKD’de kullanımının yanı sıra, SARS-CoV-2 virüsünün hava yoluyla bulaşmasını önlemek için hava temizleyicilerinin geliştirilmesinde de kullanılmıştır. Bu kapsamda Fransa merkezli TEQOYA firmasının geliştirdiği TeqAir 200 hava iyonlaştırıcısı şimdiden piyasadadır (Şekil 3). SARS-CoV-2’nin boyutu, TEQOYA hava temizleyicilerinin verimli olduğu partikül boyutlarının medyanına yakın olduğundan, havadaki SARS-CoV-2 konsantrasyonunu azaltmaları beklenir.

Şekil 3: TeqAir 200 hava iyonlaştırıcı

3.1. Nanofiber teknolojisi

Mack Antonoff HVAC, COVID-19 ile mücadele etmek için nano lifli teknoloji ve UV ışınımı kullanan hava temizleme ve filtreleme sistemleri tasarladı [38]. Anahtar Teslim Çevre Danışmanları, her boyuttaki kirletici partikülleri yakalayan yoğun bir nanofiber ağına (IQAirHyperHEPA® filtrasyon teknolojisi) dayalı bir hava filtreleme sistemi geliştirdi. Yaklaşık 0.003 mikron büyüklüğündeki bakteri ve virüs dâhil kirleticilerin %99,5’ini yakaladığı iddia edilmektedir [38].

3.2. Foto elektrokimyasal oksidasyon teknolojisi

Güney Florida Üniversitesi’nden araştırmacılar, bakteri, küf sporları ve virüsler dahil olmak üzere hava kirleticilerini etkili bir şekilde yok ettiği iddia edilen bir hava temizleme cihazı “Molekule” geliştirdiler [39]. Hava temizleyici, hava kirleticilerini oksitleyen serbest radikaller üretmek için nanoparçacık kaplı filtredeki bir katalizörü etkinleştirmek için UV-A ışığının kullanıldığı foto elektrokimyasal oksidasyonu (PECO) kullanır [39]. Bu PECO bazlı hava temizleyicileri, ağırlıklı olarak sağlık tesislerinde virüsün yayılmasını yavaşlatmak için muazzam bir potansiyele sahiptir.

---

Test LO 2.1

---

Kaynaklar:

1. Bazant, M. Z., & Bush, J. W. (2021). A guideline to limit indoor airborne transmission of COVID-19. Proceedings of the National Academy of Sciences, 118(17).
2. Buonanno, G., Stabile, L., & Morawska, L. (2020). Estimation of airborne viral emission: Quanta emission rate of SARS-CoV-2 for infection risk assessment. Environment international, 141, 105794.
3. Chaudhary, V., Royal, A., Chavali, M., & Yadav, S. K. (2021). Advancements in research and development to combat COVID-19 using nanotechnology. Nanotechnology for Environmental Engineering, 6(1), 1-15.
4. Centres for Disease Control and Prevention, Feb. 9, 2021. COVID-19 ventilation FAQs, pp. 1–8 [Online]. Available. https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov /community/ventilation.html. (Accessed 4 May 2021).
5. Chia, P. Y., Coleman, K. K., Tan, Y. K., Ong, S. W. X., Gum, M., Lau, S. K., … & Marimuthu, K. (2020). Detection of air and surface contamination by severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 (SARS-CoV-2) in hospital rooms of infected patients. MedRxiv.
6. Correia, G., Rodrigues, L., Da Silva, M. G., & Gonçalves, T. (2020). Airborne route and bad use of ventilation systems as non-negligible factors in SARS-CoV-2 transmission. Medical hypotheses, 141, 109781.
7. Dancer, S. J., Tang, J. W., Marr, L. C., Miller, S., Morawska, L., & Jimenez, J. L. (2020). Putting a balance on the aerosolization debate around SARS-CoV-2. The Journal of Hospital Infection, 105(3), 569.
8. Ding, J., Yu, C. W., & Cao, S. J. (2020). HVAC systems for environmental control to minimize the COVID-19 infection. Indoor and Built Environment, 29(9), 1195-1201.
9. Elias, B., & Bar-Yam, Y. (2020). Could air filtration reduce COVID-19 severity and spread. New England Complex Systems Institute, 9.
10. EMW filtertechnik. ISO 29463: new test standard for HEPA filters [cited 2020 Jun 3]. Available from: https://www.emw.de/en/filter-campus/iso29463.html.
11. Ham, S. (2020). Prevention of exposure to and spread of COVID-19 using air purifiers: challenges and concerns. Epidemiology and Health, 42.
12. Hick, J. L., Hanfling, D., Wynia, M. K., & Pavia, A. T. (2020). National Academy of Medicine. Duty to Plan: Health Care, Crisis Standards of Care, and Novel Coronavirus SARS-CoV.
13. Hinds, W. C. (1999). Aerosol technology: properties, behavior, and measurement of airborne particles. John Wiley & Sons.
14. Li, Y., Leung, G. M., Tang, J. W., Yang, X., Chao, C. Y. H., Lin, J. Z., … & Qian, H. (2007). AC 587 Sleigh, H.-JJ Su, J. Sundell, TW Wong, PL Yuen, Role of ventilation in airborne transmission of 588 infectious agents in the built environment-a multidisciplinary systematic review. Indoor Air, 17(589), 2-18.
15. Liu, Y., Ning, Z., Chen, Y., Guo, M., Liu, Y., Gali, N. K., … & Lan, K. (2020). Aerodynamic analysis of SARS-CoV-2 in two Wuhan hospitals. Nature, 582(7813), 557-560.
16. Look, M., Bandyopadhyay, A., Blum, J. S., & Fahmy, T. M. (2010). Application of nanotechnologies for improved immune response against infectious diseases in the developing world. Advanced drug delivery reviews, 62(4-5), 378-393.
17. Nadadur, S. S., & Hollingsworth, J. W. (Eds.). (2015). Air pollution and health effects. Springer.
18. Nazarenko, Y. (2020). Air filtration and SARS-CoV-2. Epidemiology and health, 42.
19. Nicas, M., & Miller, S. L. (1999). A multi-zone model evaluation of the efficacy of upper-room air ultraviolet germicidal irradiation. Applied Occupational and Environmental Hygiene, 14(5), 317-328.
20. Peters, A., Parneix, P., Otter, J., & Pittet, D. (2020). Putting some context to the aerosolization debate around SARS-CoV-2. The Journal of Hospital Infection, 105(2), 381.
21. Riley, R. L. (1982). Indoor airborne infection. Environment international, 8(1-6), 317-320.
22. Riley, E. C., Murphy, G., & Riley, R. L. (1978). Airborne spread of measles in a suburban elementary school. American journal of epidemiology, 107(5), 421-432.
23. Santos, A. F., Gaspar, P. D., Hamandosh, A., Aguiar, E. B. D., Guerra Filho, A. C., & Souza, H. J. L. D. (2020). Best practices on HVAC design to minimize the risk of COVID-19 infection within indoor environments. Brazilian Archives of Biology and Technology, 63.
24. Setti, L., Passarini, F., De Gennaro, G., Barbieri, P., Perrone, M. G., Borelli, M., … & Miani, A. (2020). SARS-Cov-2RNA found on particulate matter of Bergamo in Northern Italy: first evidence. Environmental research, 188, 109754.
25. Stadnytskyi, V., Bax, C. E., Bax, A., & Anfinrud, P. (2020). The airborne lifetime of small speech droplets and their potential importance in SARS-CoV-2 transmission. Proceedings of the National Academy of Sciences, 117(22), 11875-11877.
26. Stilianakis, N. I., & Drossinos, Y. (2010). Dynamics of infectious disease transmission by inhalable respiratory droplets. Journal of the Royal Society Interface, 7(50), 1355-1366.
27. URL-1: https://aeramaxpro.com/covid19-1/
28. URL-2: https://www.usatoday.com/in-depth/graphics/2020/10/18/improving-indoor-air-quality-prevent-covid-19/3566978001/
29. URL-3:https://www.sentryair.com/blog/indoor-air-quality/improving-ventilation-and-air-filtration-to-help-prevent-covid-transmission-in-the-workplace/
30. URL-4: https://www.microcovid.org/blog/hepafilters
31. URL-5: https://product.statnano.com/product/11653/teqoya-teqair-200-air-ionizer
32. S. Department of Energy. DOE-STD-3020-2005, specification for HEPA filters used by DOE contractors; 2015 [cited 2020 Jul 15]. Available from: https://www.standards.doe.gov/standards-documents/3000/3020-astd-2005
33. Van Doremalen, N., Bushmaker, T., Morris, D. H., Holbrook, M. G., Gamble, A., Williamson, B. N., … & Munster, V. J. (2020). Aerosol and surface stability of SARS-CoV-2 as compared with SARS-CoV-1. New England journal of medicine, 382(16), 1564-1567.
34. Vejerano, E. P., & Marr, L. C. (2018). Physico-chemical characteristics of evaporating respiratory fluid droplets. Journal of The Royal Society Interface, 15(139), 20170939.
35. Wells, W. F. (1934). ON AIR-borne infection: study II. Droplets and droplet nuclei. American journal of Epidemiology, 20(3), 611-618.
36. World Health Organization. Laboratory biosafety guidance related to coronavirus disease 2019 (COVID-19): interim guidance, 12 February 2020 [cited 2020 Jun 3]. Available from: https://apps.who.int/iris/handle/10665/331138.
37. World Health Organization. (2020). Severe acute respiratory infections treatment centre: practical manual to set up and manage a SARI treatment centre and a SARI screening facility in health care facilities(No. WHO/2019-nCoV/SARI_treatment_center/2020.1). World Health Organization.
38. Wu, X., Nethery, R. C., Sabath, B. M., Braun, D., & Dominici, F. (2020). Exposure to air pollution and COVID-19 mortality in the United States: A nationwide cross-sectional study. medRxiv 2020.04. 05.20054502.
39. Zhu, N., Zhang, D., Wang, W., Li, X., Yang, B., Song, J., … & Tan, W. (2020). A novel coronavirus from patients with pneumonia in China, 2019. New England journal of medicine.

Özet

Viral salgınlar, bulaşıcı virüslerin yeni varyantlarının ortaya çıkmasından dolayı gelişir. Yeni viral enfeksiyonlar için etkili antiviral tedavilerin olmaması, enfeksiyonun hızla toplum içinde yayılmasıyla birleştiğinde genellikle büyük insani ve mali kayıplara neden olur. Viral bulaşma, insandan insana yakın temas veya kontamine bir yüzeyle temas yoluyla gerçekleşebilir. Bu nedenle, viral yayılımı azaltmak için dikkatli bir dezenfeksiyon veya sanitizasyon şarttır. Virüsleri inaktive edebilen sayısız dezenfektan/sanitize edici ajan/biyosidal ajan mevcuttur, ancak bunların etkinliği ajan konsantrasyonu, reaksiyon süresi, sıcaklık ve organik yük gibi birçok faktöre bağlıdır. Nanoteknolojideki gelişmeler virüslerin inaktivasyonunda ve COVID-19 salgınının kontrolünde büyük önem taşımaktadır.

Anahtar kelimeler: dezenfeksiyon, nanoteknoloji, COVID-19

1. Giriş

Viral bulaşmalar ve enfeksiyonlar, tarih boyunca insan sağlığı ve refahı için ciddi tehditler oluşturmuş ve yaygın sosyoekonomik bozulmalara yol açmıştır. Bir asır önce 1918’de, “İspanyol gribi” pandemisi, 50 milyondan fazla ölüm ve 500 milyon enfeksiyonla dünya çapında büyük bir felakete neden oldu [1]. 2014 yılında Batı Afrika’daki Ebola salgınında en kötü etkilenen ülkelerden biri olan Liberya’nın gayri safi yurtiçi hasıla (GSYİH) büyümesi 2013’te %8,7 iken 2014’te %0,7’ye düşmüştür [2]. Bugün küresel bağlantıların ve ulaşımın daha kolay olması, insan hareketliliğinin kolay ve yoğun olmasından dolayı virüsler dünyaya benzeri görülmemiş oranlarda yayılabileceğinden küresel bir virüs pandemisi tehdidi insanlık tarihindeki herhangi bir zamandan daha büyük felaketlere yol açabilecektir. Günümüzde ise benzer bir pandeminin şüphesiz daha feci sonuçlara yol açtığını görmekteyiz [3]. 2019’un sonlarında ilk olarak Çin tarafından bildirilen Covid-19 hastalığına (SARS-CoV-2 veya eski adıyla HCoV-19) neden olan yeni koronavirüs, bu yazı yazılırken tahminen altı milyondan fazla ölümle sonuçlanmıştı. Pandemi hala bitmedi ve her geçen gün yeni vakalar ve yeni ölümler bildirilmektedir. Hükümetler ve devletler salgınların oranlarını ve aralığını etkileyebilirken [4] bireyler virüslerin kamu ve sağlık alanlarında yayılmasını sınırlamada daha önemli roller sahip olabilirler [5]. Yaygın influenza virüslerinin ve koronavirüslerin insandan insana bulaşması, virüs yüklü vücut sıvılarının yanı sıra kontamine kuru yüzeylere dokunarak burun, ağız veya gözlerdeki mukoza zarlarının kendi kendine aşılanması yoluyla gerçekleşebilir [6]. Yüzey tipine ve ortam koşullarına bağlı olarak, virüsler cansız yüzeylerde 5 dakika veya daha kısa bir süre ile 28 günden fazla süre kalabilmektedirler [7]. Kişisel bakım ve yüzey dezenfeksiyonu için sanitize edici ajanların kullanılması, virüsleri insan vücuduna girme şansı bulamadan etkisiz hale getirerek viral bulaşmaları sınırlamada büyük önem taşımaktadır.

Bu yazıda, virüsleri süspansiyonda ve yüzeylerde etkisiz hale getirmek için virüsidal özellikleri bilimsel olarak kanıtlanmış ticari olarak mevcut formülasyonlarda kullanılan çeşitli sanitize edici ajan türleri hakkında bilgi veriyoruz. Ayrıca virüsleri etkisiz hale getirdiği gösterilmiş ancak henüz yaygın ticari kullanıma ulaşmamış umut verici yeni gelişmelerden nanoteknolojik malzemelerin antiviral dezenfeksiyon kullanımı konusunda da bilgi veriyoruz.

2. Virüslere karşı dezenfektanlar ve genel çalışma esasları

2.1. Virüsler ve bulaşıcılık

Virüsler tipik olarak içinde nükleik asitler içeren viral bir kapsidden oluşur (Şekil 1). Nükleik asit, replikasyon için şablon bilgisi olarak hizmet ederken, kapsid ve bununla ilişkili proteinler hem nükleik asidi koruma hem de konak hücre reseptörlerine bağlanma işlevi görür [8].

Şekil 1: Virüs türleri

Bir konak hücrenin dışında virüsler çoğalamaz ve sayıca artamaz. Ancak çoğu zaman bu durumda uzun süre hayatta kalabilirler [10].

Uygun bir konak hücreyle karşılaştıklarında, enfekte olacak ve konak hücreye girerek hücresel makineyi kendi replikasyonu için ele geçireceklerdir (Şekil 2). Virüsler, bakteri hücreleri de dâhil olmak üzere hücreleri enfekte edebilir ve yaygın olarak görülen bir dizi hastalığa neden olabilir. Bu durum ise virüslerin birçoğuna karşı etkili tedavi eksikliği nedeniyle daha da kötüleşir.

Şekil 2. Modeldeki bir hücrenin viral enfeksiyonunun dört aşaması.

Corona virüsler ise zarflı ve tek iplikli RNA virüsleridir, yani genetik materyalleri bir RNA ipliğinden oluşur ve her viralpartikül bir protein zarfına sarılıdır (Şekil 3). Bütün virüsler konakçılarını enfekte ederken temelde aynı yolu izler. Bir hücreyi istila eden virüs, o hücrenin bazı bileşenlerini kullanarak kendisini kopyalar, daha sonra da kopyaları diğer hücreleri enfekte eder. Ancak RNA virüslerinin farklı bir özelliği vardır. Bu virüsler, RNA replikasyonu sürecinde, tipik olarak hücrelerin DNA kopyalarken kullandığı hata düzeltme mekanizmalarına sahip olmadıkları için replikasyon sırasında ortaya çıkan hataları düzeltemezler. Bununla birlikte, coronavirüsler RNA virüsleri içerisinde 30.000 bazla en uzun genoma sahip virüs grubudur. Replikasyon sırasında hata düzeltme yeteneğinden mahrum olan bu patojenlerin kopyaladıkları baz miktarı arttıkça hata yapma olasılıkları da artıyor. Dolayısıyla her hata beraberinde yeni bir mutasyonu getiriyor. Bu mutasyonların bazıları da virüse yeni hücre tiplerini, hatta yeni türleri enfekte etme yeteneği gibi yeni özellikler sağlayabiliyor. Bir coronavirüs dört yapısal proteinden oluşur: nükleokapsid, zarf, zar ve çubuksu çıkıntılar (dikenler). Bu çıkıntılara Latincede taç anlamına gelen “corona” adı verildiğinden bu virüslere coronavirus (taçlı virüs) denir. Nükleokapsid, zarf ve zar proteinleri tarafından oluşturulan küreye benzer bir yapının içinde, genetik materyali bulundurur. Dikensi çıkıntılar ise virüsün enfekte edebileceği hücreleri belirler ve hücrelerdeki almaçlara bağlanır.

Şekil 3: Illustration of SARS-CoV-2 virus

Ellerimiz de dâhil olmak üzere yüzeyler virüslerin yayılmasında önemli bir rol oynar. Poliovirüs ve bakteriyofaj gibi virüsler, damlacık aerosolizasyonu veya toz içeren virüslerin aksine, yüzeylerin doğrudan teması ile transfer edildiklerinde çok daha yüksek bir hayatta kalma özelliği göstermektedirler. Sadece 5 sn’lik el ve yüze temas, virüsün önemli bir kısmını aktarmak için yeterlidir ve virüsler daha sonra burun mukozasına veya gözün konjonktivasına dokunarak yayılabilirler. Yayılma şansı, farklı virüsler arasında önemli farklılıklar gösteren yüzeydeki viral hayatta kalma süresi ile doğrudan ilişkilidir. Çok yakın tarihli bir çalışma, Covid-19 koronavirüsünün (SARS-CoV-2) propilen plastik yüzeylerde ve paslanmaz çelikte en uzun süre kalabildiğini ve büyük ölçüde azaltılmış bir viraltitrede olmasına rağmen ilk uygulamadan 72 saat sonrasına kadar canlı virüslerin bulunduğunu bildirmişlerdir [13].

2.2. Dezenfektan etkinliğini etkileyen faktörler

Dezenfektanın etkinliğinin ana ölçüsü, virüsün enfektivitesindeki azalmadır. Virüs enfektivite ölçümü ise tipik olarak taşıyıcı testleri ve süspansiyon testleri ile gerçekleştirilir. Dezenfeksiyon maddelerinin virüslere karşı etkinliğini etkileyen ana parametreler, temas süresi, dezenfeksiyon maddesinin konsantrasyonu ve ilgili virüsü kapsamaktadır.

Bunun yanında dezenfeksiyon etkinliği çevresel faktörlerden de etkilenebilir. Dezenfeksiyon, formaldehit gibi kimyasal reaksiyonların gerçekleşmesini gerektiriyorsa, daha yüksek sıcaklıklarda dezenfeksiyon hızı daha yüksek olacaktır. Soğuk havalarda, dezenfeksiyon hızı aşırı düşük olacağından bazı dezenfektanlar etkisiz olabilir. Nem de dezenfektanın virüse nüfuz etmesini etkileyebilecek başka bir faktördür. Aldehit dezenfektanları gibi reaksiyonlar için pH’daki bir değişiklik dezenfektan etkinliğini de etkileyecektir.

2.3. Virüs duyarlılığını etkileyen faktörler

Dezenfeksiyon yoluyla inaktivasyonu etkileyen virüslerin belirli benzersiz özellikleri vardır. Burada kimyasal dezenfektan inaktivasyonunun artan zorluğuna göre sınıflandırılan, farklı yapılara sahip üç ana virüs türü vardır: zarflı virüsler, büyük zarfsız virüsler ve küçük zarfsız virüsler. İstisnalar olsa da, daha büyük virüsler genellikle dezenfektanlara karşı daha hassastır [14]. Test edilen birkaç dezenfektan solüsyonunun tümü, zarflı virüsler Herpes Simplex Virus ve Human Immunodeficiency Virus (HIV) tip 1’e karşı etkilidir ancak küçük zarfsız insan koksaki virüsüne karşı daha az etkilidir. Zarflı virüsler, enfeksiyon için gerekli olan bir lipid zarfı içerir ve bu nedenle zarfa müdahale etmek, virüs bulaşmasını potansiyel olarak azaltabilir. Lipofilik dezenfektanlar genellikle zarflı virüsleri etkisiz hale getirmek için kullanılabilir. Buna karşılık, zarfsız virüsler enfeksiyon için bir protein kaplama kullanır ve bu nedenle inaktivasyon sıklıkla gereksiz viral kapsid proteinlerinin veya temel replikatif proteinlerin denatürasyonunu gerektirir [15]. Glutaraldehit veya sodyum hipoklorit gibi proteinleri bozan dezenfektanlar, zarfsız virüsleri etkisiz hale getirmede etkili olabilir [14]. Elektron mikroskobu ile yapılan çalışmalar sodyum hipokloritin bakteriyofaj PAO1’i inaktive ettiği ve kapsid proteinlerine verilen hasar dâhil olmak üzere fajda kapsamlı yapısal hasar olduğunu göstermektedir. Bununla birlikte, çocuk felci gibi virüsler yalnızca RNA ile enfektiviteyi korudukları için, dezenfektanın nükleik asitleri yok etmek için nüfuz etmesi gerekebilir [14]. Zarflı virüs influenza H1N1 test edilen tüm dezenfektanlar tarafından inaktive edilebilirken [16], küçük zarfsız norovirüsleri inaktive etmek çok daha zordur ve yaygın olarak bulunan birkaç dezenfektan enfeksiyonu yeterince azaltamaz [17].

Virüsler ayrıca virüslerin ilişkili olduğu hücresel malzemeler nedeniyle dezenfeksiyona karşı direnç gösterir. Virüsler normalde replikasyon için konakçı hücrelere bağımlıdır bu nedenle genellikle hücre döküntüsü, toprak ve aerosol haline getirilmiş damlacıklar gibi materyallerle birlikte bulunurlar. Bunlara viral topaklanma koruyucu faktörler denir ve hem dezenfektanın virüse nüfuz etmesini azaltabilirler hem de dezenfektan ajanların etkileşimini ve aktivitesini azaltabilirler. Bunun dezenfektanlar üzerinde büyük bir etkisi vardır ve etkili dezenfeksiyon için çok daha yüksek bir konsantrasyon gerektirir. Dezenfeksiyon, öncelikle organik materyal safsızlıklarının giderilmesi daha iyi bir dezenfeksiyon işlemine izin verebileceğinden, genellikle temizleme işlemleriyle ilişkilendirilir ve buna bağlıdır [18]. Ayrıca, virüsler dezenfektanlara maruz kaldıklarında ortamda birikebilir, bu da dezenfektanların virüslere nüfuz etmesini ve virüslere erişmesini zorlaştırabilir [19].

COVID-19’un çok bulaşıcı olduğu bilinmektedir ve birçok bulaşma yolu vardır. Son araştırmalar, SARS-CoV-2’nin esas olarak kişiden kişiye yayılan mikro damlacıklar yoluyla veya kontamine yüzeylere dokunma yoluyla yayıldığını göstermiştir (Şekil 4) [20]. SARS-CoV-2’nin aerosol halinde 3 saatten fazla kalma kabiliyetine sahip olduğu bilinmektedir. Ayrıca yüzeye bağlı olarak insan korona virüsünün 9 güne kadar ve 30 °C’nin üzerindeki sıcaklıklarda kalabileceğini belirtilmektedir. Bu bağlamda kişisel koruyucu ekipman (KKD), dezenfektan ve dezenfektan kullanımı son derece önemlidir. Dünya Sağlık Örgütü (WHO), maske kullanımı ve hijyen kişisel bakım prosedürlerinin yanı sıra özellikle kapı kolları, masalar, sandalyeler, korkuluklar ve anahtarlar gibi sık dokunulan yüzeylerde yüzeylerin dezenfeksiyonu yoluyla kontaminasyonu azaltmak için fiziksel ve kimyasal faktörlerin kullanılmasını önermektedir. Literatürde sodyum hipoklorit, hidrojen peroksit, alkoller, sabunlar/yüzey aktif maddeler vb. dâhil olmak üzere farklı dezenfektan ajanlar tanımlanmıştır [21].

Şekil 4. Virüsün yayılma noktalarına örnekler

3. Ticari olarak mevcut virüsidal sanitizasyon ajanları

3.1. Alkoller

Alkoller, özellikle izopropil alkol (izopropanol ve propan-2-ol olarak da bilinir) ve etil alkol (etanol), geniş bir bakteri, mantar ve viral aktivite spektrumunu inaktive edebilir (Şekil 5-6). Bu aktif maddeler, cilt antisepsisi ve küçük tıbbi aletlerin dezenfekte edilmesi için sağlık sektöründe önemli bir rol oynamaktadır. Enfeksiyöz mikroorganizmaları yok etmede etkili olduğu gösterilmiş olmasına rağmen, alkoller spor öldürücü değildir [22] ve dezenfeksiyon etkinliğini arttırmak için sıklıkla diğer ana biyosidal aktiflerle birleştirilir.

Güçlü biyosidal ajanlar, hücre yapısını bozmak ve mikroorganizmalardaki proteinleri pıhtılaştırmak ve/veya denatüre etmek gibi çeşitli mekanizmalarla virüsleri ve bakterileri yok eder. Alkolün biyosidal aktivitesini tam olarak anlamak için az sayıda çalışma yapılmış olmasına rağmen, genellikle alkollerin hücre zarını bozduğuna ve genel olarak proteinleri denatüre ettiğine inanılmaktadır [23].Virüsler ve diğer birçok mikroorganizma bu etki biçimine genellikle duyarlıdır. Önceki çalışmalarda, suyun biyosidal sisteme dahil edilmesiyle, suyun proteinlerin daha hızlı denatüre edilmesini kolaylaştıracağı için alkolün etkinliğinin arttığı bildirilmişti [22]. Ek olarak, suyun eklenmesi, alkolün buharlaşmasını geciktirdiği ve virüslere ve bakterilere maruz kalmasını artırdığı için alkollerin etkinliğini önemli ölçüde artırır.

Bununla birlikte, alkolün virüsidal aktivitesi, aktif maddelerin konsantrasyonuna ve test virüslerinin tipine büyük ölçüde bağlıdır. Alkollerin virüsleri inaktive etme etkinliği, büyük ölçüde mikroorganizmanın yüzey özelliklerine bağlıdır. Zarfsız virüslerin, zarflı virüslere kıyasla dezenfektanlara karşı genellikle daha dirençli olduğu bilinir ve buna alkoller dâhildir.
Alkoller bazı virüs türlerini yok etmede etkili olsa da, kuaterner amonyum bileşikleri (QAC), glutaraldehit ve hidrojen peroksit gibi diğer dezenfektanlar performansını hızla gölgede bıraktı [22]. Bu nedenle, ana aktif bileşenleri alkol olan dezenfektanlar genellikle sağlık kurumlarında kritik ekipman veya ortamı dezenfekte etmek için kullanılmaz [22]. Sadece lipid virüslerini inaktive ettiği için izopropil alkolün kullanımı da sınırlıdır. Bu, alkolün daha geniş bir kullanım dezenfeksiyon maddesi olarak yeteneklerini büyük ölçüde azaltmaktadır. Alkoller yanıcı sıvılar olduğundan, büyük miktarlarda alkol dezenfektan olarak risk ve tehlikelerini artıracaktır. Daha yüksek konsantrasyondaki alkol çözeltisinin parlama noktası, daha düşük konsantrasyondakinden daha düşüktür [23]. Ayrıca, uzun süreli ve tekrarlanan alkol kullanımı, plastik ve boya gibi malzemelerin bütünlüğünü tehlikeye atmaktadır. Sürekli alkole maruz kalan malzemelerde alkolün etkileri nedeniyle renk değişimi, çatlama ve şişme görülebilir. Alkol kullanımıyla ilgili bir diğer zorluk, havaya maruz kaldığında hızla buharlaşması ve bu nedenle virüsle temas süresinin azalmasıdır. Aletler bir süre banyoya daldırılmadıkça maksimum dezenfeksiyon elde etmek zordur.

Şekil 5. Alkol bazlı el dezenfektanlarının SARS-CoV-2’ye karşı etkinliğini etkileyen faktörler.

Alkolün yetenekleri sınırlı olsa da, hala çeşitli aktif dezenfektan prosedürlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Alkolün diğer özellikleriyle birlikte dezenfektan olarak rolünün hala yeri doldurulamaz olduğunu belirtmek zorunludur. Alkoller genellikle hastanede termometre, kritik olmayan aletler ve invaziv olmayan problar için etkili bir dezenfektan olarak kullanılır [22]. Tekrar kullanılabilen tıbbi aletlerin kritik olmayan yüzeyleri de alkol ile dezenfekte edilmektedir. Alkolün dezenfektan olarak kullanılmasının bir diğer avantajı da kullanıcı dostu olmasıdır. Alkol çözeltileri leke bırakmaz, çabuk buharlaşır, diğer dezenfektan biçimlerine kıyasla düşük toksisiteye sahiptir ve hafif, kabul edilebilir bir kokuya sahiptir. Bu özellikler, sistemdeki verimliliğe ve gerekli sanitizasyona katkıda bulunduğundan sağlık hizmetleri ortamlarında kritik öneme sahiptir.

Şekil 6. Alkolün zarflı virüslere karşı antiviral etki mekanizması.

3.2. Yüzey aktif maddeler (Sürfaktanlar)

Yüzey aktif maddeler, hem hidrofilik hem de lipofilik segmentlere sahip olan amfifilik kısımlardır ve ayrıca katyonik, anyonik, iyonik olmayan ve zwitteriyonik yüzey aktif maddeler olarak sınıflandırılır. Genellikle ev dezenfektanlarında ve deterjanlarında bulunan aktif maddelerdir ve virüsleri etkisiz hale getirebildikleri gösterilmiştir. SARS-CoV-1, MERS ve yeni SARS-CoV-2 virüslerini içeren koronavirüs ailesi gibi zarflı virüsler bu nedenle bu yüzey aktif maddelere karşı hassastır. Bununla birlikte, bazı sürfaktanlar, virüsleri etkisiz hale getirmek için lipid zarflarının çözülmesine güvenmez.

3.2.1. Katyonik yüzey aktif maddeler (Kuaterner amonyum bileşikleri)

Kuaterner amonyum bileşikleri (QAC’ler), katyonik yüzey aktif maddelerin ana kütlesini oluşturur ve çoğunlukla lipid zarflarını veya zarlarını çözerek ve parçalayarak virüsleri etkisiz hale getirir. Sert suda ve ayrıca anyonik kalıntıların varlığında virüsidal aktiviteyi daha iyi korudukları bildirilmektedir [25]. Nispeten toksik olmayan, renksiz ve kokusuz oldukları için QAC’ler çekicidir [26]. Zarflı virüsleri inaktive etmeleriyle iyi bilinirler ancak virüsidal aktiviteleri konsantrasyona, uygulama süresine ve sıcaklığa bağlıdır. QAC’lerin kullanıldığı sürfaktanlarla etkili dezenfeksiyon en iyi şekilde ılık su ve daha uzun reaksiyon süreleri kullanılarak elde edilmektedir [27]. QAC bazlı dezenfektanların kullanılmasının bir avantajı ise kirletici organik maddelerin varlığına karşı nispeten yüksek toleranslarıdır. Çünkü alkol ve klor bazlı dezenfektanlar gibi diğer yaygın dezenfektanlarda görüldüğü gibi genellikle organik maddenin mevcudiyeti ile virüsleri inaktive etme yetenekleri azalmaz.

3.2.2. Anyonik yüzey aktif maddeler

Sabun, şampuan, diş macunu ve deterjan gibi kişisel bakım ürünlerinde bulunan bazı yaygın anyonik yüzey aktif maddelerdir [28].

3.2.3. İyonik olmayan ve zwitter iyonik yüzey aktif maddeler

İyonik olmayan yüzey aktif maddeler yaygın olarak emülgatörler olarak kullanılır. Bu iyonik olmayan yüzey aktif maddeler, viral zarfı çözerek ve nükleokapsidi parçalayarak virüsleri etkisiz hale getirir. Zwitter iyonik yüzey aktif maddeler, hem katyonik hem de anyonik yükler taşıyan, ancak genel olarak nötr yüklü moleküllerdir [29]. Araştırmacılar zwitter iyonik deterjan tarafından dezenfeksiyon mekanizmasının yüzey proteinlerini çözündürmek yerine viral bozulma yoluyla olduğunu öne sürmüşlerdir [30]. Virüsleri inaktive eden ancak yüzey antijenlerinin biyolojik aktivitesini koruyan bu özel yetenek, aşıların geliştirilmesi sırasında zwitter iyonik deterjanın kullanılmasına izin verir.

3.3. Oksitleyici ajanlar

Sodyum hipoklorit, hidrojen peroksit ve perasetik asit gibi dezenfektanlar, virüsleri etkisiz hale getirmek için oksitleme yeteneklerini kullanır. Norovirüsler gibi dezenfekte edilmesi zor olan küçük zarfsız virüsler için güçlü oksitleyici ajanlar en etkili dezenfektanlar arasındadır [31].

3.3.1. Sodyum hipoklorit

Ev tipi ağartıcıdaki aktif bileşen olan sodyum hipoklorit, güçlü bir oksitleyici ajandır. Su ve klorür anyonu oluşturmak üzere indirgenebilen hipokloröz asit oluşturmak üzere suda çözünür [32]. Dezenfeksiyonun etkinliği, muhtemelen mevcut hipokloröz asit grubunun azalan oranından dolayı pH’daki artışla azalır [33]. Sodyum hipoklorit hızlı hareket eder ve düşük konsantrasyonlarda etkilidir. Etkisinin konsantrasyonu ve temas süresi ile orantılı olduğu bulunmuştur. Sodyum hipoklorit, norovirüsler gibi, dezenfekte edilmesi zor zarfsız virüsler için kullanılabilir.

3.3.2. Sodyum dikloroizosiyanürat

Sodyum hipoklorit ile karşılaştırıldığında, sodyum dikloroizosiyanürat, daha uzun süre devam eden dezenfektan aktivitesine sahiptir, organik materyalin varlığına daha toleranslıdır ve genel olarak daha yüksek bir dezenfektan etkinliğine sahiptir.

3.3.3. Hidrojen peroksit

Hidrojen peroksit, güçlü bir geniş spektrumlu inaktivasyon ajanıdır. Proteinler, nükleik asitler ve lipidlerdahil olmak üzere çok çeşitli biyomolekülleri parçalayabilen veya çapraz bağlayabilen su, oksijen ve yüksek oranda reaktif hidroksil serbest radikalleri oluşturmak üzere ayrışır. Hidrojen peroksit, genellikle sodyum hipokloritten daha yüksek konsantrasyon gerektirmesine rağmen, norovirüslere karşı da etkilidir.

3.4. Perasetik asit

Perasetik asit, yüksek oranda reaktif hidroksil serbest radikallerinin yanı sıra asetik asit ve oksijeni oluşturmak üzere benzer bir şekilde ayrışır [34]. Perasetik asit formları, daha yüksek stabilite sağlamak için geliştirilmiştir ve dezenfektan solüsyonunu oluşturmak için yerinde çözülebilir.

3.5. Halojenli bileşikler

3.5.1. Povidon iyot

Povidon-iyodin, geniş spektrumlu bir virüsidal ajandır. Antiseptik el yıkamalar, gargaralar ve daha düşük iyodofor konsantrasyonları içeren gargaralar gibi günlük ürünlerin yanı sıra ameliyat öncesi ve sonrası cilt temizliği için sterilizasyon ajanları, cerrahi swablar, ovma ve merhemler gibi klinik uygulamalarda kullanılır [35]. İyot malzemenin daha hızlı bozulmasına neden olabileceğinden, povidon-iyodin silikon kateterler gibi silikon ürünlerle kullanıma uygun değildir. Virüsleri etkisiz hale getirmede diğer birçok antiseptik ajandan genellikle daha güvenli ve daha etkili olmasına rağmen, povidon-iyodin uzun süreli kullanımda tiroid fonksiyon bozukluğuna [36] ve dikkatli tıbbi takip gerektiren alerjik kontakt dermatite neden olabilir [37]. Povidon iodinin geniş virüsidal etkinliklerinin kökenleri henüz tam olarak aydınlatılamamıştır ve muhtemelen birden fazla mekanizma ile meydana gelmesi muhtemeldir, bu da şans eseri viral mutasyonların direnç kazandırma olasılığını azaltır. İyotun, konak hücre yüzeyine bağlanmadan sorumlu virüsün reseptörlerini bloke edebileceğine dair kanıtlar vardır [38]. Ayrıca iyot, virüsün konakçı hücrelerden salınması için gerekli olan viral enzimlerin (örneğin nöraminidaz) aktivitesini engelleyerek, virüsün diğer enfekte olmamış hücrelere yayılmasını önleyebilir [35]. Zarflı virüsler için, virüs zarının, iyodin, zar yağ asitlerinin doymamış C=C bağları ile reaksiyona girmesiyle destabilize edilebileceği de öne sürülmüştür.

3.5.2. Klorheksidin diglukonat

Klorheksidin, birçok antiseptik üründe bulunan geniş spektrumlu bir katyonik bisguanid biyosittir. El yıkama, gargara ve oral jellerde, dezenfektanlarda ve koruyucularda aktif bir bileşen olan klorheksidin, genellikle düşük irritabiliteye, cilt üzerinde iyi bir kalıcılığa ve hızlı bakterisit aktiviteye sahiptir. Bununla birlikte, aktivitesi formülasyonuna büyük ölçüde bağlıdır, serum dâhil olmak üzere organik maddenin yanı sıra anyonik yüzey aktif maddeler ve fosfolipitlerin mevcudiyeti tarafından azaltılır ve ayrıca pH’a bağımlıdır. Bakterilerle karşılaştırıldığında, virüsidal aktivitesi povidon-iyottan daha değişkendir ve önemli ölçüde daha az etkilidir ve daha yavaş etkilidir. Genel olarak klorheksidin, zarfsız virüslere (çocuk felci ve adenovirüsler) karşı etkisizdir, ancak zarflı virüsleri inaktive etmek için değişken güç gösterir.

3.5.3. Kloroksilenol

Kloroksilenol, halojenli fenolik tip bir antiseptiktir. Ev dezenfektanları, yara temizliği ve cerrahi ekipmanların dezenfekte edilmesi için yaygın olarak kullanılır, bakterilere karşı en etkilidir, ancak virüsidal aktivitesi değişkendir. Uzun süredir yaygın ticari kullanımına rağmen, hem bakterilere hem de virüslere karşı etki mekanizması hakkında şaşırtıcı bir şekilde çok az şey bilinmektedir. Kloroksilenol, insanlarda harici kullanım için genellikle güvenlidir, ancak tahriş edici kontakt dermatite ve kontakt depigmentasyona neden olduğu bildirilmiştir [39].

3.6. Aldehitler

3.6.1. Formaldehit

Formaldehit, en basit aldehittir ve güçlü viralinaktivasyon özelliklerine sahip güçlü bir yüksek seviye dezenfektandır. Genellikle formalin adı verilen sulu bir çözelti olarak satılır, aşı üretimi [40] ve bilimsel çalışma [41] için virüsleri etkisiz hale getirmek için kullanılmıştır. Üst düzey bir dezenfektan olarak, proteinlerin amino ve sülfhidril gruplarını ve ayrıca DNA ve RNA’nın nükleik asit bazlarının amino gruplarını kimyasal olarak alkilleyerek, hem süspansiyonda hem de yüzeylerde birçok farklı virüs türünü etkili ve hızlı bir şekilde etkisiz hale getirebilir [42]. Ancak yüksek reaktivitesinden dolayı kullanımı mutajen ve şüpheli kanserojen olmanın dışında [43], maruz kalan vücut yüzeylerinde (örneğin cilt ve gözler) tahrişe neden olarak [44] sağlığa zararlı hale getirir. Sonuç olarak, iyi havalandırılmış bir alanda kullanılması dışında, hastanelerde ve sağlık tesislerinde dezenfektan ve sterilize edici madde olarak insan maruziyetine ilişkin katı düzenlemelere tabidir ve bu nedenle ev dezenfektanı olarak kullanılmaz.

3.6.2. Glutaraldehit

Formaldehit gibi, glutaraldehit (veya bazen glutardialdehit olarak da bilinir), kısa maruz kalma sürelerinden sonra birçok virüse karşı oldukça etkili olan güçlü bir geniş spektrumlu dezenfekte ve sterilize edici ajandır. Kanserojen olduğundan şüphelenilmemesine rağmen [45] göz, burun ve ağızda dermatit ve mukoz membranlarda tahrişe neden olduğu bilinmektedir [46]. Bu sebeplerden dolayı ev dezenfektanı olarak kullanılmaz. Genellikle metaller, kauçuk, plastikler ve lensli aletler glutaraldehite toleranslıdır, ancak maliyeti nedeniyle kritik olmayan yüzeyleri dezenfekte etmek için kullanılmaması tavsiye edilir.

3.6.3. Ortofitalaldehit (OPA)

Orto-ftalaldehit veya 1,2-dikarboksibenzaldehit, başka bir yüksek seviye dezenfektandır. Hem formaldehit hem de glutaraldehit gibi, virüsidal özellikleri, reaktif protein ve nükleik asit gruplarını çapraz bağlama reaksiyonlarından kaynaklanır. OPA’nın güçlü algılanabilir bir kokusu yoktur ve cildi, gözleri veya burun mukozasını tahriş etmez [47]. Ayrıca, mükemmel malzeme uyumluluğu [48] endoskoplar [49] ve ürolojik aletler gibi birçok klinik ortamda dezenfektan olarak kullanılmasına izin verir. Bununla birlikte, OPA açıkta kalan cildi griye boyayabilir ve bu nedenle bol miktarda suyla durulanması veya kişisel koruyucu ekipmanla (örneğin eldiven ve göz koruması) kullanılması gerekir. Bu nedenle yaygın bir ev dezenfektanı olarak kullanılmaz.

4. Nanoteknoloji

4.1. Yüzey dekontaminasyonu için nanomalzemeler

Nanoteknolojinin daha verimli ve gelecek vaat eden dezenfektan sistemlerinin geliştirilmesi için birçok fırsat sunmaktadır. Nanoparçacık bazlı işaretleyicilerin kullanımı, virüslerin konak hücreleri enfekte ettiği mekanizmanın çalışılmasını sağlayabilir (Figure …).Günümüzde yeni malzemelerin geliştirilmesi için nanoteknolojiye dayalı çalışmalar genellikle kendi kendini temizleme özelliğine sahip yüzeyler üzerinedir [50]. Bu sistemler antimikrobiyal aktiviteye sahip olabilir veya kimyasal dezenfektanları yavaşça salarak etki sürelerini uzatabilir. Ayrıca, fototermal, elektrotermal, fotokatalitik ve diğerleri gibi farklı uyaranlara yanıt olarak aktif maddeler veren duyarlı sistemler gibi ek özelliklerin getirilmesine de katkıda bulunabilir [51,52]. Bazı metalik nanopartiküllerin virüslere ve diğer mikroorganizmalara karşı geniş bir etki spektrumuna sahip olduğu da bilinmektedir [53]. Rai vd. [54] metalik nanoparçacıkların antibakteriyel, antifungal ve antiviral potansiyeli üzerine bir literatür taraması yapmışlardır. Bu çalışma sonucuna göre metalik nanopartiküller, özellikle gümüş nanopartiküller, yüzey modifikasyonu olsun ya da olmasın, güçlü ve geniş spektrumlu bir antiviral ajan olarak kullanılabilir. Bununla birlikte, bu nanopartiküllerin antiviral aktivitesi hala büyük ölçüde keşfedilmemiştir.

Günümüzde nanoteknoloji dezenfeksiyon uygulamalarında birçok soruna çözüm olmuştur. Geçtiğimiz birkaç on yıl boyunca, nanoteknoloji, yüksek yüzey alanı-hacim oranı ve benzersiz kimyasal ve fiziksel özellikleri nedeniyle antimikrobiyal etkiler sergileyen nanometre boyutundaki partiküller olan nanomalzemelerin sentezi için umut vadeden yeni bir teknoloji olarak ortaya çıkmıştır. Metal nanopartiküller ve grafen bazlı nano tabakalar gibi birçok nanomalzeme, benzersiz fizikokimyasal özelliklerinden dolayı doğal virüs öldürücü etkilere sahiptir [55]. Genellikle, virüslerin zarf veya kapsid proteinleri ile doğrudan etkileşimi içeren, böylece yapısal bütünlüğü bozan ve enfektiviteyi engelleyen ortak bir etki mekanizması ile çalışırlar. Ek olarak, bazı nanomalzemeler, enfekte olmuş hücrelerin içindeki viral gen replikasyonuna müdahale edebilir [56-58]. Ayrıca daha verimli dezenfektan ve sanitize edici sistemler için nanoteknolojinin kullanımının yanı sıra enfeksiyon kontrolü ve sağlık ve çevre güvenliği için etkinliği artırmak için kendi kendini dezenfekte eden yüzeylerin elde edilmesi konusunda daha fazla çalışmaya ihtiyaç vardır. Tablo 1, virüsler için dezenfektan ve dezenfektan olarak uygulama için nanoteknolojiye dayalı farklı sistemlerle ilgili yayınlanmış araştırmaları ve patentleri göstermektedir.

Şekil 7: SARS-CoV-2 enfeksiyonunun şematik gösterimi ve COVID-19’u önlemek ve kontrol etmek için nanoteknoloji araçları.

Virüs, anjiyotensin dönüştürücü enzim 2 (ACE2) reseptörü tarafından hücreye girer ve yeni konak hücreleri çoğaltmak ve kontamine etmek için konakçı hücrenin mekanizmasını kullanır. Nano bazlı malzemeler şu konularda yardımcı olabilir: (i) virüs algılamanın hızını ve hassasiyetini artırma; (ii) daha verimli ve daha güvenli tedavi ve aşıların geliştirilmesine yardımcı olmak ve (iii) nano bazlı Kişisel Koruyucu ekipmanların (KKD) geliştirilmesi yoluyla sağlık çalışanlarının güvenliğini artırmak.

Tablo 1. Nanoteknolojiye dayalı dezenfektanlar ve dezenfektanlarla ilgili literatürde bulunan makale ve patentler

Sınıflandırma	Taşıyıcı sistem	Matris
Makale	Nano Film	Polivinil alkol (PVA) Poliolefin (POD) Sodyum klorit (NaClO2)
	Nanokompozit	Silika/gümüş
	Mezo-yapı nanoparçacıkları	Elektrik yüklü dezenfektan (CAC-717)
	Nano Yapı	Selüloz
	Nanokompozit	Silika/gümüş
	Nanopartiküller	Titanyum dioksit
	Fotokatalitik nanoyapılı filmler	Titanyum dioksit Silikon
	Poliiyon kompleks nanopartiküller (PCN'ler)	Poli[3-(akrilamido) propil] trimetilamonyum klorür (PAMPTMA)
	Biyojenik nanopartiküller	Demir Gümüş
Patent	Polimerik nanopartiküller	C1–C4 monohidrik alkoller ve farklı lipidler
		Poli (laktik-ko-glikolik asit) (PLGA) uçucu yağ
		Polietilenimin (PEI)Polidialildi Alkilamonyum tuzu Poli (akrilamid-ko-dialil-dialkil amonyum halojenür) Kitosan
		Sülfanil alkil siklodekstrinler
	Biyojenik nanopartiküller	Gümüş
	Fotokatalitik sistemler	Tungsten trioksit Paladyum
		Tartarik asit Titanyum izopropoksit (IV)
	Metal nanopartiküller	Titanyum dioksit Sitrik özler
		Gümüş
		Gümüş Kuaterner amonyum tuzu

4.2. Metal nanopartiküller

Gümüş ve tuzlarının antiseptik ve dezenfektan olarak uzun bir kullanım geçmişi vardır ve geniş spektrumlu biyosidal özellikleri iyi bilinmektedir [60]. Gümüşten oluşan nanopartiküller, en çok araştırılan anti viral nanomalzemedir ve çıplak veya kaplanmış AgNP’lerin çok çeşitli virüsleri inhibe edebildiği gösterilmiştir [61]. Virüslerin bu tür tedaviye karşı direnç geliştirmesi zordur, bu da onu özellikle yüksek oranda mutasyona sahip olanlara karşı çekici kılar. AgNP’lerin hem hücre dışından virion girişini bloke etmede hem de enfekte olmuş hücrelerin içinde replikasyonuinhibe etmede etkili olduğu bulunmuştur. Genel olarak, AgNP’ler küçük dozlarda [62] etkili biyositlerdir, ancak insanlar üzerindeki potansiyel toksisiteleri hala yoğun tartışma altındadır [63,64]. Modern yöntemler, nihai biyosidal aktivitelerini, biyolojik akıbetini ve toksisitesini belirleyen önemli parametreler olan iyi tanımlanmış şekillere, partikül boyutlarına ve polidispersiteye sahip AgNP’lerin sentezlenmesini sağlamıştır [65].
Modern yöntemler, nihai biyosidal aktivitelerini, biyolojik akıbetini ve toksisitesini belirleyen önemli parametreler olan iyi tanımlanmış şekillere, partikül boyutlarına ve polidispersiteye sahip AgNP’lerin sentezlenmesini sağlamıştır [65].

AgNP’lerinvirüsidal özellikleri hala büyük ölçüde keşfedilmemiştir, ancak ilk raporlar cesaret vericidir. AgNP’ler, viral yüzey proteinlerine bağlanma ve bunlarla etkileşim [64] ve amino, karboksil, imidazol ve sülfhidril gruplarıyla reaksiyona girerek enzimleri denatüre etme [66] dahil olmak üzere bir dizi mekanizma ile virüsleri inhibe edebilir.
AgNP içeren ürünler, biyosidal aktiviteleri gümüş nanomalzemelerin yavaş sürekli salınımının bir sonucu olan giysiler, yara örtüleri, merhemler ve gıda ambalaj malzemeleri dahil olmak üzere piyasada giderek daha fazla ortaya çıkıyor [67]. Bununla birlikte, yukarıda bahsedilen tüm dezenfektan ajanlar gibi, AgNP’lerin virüsidal etkinliklerinin virüsten virüse farklılık gösterdiğine dikkat edilmelidir. Ayrıca, salınan gümüş nanomalzemelerin miktarları, şekilleri, boyutları ve türleri, bunların tümü virüsidal özelliklerini etkileyen gerçek dünyadaki ayarlarına ve uygulamalarına bağlıdır [68]. Bu nedenle, AgNP içeren bu ürünlerin gerçek yaşam ortamlarında virüslere karşı etkinliğinin yanı sıra insanlara yönelik toksisitelerinin dikkatle değerlendirilmesi ve incelenmesi gerekir.
AgNP’ler dışında altın nanopartiküller (AuNP’ler) de umut verici virüsidal ajanlardır. Ortalama boyutu 6 nm olan sarımsak özü kullanılarak sentezlenen AuNP’ler, yüzey viral reseptörlerine de bağlanarak ve daha sonra konakçı hücre bağlanmasını ve enfeksiyonunu önleyerek kızamık virüsüne karşı virüsidal aktivite gösterdi [69]. Bununla birlikte, altın kimyasal öncülerinin maliyeti nedeniyle, AuNP’lerin ucuz ve ticari olarak yaygın olarak temin edilebilen dezenfektan maddeler haline gelmeleri pek olası değildir.

Kendi kendini dezenfekte eden yüzeyler oluşturmak için metal nanomalzemelerin kullanımı, virüslerin kontamine yüzeylerde uzun süre kalabilmesi nedeniyle son yıllarda ilgi kazanmıştır. Kendi kendini dezenfekte eden yüzeyler, kendileriyle in situ temas halinde olan virüsleri etkisiz hale getirerek, kontamine yüzeylerle insan teması yoluyla virüs bulaşma olasılığını azaltır. Bir tasarımda, kendi kendini dezenfekte eden yüzey, viral inaktivasyon için görünür ışık uyarımı gerektiren fotoaktif metal nanokristallerle kuruldu. Görünür ışık aralığında bant boşlukları olan CuInZn4S6 (CIZS) nanokristallerinden üretilen bu yüzeyler, görünür ışığı emebilir ve viral zarf proteinlerinde sunulan amino asit kalıntılarını oksitleyerek influenza A virüsünü inaktive eden aktif oksidatif türler üretebilir (Şekil 8). Yüksek düzeyde virüsidal olmakla birlikte, kendi kendini temizleme etkisini garanti etmek için görünür ışık mevcut olmalıdır, böylece sistemin pratikliği sınırlanır.

Şekil 8. Görünür ışıkla çalışan kendi kendini dezenfekte eden yüzey dezenfektanı kullanılarak virüs dezenfeksiyonunun çizimi.

---

Test LO 2.2

---

Kaynaklar:

1. 1. Martini, M., Gazzaniga, V., Bragazzi, N. L., & Barberis, I. (2019). La pandémie de grippe espagnole: une leçon de 100 ans après 1918. J Prev Med Hyg, 60, E64-E67.
   2. World Bank. (2016). 2014–2015 West Africa Ebola crisis: impact update.
   3. Christophersen, O. A., & Haug, A. (2006). Why is the world so poorly prepared for a pandemic of hypervirulent avian influenza?. Microbial ecology in health and disease, 18(3-4), 113-132.
   4. Bell, D. M. (2004). Public health interventions and SARS spread, 2003. Emerging infectious diseases, 10(11), 1900.
   5. Saunders-Hastings, P., Crispo, J. A., Sikora, L., & Krewski, D. (2017). Effectiveness of personal protective measures in reducing pandemic influenza transmission: A systematic review and meta-analysis. Epidemics, 20, 1-20.
   6. Otter, J. A., Donskey, C., Yezli, S., Douthwaite, S., Goldenberg, S., & Weber, D. J. (2016). Transmission of SARS and MERS coronaviruses and influenza virus in healthcare settings: the possible role of dry surface contamination. Journal of hospital infection, 92(3), 235-250.
   7. Kampf, G., Todt, D., Pfaender, S., & Steinmann, E. (2020). Persistence of coronaviruses on inanimate surfaces and their inactivation with biocidal agents. Journal of hospital infection, 104(3), 246-251.
   8. Lodish, H., Berk, A., Zipursky, S. L., Matsudaira, P., Baltimore, D., & Darnell, J. (2000). Viruses: Structure, function, and uses. In Molecular Cell Biology. 4th edition. WH Freeman.
   9. URL-1: https://www.genome.gov/genetics-glossary/Virus
   10. Yeargin, T., Buckley, D., Fraser, A., & Jiang, X. (2016). The survival and inactivation of enteric viruses on soft surfaces: a systematic review of the literature. American journal of infection control, 44(11), 1365-1373.
   11. Vafadar, S.,Shahdoust, M., Kalirad, A., Zakeri, P., & Sadeghi, M. (2021). Competitiveexclusionduringco-infection as a strategytopreventthespread of a virus: A computationalperspective. PloSone, 16(2), e0247200.
   12. Santos, I. D. A., Grosche, V. R., Bergamini, F. R. G., Sabino-Silva, R., & Jardim, A. C. G. (2020). Antivirals against coronaviruses: candidate drugs for SARS-CoV-2 treatment?. Frontiers in microbiology, 1818.
   13. Van Doremalen, N., Bushmaker, T., Morris, D. H., Holbrook, M. G., Gamble, A., Williamson, B. N., … & Munster, V. J. (2020). Aerosol and surface stability of SARS-CoV-2 as compared with SARS-CoV-1. New England journal of medicine, 382(16), 1564-1567.
   14. McDonnell, G. E. (2007). Antiseptics, disinfection, and sterilization. Types, action, and resistance.
   15. Nuanualsuwan, S., & Cliver, D. O. (2003). Infectivity of RNA from inactivated poliovirus. Applied and environmental microbiology, 69(3), 1629-1632.
   16. Jeong, E. K., Bae, J. E., & Kim, I. S. (2010). Inactivation of influenza A virus H1N1 by disinfection process. American journal of infection control, 38(5), 354-360.
   17. Tung, G., Macinga, D., Arbogast, J., & Jaykus, L. A. (2013). Efficacy of commonly used disinfectants for inactivation of human noroviruses and their surrogates. Journal of food protection, 76(7), 1210-1217.
   18. Gallandat, K., Wolfe, M. K., & Lantagne, D. (2017). Surface cleaning and disinfection: efficacy assessment of four chlorine types using Escherichia coli and the Ebola surrogate Phi6. Environmental Science & Technology, 51(8), 4624-4631.
   19. Gerba, C. P., & Betancourt, W. Q. (2017). Viral aggregation: impact on virus behavior in the environment. Environmental science & technology, 51(13), 7318-7325.
   20. URL-2: https://news.arizona.edu/story/continuously-active-surface-disinfectants-may-provide-barrier-against-spread-viruses
   21. Lukasik, J., Bradley, M. L., Scott, T. M., Dea, M., Koo, A., Hsu, W. Y., … & Farrah, S. R. (2003). Reduction of poliovirus 1, bacteriophages, Salmonella Montevideo, and Escherichia coli O157: H7 on strawberries by physical and disinfectant washes. Journal of food protection, 66(2), 188-193.
   22. Rutala, W. A., & Weber, D. J. (2008). Guideline for disinfection and sterilization in healthcare facilities, 2008.
   23. Boyce, J. M. (2018). Alcohols as surface disinfectants in healthcare settings. infection control & hospital epidemiology, 39(3), 323-328.
   24. Singh, D., Joshi, K., Samuel, A., Patra, J., & Mahindroo, N. (2020). Alcohol-based hand sanitisers as first line of defence against SARS-CoV-2: a review of biology, chemistry and formulations. Epidemiology & Infection, 148.
   25. Perry, K., & Caveney, L. (2012). Chemical disinfectants. Veterinary infection prevention and control, 129-143.
   26. Heuschele, W. P. (1995). Use of disinfectants in zoos and game parks. Revue Scientifique et Technique (International Office of Epizootics), 14(2), 447-454.
   27. Louie, W., & Reuschlein, D. (2011). 8 Cleaning and Disinfection in the Bottled Water Industry. Technology of Bottled Water, 223.
   28. Sirisattha, S., Momose, Y., Kitagawa, E., & Iwahashi, H. (2004). Toxicity of anionic detergents determined by Saccharomyces cerevisiae microarray analysis. Water Research, 38(1), 61-70.
   29. Viana, R. B., da Silva, A. B., & Pimentel, A. S. (2012). Infrared spectroscopy of anionic, cationic, and zwitterionic surfactants. Advances in physical chemistry, 2012.
   30. Conley, L., Tao, Y., Henry, A., Koepf, E., Cecchini, D., Pieracci, J., & Ghose, S. (2017). Evaluation of eco‐friendly zwitterionic detergents for enveloped virus inactivation. Biotechnology and bioengineering, 114(4), 813-820.
   31. Girard, M., Mattison, K., Fliss, I., & Jean, J. (2016). Efficacy of oxidizing disinfectants at inactivating murine norovirus on ready-to-eat foods. International journal of food microbiology, 219, 7-11.
   32. Fukuzaki, S. (2006). Mechanisms of actions of sodium hypochlorite in cleaning and disinfection processes. Biocontrol science, 11(4), 147-157.
   33. Block, S. S. (Ed.). (2001). Disinfection, sterilization, and preservation. Lippincott Williams & Wilkins.
   34. Rokhina, E. V., Makarova, K., Golovina, E. A., Van As, H., & Virkutyte, J. (2010). Free radical reaction pathway, thermochemistry of peracetic acid homolysis, and its application for phenol degradation: spectroscopic study and quantum chemistry calculations. Environmental science & technology, 44(17), 6815-6821.
   35. Eggers, M. (2019). Infectious disease management and control with povidone iodine. Infectious diseases and therapy, 8(4), 581-593.
   36. Lithgow, K., & Symonds, C. (2017). Severe thyrotoxicosis secondary to povidone-iodine from peritoneal dialysis. Case Reports in Endocrinology, 2017.
   37. Velázquez, D., Zamberk, P., Suárez, R., & Lázaro, P. (2009). Allergic contact dermatitis to povidone-iodine. Contact Dermatitis, 60(6), 348-349.
   38. Sriwilaijaroen, N., Wilairat, P., Hiramatsu, H., Takahashi, T., Suzuki, T., Ito, M., … & Suzuki, Y. (2009). Mechanisms of the action of povidone-iodine against human and avian influenza A viruses: its effects on hemagglutination and sialidase activities. Virology journal, 6(1), 1-10.
   39. Verma, G., Mahajan, V., Shanker, V., Tegta, G., Jindal, N., & Minhas, S. (2011). Contact depigmentation following irritant contact dermatitis to chloroxylenol (Dettol). Indian Journal of Dermatology, Venereology and Leprology, 77(5), 612.
   40. Wilton, T., Dunn, G., Eastwood, D., Minor, P. D., & Martin, J. (2014). Effect of formaldehyde inactivation on poliovirus. Journal of virology, 88(20), 11955-11964.
   41. Möller, L., Schünadel, L., Nitsche, A., Schwebke, I., Hanisch, M., & Laue, M. (2015). Evaluation of virus inactivation by formaldehyde to enhance biosafety of diagnostic electron microscopy. Viruses, 7(2), 666-679.
   42. Kamps, J. J., Hopkinson, R. J., Schofield, C. J., & Claridge, T. D. (2019). How formaldehyde reacts with amino acids. Communications Chemistry, 2(1), 1-14.
   43. Swenberg, J. A., Moeller, B. C., Lu, K., Rager, J. E., Fry, R. C., & Starr, T. B. (2013). Formaldehyde carcinogenicity research: 30 years and counting for mode of action, epidemiology, and cancer risk assessment. Toxicologic pathology, 41(2), 181-189.
   44. Rovira, J., Roig, N., Nadal, M., Schuhmacher, M., & Domingo, J. L. (2016). Human health risks of formaldehyde indoor levels: an issue of concern. Journal of environmental science and health, part a, 51(4), 357-363.
   45. Takigawa, T., & Endo, Y. (2006). Effects of glutaraldehyde exposure on human health. Journal of occupational health, 48(2), 75-87.
   46. Straughn, J. C., & Barker, F. B. (1987). Avoiding glutaraldehyde irritation of the mucous membranes. Gastrointestinal endoscopy, 33(5), 396-397.
   47. Cooke, R. P. D., Goddard, S. V., Whymant-Morris, A., Sherwood, J., & Chatterly, R. (2003). An evaluation of Cidex OPA (0.55% ortho-phthalaldehyde) as an alternative to 2% glutaraldehyde for high-level disinfection of endoscopes. Journal of Hospital Infection, 54(3), 226-231.
   48. Akamatsu, T., Minemoto, M., & Uyeda, M. (2005). Evaluation of the antimicrobial activity and materials compatibility of orthophthalaldehyde as a high-level disinfectant. Journal of international medical research, 33(2), 178-187.
   49. Rutala, W. A., & Weber, D. J. (2015). Disinfection, sterilization, and control of hospital waste. Mandell, Douglas, and Bennett’s principles and practice of infectious diseases, 3294.
   50. Querido, M. M., Aguiar, L., Neves, P., Pereira, C. C., & Teixeira, J. P. (2019). Self-disinfecting surfaces and infection control. Colloids and Surfaces B: Biointerfaces, 178, 8-21.
   51. Geyer, F., D’Acunzi, M., Sharifi-Aghili, A., Saal, A., Gao, N., Kaltbeitzel, A., … & Vollmer, D. (2020). When and how self-cleaning of superhydrophobic surfaces works. Science advances, 6(3), eaaw9727.
   52. Dalawai, S. P., Aly, M. A. S., Latthe, S. S., Xing, R., Sutar, R. S., Nagappan, S., … & Liu, S. (2020). Recent advances in durability of superhydrophobic self-cleaning technology: a critical review. Progress in Organic Coatings, 138, 105381.
   53. Dyshlyuk, L., Babich, O., Ivanova, S., Vasilchenco, N., Prosekov, A., & Sukhikh, S. (2020). Suspensions of metal nanoparticles as a basis for protection of internal surfaces of building structures from biodegradation. Case Studies in Construction Materials, 12, e00319.
   54. Rai, M., Deshmukh, S. D., Ingle, A. P., Gupta, I. R., Galdiero, M., & Galdiero, S. (2016). Metal nanoparticles: The protective nanoshield against virus infection. Critical reviews in microbiology, 42(1), 46-56.
   55. Szunerits, S., Barras, A., Khanal, M., Pagneux, Q., & Boukherroub, R. (2015). Nanostructures for the inhibition of viral infections. Molecules, 20(8), 14051-14081.
   56. Jackman, J. A., Lee, J., & Cho, N. J. (2016). Nanomedicine for infectious disease applications: innovation towards broad‐spectrum treatment of viral infections. Small, 12(9), 1133-1139.
   57. Liu, H., Bai, Y., Zhou, Y., Feng, C., Liu, L., Fang, L., … & Xiao, S. (2017). Blue and cyan fluorescent carbon dots: one-pot synthesis, selective cell imaging and their antiviral activity. RSC advances, 7(45), 28016-28023.
   58. Huang, S., Gu, J., Ye, J., Fang, B., Wan, S., Wang, C., … & Cao, S. (2019). Benzoxazine monomer derived carbon dots as a broad-spectrum agent to block viral infectivity. Journal of colloid and Interface Science, 542, 198-206.
   59. Campos, E. V., Pereira, A. E., De Oliveira, J. L., Carvalho, L. B., Guilger-Casagrande, M., De Lima, R., & Fraceto, L. F. (2020). How can nanotechnology help to combat COVID-19? Opportunities and urgent need. Journal of Nanobiotechnology, 18(1), 1-23.
   60. Jung, W. K., Koo, H. C., Kim, K. W., Shin, S., Kim, S. H., & Park, Y. H. (2008). Antibacterial activity and mechanism of action of the silver ion in Staphylococcus aureus and Escherichia coli. Applied and environmental microbiology, 74(7), 2171-2178.
   61. Rai, M., Kon, K., Ingle, A., Duran, N., Galdiero, S., & Galdiero, M. (2014). Broad-spectrum bioactivities of silver nanoparticles: the emerging trends and future prospects. Applied microbiology and biotechnology, 98(5), 1951-1961.
   62. Tian, X., Jiang, X., Welch, C., Croley, T. R., Wong, T. Y., Chen, C., … & Yin, J. J. (2018). Bactericidal effects of silver nanoparticles on lactobacilli and the underlying mechanism. ACS applied materials & interfaces, 10(10), 8443-8450.
   63. Liao, C., Li, Y., & Tjong, S. C. (2019). Bactericidal and cytotoxic properties of silver nanoparticles. International journal of molecular sciences, 20(2), 449.
   64. Rai, M., Deshmukh, S. D., Ingle, A. P., Gupta, I. R., Galdiero, M., & Galdiero, S. (2016). Metal nanoparticles: The protective nanoshield against virus infection. Critical reviews in microbiology, 42(1), 46-56.
   65. Lee, S. H., & Jun, B. H. (2019). Silver nanoparticles: synthesis and application for nanomedicine. International journal of molecular sciences, 20(4), 865.
   66. Lara, H. H., Garza-Treviño, E. N., Ixtepan-Turrent, L., & Singh, D. K. (2011). Silver nanoparticles are broad-spectrum bactericidal and virucidal compounds. Journal of nanobiotechnology, 9(1), 1-8.
   67. Castro-Mayorga, J. L., Martínez-Abad, A., Fabra, M. F., Lagarón, J. M., Ocio, M. J., & Sánchez, G. (2016). Antimicrobial Food Packaging.
   68. Gagnon, V., Button, M., Boparai, H. K., Nearing, M., O’Carroll, D. M., & Weber, K. P. (2019). Influence of realistic wearing on the morphology and release of silver nanomaterials from textiles. Environmental Science: Nano, 6(2), 411-424.
   69. Meléndez-Villanueva, M. A., Morán-Santibañez, K., Martínez-Sanmiguel, J. J., Rangel-López, R., Garza-Navarro, M. A., Rodríguez-Padilla, C., … & Trejo-Ávila, L. M. (2019). Virucidal activity of gold nanoparticles synthesized by green chemistry using garlic extract. Viruses, 11(12), 1111.
   70. Weng, D., Qi, H., Wu, T. T., Yan, M., Sun, R., & Lu, Y. (2012). Visible light powered self-disinfecting coatings for influenza viruses. Nanoscale, 4(9), 2870-2874.

Özet

Mevcut COVID-19 pandemisi ile savaşmak için nanomalzemeler, hücrelere kolayca nüfuz etme, virüslerle etkileşime girme ve viral genom üremesini önleme yetenekleri nedeniyle viral enfeksiyonlara, özellikle CoV’lere karşı mükemmel adaylar olarak kabul edilebilir. Ek olarak, nanopartiküllerin kullanımı, küçük örnek hacimlerinde bulaşıcı ajanların, mevcut kullanımdaki teknolojilerden daha düşük maliyetlerle duyarlı, kesin ve hızlı bir biçimde anında saptanmasına izin verir. Erken teşhisteki bu ilerleme, doğru ve hızlı tedaviye izin verir.

Anahtar kelimeler: nanomalzemeler, COVID-19, algılama

1. Giriş

Yeni koronavirüs hastalığı COVID-19’un devam eden patlaması, uzun kuluçka süresi ve önemli bulaşıcılığı nedeniyle dünya çapında dikkatleri üzerine çekiyor. Şiddetli akut solunum yolu SARS-CoV-2 tarafından yönlendirilen pandeminin dünya çapında hızla yayılması, teşhis ve tedavisi için acil bir ihtiyaç yarattı. Sonuç olarak, birçok araştırmacı SARS-CoV-2’yi tespit etmek ve tedavi etmek için en verimli ve uygun yöntemleri bulmaya çalıştı. Sonuç olarak, birçok araştırmacı SARS-CoV-2’yi tespit etmek ve tedavi etmek için en verimli ve uygun yöntemleri bulmaya çalıştı. Ayrıca, yüksek algılanabilirliği ve özgüllüğüne rağmen, özellikle daha düşük viral yük sağlayan nazofaringeal olmayan sürüntü örneklerinde yanlış negatifler belgelenmiştir. Sonuç olarak, daha hızlı ve daha güvenilir yöntemler geliştirmek ve kullanmak çok önemli görünmektedir. Son yıllarda, klinik örneklerdeki virüsleri ve bakterileri tespit etmek için çeşitli nanomalzeme bazlı biyosensörler üretmek için birçok girişimde bulunulmuştur [27][46].

Mevcut ve gelecekteki küresel sağlık tehlikeleriyle mücadele etmek için koronavirüs hastalığı COVID-19’u teşhis etmenin gizli bir yolu oldukça talep edilmektedir. Nanopartiküller, bir platform olarak işlev görerek viral enfeksiyonu yüksek hassasiyetle hızlı bir şekilde teşhis etmek için uygun uygulama ve önemli beklentiler sunar. SARS-CoV 2’yi tespit etmek için altın nanoparçacıklar, manyetik nanoparçacıklar ve grafen (G) gibi nanoparçacıklar uygulandı. Bunlar moleküler temelli tanı süreçleri ve serolojik yaklaşımlar için kullanılmıştır. Nanopartiküller, belirginliği arttırdı ve teşhis için gereken süreyi kısalttı. Evde veya havaalanları ve mağazalar gibi yerlerde kendi kendine teşhisi teşvik eden küçük cihazlarla yürütülebilirler. Bir hastadan, yüzeyden ve havadan alınan virüsle kontamine numunelerin analizi için nanopartikül bazlı yöntemler kullanılabilir [1].

2. SARS-CoV-2’nin mevcut tespit yöntemleri

SARS-CoV-2’nin saptanması için geleneksel yöntemler, ters transkripsiyon polimeraz zincir reaksiyonu (RT-PCR), bilgisayarlı tomografi (CT) taraması ve yeni nesil dizilemedir (NGS) [1][26]][40] (Şekil 1 ). RT-PCR ve göğüs BT görüntüleme, COVID-19’u tespit etmede en tipik tanı teknikleridir. Ek olarak, kümelenmiş düzenli aralıklı kısa palindromik tekrarlar (CRISPR)-spesifik yüksek hassasiyetli enzimatik raportör kilit açma (SHERLOCK), ters transkripsiyon döngüsü aracılı izotermal amplifikasyon (RT-LAMP), enzime bağlı immünosorbent tahlili (ELISA) gibi çeşitli tanı yöntemleri ve dizileme, virüsün kısa sürede gelişmiş tespiti için geliştirilmektedir [1][9]. RT-PCR, koronavirüs tespiti için lider ve en etkili yöntem olarak kabul edilmiştir [1][26].

Şekil 1: Şiddetli akut solunum sendromu koronavirüs 2 (SARS-CoV-2) tespiti için şu anda kullanılan geleneksel yöntemler. (A) Ters transkripsiyon polimeraz zincir reaksiyonu (RT-PCR). cDNA, tamamlayıcı DNA. (B) Bilgisayarlı tomografi taraması. (C) Enzim bağlantılı immünosorbent deneyi.

2.1. Ters Transkripsiyon Polimeraz Zincir Reaksiyonu (RT-PCR)

RT-PCR, COVID-19 tespiti için büyük ölçüde kullanılmaktadır. Genomik RNA’dan cDNA sentezine dayanır ve bunu amplifikasyon takip eder [26][38]. Diğer nükleik asit serilerinin bir karışımındaki minimal miktarlardaki viral genetik materyalin amplifikasyonu, RT-PCR ile etkin bir şekilde yapılır. Şu anda üst solunum yolu örneklerinde SARS COV-2 tespitinin standart altın tekniğidir. Birkaç çalışmada RT-PCR tabanlı saptama için serum, oküler ve dışkı numuneleri kullanılmıştır. Modern bir yöntem, RT-PCR yapmadan önce sağlık hizmeti sağlayıcıları için invaziv olmayan ve güvenli bir teknik olarak kendi kendine toplanan tükürük örneklerini kullanmıştır. Bu yöntemde, ters transkriptaz, önce küçük bir dizi ardışık primer ve tamamlayıcı DNA (cDNA) üretimi kullanarak RNA viral genomunu DNA’ya dönüştürür. Ardından, bir flüoresan boya veya flüoresan etiketli diziye özgü bir DNA probu, DNA’nın amplifikasyonunu gerçek zamanlı olarak gözlemler. Son olarak, bir floresan veya elektrik sinyali, ardışık amplifikasyon döngülerinden sonra viral cDNA’yı görüntüler [1][9][22].
Geleneksel RT-PCR prosedürleri, tek adımlı veya iki adımlı yaklaşımları içeriyordu. Tek aşamalı yöntemler, primer içeren tek bir tüpü karıştırırken, iki aşamalı prosedür, reaksiyonları yürütmek için birden fazla tüp kullanır. Yine de daha ihtiyatlı ve esnek bir yol sağlar. Ayrıca, daha az başlangıç materyali ile çeşitli hedeflerin miktar tayini için cDNA’yı stoklayabilir. Bununla birlikte, SARS-CoV-2’yi tespit etmede standart yöntem, daha hızlı olduğundan, daha az numune işleme gerektirdiğinden, çalışma süresini kısalttığından ve pipetleme hatalarını azalttığından tek adımlı yaklaşımdır [9][43].

RT-PCR tabanlı algılama, hastaların boğazlarındaki düşük viral yük, RNA örneklerinin yanlış kullanımı veya yeterli dâhili kontrollerin olmaması nedeniyle olabilecek yanlış negatif sonuçlarla da bağlantılıdır [8][9][16]. RT-PCR’ın temel sorunu, RT-PCR’nin kandaki virüs sayısının yetersiz olması nedeniyle göğüs taramalarına duyarlılığının düşük olmasıdır. Ayrıca kandaki virüs sayısının yetersiz olması veya laboratuvar kitinin yanlış olması nedeniyle göğüs taramalarına duyarlılığı düşüktür [26].

2.2. Bilgisayarlı tomografi taraması (BT)

COVID-19’u tespit etmek ve yönetmek için başka bir yöntem, hastanın göğsünün farklı açılardan X-ışını görüntülemesini uygulayan göğüs BT taramasıdır. Radyolojik raporlara göre, BT tarama baskısındaki olağandışı özellikler, COVID-19 istilasından kaynaklanıyor olabilir. COVID-19’lu bir hastanın göğüs taramasında tipik olarak gözlemlenen özellikler, özellikle periferik ve daha alt loblarda buzlu cam opaklaşması (GGO, konsolidasyonlar (altta yatan damarların kapsanmasına neden olan parankim opaklığında artış), çılgın kaplama deseni (İnterlobüler ve intralobüler septal kalınlaşma ile GGO) ve doğrusal opasitelerdir. Yüksek çözünürlüklü BT, enfeksiyonun erken aşamalarında GGO’ları tespit etmeye yardımcı olabilir [9][26][40].

RT-PCR pozitif hastalarda (çeşitli vaka çalışmalarında %86-97) BT duyarlılığının arttığı ve sadece yapısal ve solunumla ilgili olmayan semptomları olan hastalarda (yaklaşık %50) daha düşük olduğu görülmektedir. Ultrason, çok az sayıda vakada tanı aracı olarak kullanılmıştır. Ultrasonun özgüllüğü çok düşüktür ve hastalık yoğunluğu, hasta ağırlığı ve operatörün el becerisi gibi faktörlerden etkilenmesine rağmen duyarlılığın yaklaşık %75 olduğu tahmin edilmektedir. Ancak ultrason, interstisyel akciğer hastalığı özelliklerinin saptanması yoluyla hastalığın ilerlemesini gözlemlemede rol oynayabilir [26].

2.3. SHERLOCK

RT-PCR ve BT taramalarının yanı sıra, SARS-CoV-2 tespitleri için çeşitli başka tespit teknikleri de geliştirilmiştir. Gupta vd. [9]’da açıklandığı gibi SHERLOCK, Zhang ve diğerleri [45] tarafından “girişin 10–100 kopya/µl’si ile SARS-CoV-2’nin RNA fragmanlarını saptamak için geliştirilmiştir. SHERLOCK tabanlı tanılamanın temel ilkesi, CRISPR tabanlı algılamadır. Bu test, belirli aletler gerektirmeden < 60 dakika içinde gerçekleştirilebilir. SARS-CoV-2 genomundan S geni ve Orf1ab geni olmak üzere iki hedef seçtiler. Diğer solunum yolu virüsü genomlarıyla çapraz reaktiviteyi en aza indirmek için ayrıca belirli kılavuz diziler seçtiler.”[9]

2.4. RT-LAMBASI

Optimize edilmiş bir RT-LAMP tabanlı algılama yöntemi, geleneksel PT-PCR yöntemlerinden daha fazla duyarlılığa sahiptir ve daha az zaman gerektirir (Şekil 2). Sonuç olarak, bu süreç koronavirüsü hızlı bir şekilde teşhis etmek ve test kapasitesini 2-2,5 kat artırmak için kullanılabilir [9][13].

Şekil 2: Acil durumlar (ayakta tedavi görenler) ve yatan hastalar için RT-PCR’ye göre RT-LAMP testimizin iş akışı karşılaştırması. RT-LAMP testimiz, RT-PCR testlerinden 2–2,5 kat daha hızlıdır ve oda sıcaklığında gönderilebilir.

Gupta vd. [9], Şekil 3’te SARS-CoV-2 enfeksiyonunu saptamak için kullanılan mevcut teknikleri özetlemiştir [9].

Şekil 3: Şiddetli akut solunum sendromu koronavirüs 2 (SARS-CoV-2) tespiti için kullanılan mevcut teknikler.

3. SARS-CoV-2 tespiti için nanomalzemeler

Ters transkripsiyon-polimeraz zincir reaksiyonu (RT-PCR) ile nükleik asit testi, COVID-19 enfeksiyonunu tespit etmek için mevcut yöntemdir. RT-PCR, COVID-19’u tespit etmek için yaygın olarak kullanılsa da, bazı sorunlar vardır [3][14]][29][35].

1. Yanlış-negatif sonuçlar
2. Uzun yanıt süreleri/Zaman alıcı
3. RT-PCR, toplanan örneklerde gözlemlenebilir SARS-CoV-2’nin varlığını gerektirdiğinden asemptomatik hastaları tespit edemez.
4. Zayıf analitik hassasiyet
5. Yoğun işgücü
6. Kentsel olmayan ortamlardaki sağlık merkezleri, artan numune çıktısını karşılamak için yeterli PCR altyapısına sahip değil
7. Masraflı
8. RT-PCR kitlerinin ve reaktiflerinin mevcudiyeti artan talebi karşılayamaz

Mevcut durum, hızlı, uygun maliyetli ve kullanımı kolay algılama tekniklerinin geliştirilmesini gerektirmektedir. Geleneksel yöntemlerin sınırlamalarının üstesinden gelmek için gelişmiş bir multidisipliner yaklaşıma ihtiyaç vardır. Nanomateryal tabanlı teknolojik çözümler, virüse karşı savaşmak için çeşitli olası uygulamalar sunar [10][32].

3.1. Nanomalzemelerin özellikleri

Nanopartiküllerin benzersiz özellikleri, pandemi ile mücadelede ve gelecekteki salgınları hafifletmede kritik bir rol oynamaktadır. Nanopartiküller, aşağıdaki gibi ayırt edici özellikler gösterir:

• küçük boyut
• çözünürlük
• çok işlevlilik
• hedef yeteneği
• uyarıcıya duyarlı özellikler
• geniş yüzey alanı
• yüzey uyumluluğu

Bu nedenle analitik kimya, eczacılık, algılama/biyoalgılama, biyoteknoloji, nanotıp, ilaç dağıtımı, biyolojik saptama, gen transferi, optik, yara iyileşmesi, enerji temelli uygulamalar, tarım ve çevre uygulamaları gibi çeşitli alanlarda çeşitli uygulamalar için yaygın olarak kullanılmaktadırlar. Nanopartiküller, giyilebilir elektronikler de dâhil olmak üzere minyatürleştirilmiş bir makineye geçiş için önemli bir beklenti ile artan performans sağlayarak bu uygulamaları geliştirdi. Bu nedenle, erken tespit yoluyla viral yayılımı düzenleyerek yaşam kalitesini artırmak için muazzam bir potansiyel gösterirler. Nanoparçacıkların nanometre aralığında en az bir boyutu vardır (1 nm =10-9) Şekil 4 [1][15][15]][30][36].

Şekil 4: Bazı örneklerle nanoparçacıkların ölçeği

Nanopartiküllerin yüksek yüzey-hacim oranı, yüksek adsorpsiyon, kuantum boyutu etkileri ve yüksek reaktivitesi, numune analitleri ile verimli etkileşime izin verir. Ayrıca, virüs tespiti için en son teknolojilere dâhil edilmeleri için uygun hale getiren olağanüstü çoğullama yeteneklerine sahiptirler. Ayrıca, nanopartiküller yüzey işlevselleştirme kolaylığı sunar, bu da çoklu ligandların kovalent veya kovalent olmayan bağlanma yoluyla eklenebileceğini düşündürür, bu da seçiciliği ve özelliği daha da geliştirir ve algılama süresini azaltır. Ek olarak, nanomalzemeler, çok düşük büyüklükteki sinyallerin tespit edilmesine yardımcı olan sinyalleri iyileştirmek için etiketler olarak da kullanılabilir [32].

3.2. Nanomalzeme kategorileri

Virüs enfeksiyonu mekanizmalarının aydınlatılmasına katkıda bulunan virüs tespiti ve takibi için çeşitli nanomalzemeler oluşturulmuştur, örneğin [1]:

• Metalik nanoparçacıklar, örneğin altın nanoparçacıklar (Au NP’ler), gümüş nanoparçacıklar (Ag NP’ler)
• Metal oksit nanoparçacıklar, örneğin demir oksit manyetik nanoparçacık (Fe3O4 NP’ler)
• 0 boyutlu (0D, örneğin fullerenler (C60), karbon noktaları (C noktaları)), 1D (karbon nanotunes (CNT’ler), 2D (örn. grafen (G), grafen oksit (GO) ve 3D dahil olmak üzere karbon nanomalzemeler (örneğin, grafit).
• Kuantum noktaları (QD’ler): CdS QD’ler, CdTe QD’ler, karbon QD’ler
• Gözenekli malzemeler: metal-organik çerçeveler (MOF’ler), kovalent organik çerçeveler (COF’ler)
• Polimerler: doğal polimerler (örn., kitosan, selüloz) ve sentetik (örn., politiyofen, polipirol)
• Lipid nanoparçacıkları (LNP’ler): trigliseritler, yağ asitleri, steroidler ve mumlar

Şekil 5: Nanomateryal tabanlı COV algılama yöntemlerinin farklı örneklerini gösteren şematik diyagramlar. (a) Floresan Zr QD’ler ve manyetik nanopartiküller, spesifik olarak COV’ye bağlanan antikorlarla konjuge edilir. COV varlığında, manyetik olarak izole edilen ve flüoresans ölçümleriyle tespit edilen bir manyetik flüoresan kompleksi oluşur. (b) Nanotrap’lar, COV’yi konsantre etmek ve kararlılıklarını geliştirmek için kullanılır, dolayısıyla tespitlerini kolaylaştırır. (c) Ters transkripsiyon PCR, nanopartiküllerin varlığında gerçekleştirilir, bu da polimeraz zincir reaksiyonunun etkinliğini arttırır ve bu yöntemin daha iyi bir algılama hassasiyeti ile sonuçlanır. (d) Ag NP’ler arasında bir ayrılma ve iyi dağılmış Ag’nin lüminesansı ile ilişkili sarı bir renk ile sonuçlanan, Ag NP’nin yüzeyindeki COV’den kaynaklanan tamamlayıcı DNA ile acpnPNA probu arasındaki etkileşimlere dayanan COV saptama yöntemi NP’ler, COV varlığını daha da ortaya koyuyor.

Şekil 6: Farklı nanoparçacıklar

Nanomalzemeler, COVID-19 için çeşitli rollerde kullanılabilir. Rasmi vd., nanomalzemelerin fonksiyonlarını ve birincil rolünü aşağıdaki tabloda özetlemektedir (Şekil 7) [30].

Şekil 7: COVID-19 için nanomalzemeler üzerindeki rolün özeti

3.2.1. Altın NP’ler (Au NP’ler)

Altın nanoparçacıklar (AuNP’ler), artan yok olma katsayıları ve ayarlanabilir lokalize yüzey plazmon rezonansı (LSPR) gibi olağanüstü optik özellikleri nedeniyle SARS-CoV-2 algılama platformlarında giderek artan bir şekilde kullanılmaktadır ve basit bir ekipman veya çıplak gözle ayrı bir renk okumasına izin vermektedir. SARS-CoV-2 antikor tespiti için (IgG, IgM veya IgA), AuNP- ve floresan nanopartikül bazlı testler önerilmiştir [17].

Altın nanoparçacık (AuNP’ler), hızlı teşhis için en tipik olarak kullanılan nanomalzemelerden biridir. Altın nanoparçacık, hedef virüslerin çift sarmallı DNA’sını (dsDNA) saptamak için kullanıldı. Spesifik olarak, tek iplikli DNA (ssDNA) veya ssRNA, AuNP yüzeyinde sitrat iyonları ile etkileşime girebilir. Çözeltiye tuz eklenmesi parçacıkları stabilize edebilir ve rengi değiştirebilir. Ayrıca, ssRNA’dan geliştirilen SARS-CoV tabanlı dsDNA’yı saptamak için basit bir kolorimetrik hibridizasyon tahlili uygulandı. Bu tahlil, herhangi bir hantal cihaza ihtiyaç duymadan 10 dakikada 4.3 nM’de hedefi görebilir [18][30].

Renk değiştirme yaklaşımı

Başka bir analiz, COVID-19 virüsünü karmaşık araçlar olmadan görsel olarak tespit etmek için bir yöntem sundu. Kolurimetrik algılama, açıkça N genleri için amaçlanan tiyol ile modifiye edilmiş antisens oligonükleotitler (ASO’lar) kaplı AuNP’ler kullanılarak tasarlanmıştır. Tiyol ile modifiye edilmiş ASO-cap AuNP’leri, SARS-CoV-2 hedef RNA dizisinin varlığında seçici olarak toplandı ve yüzey plazmon rezonansında bir modifikasyon sağladı. Sonuç, 0.18 ng/μL saptama sınırı ile 10 dakikada gözlemlenebilir [23][30].

Şekil 8: Uygun Olarak Aracılık Edilen SARS-CoV-2 RNA’sının Seçici Çıplak Göz Tespiti için Şematik Gösterimi

COVID-19’un etkili tespiti, Au bağlayıcı polipeptitler kullanılarak Au yüzeyindeki proteinlerin hareketsiz hale getirilmesiyle geliştirilmiştir. Örnek olarak geliştirilmiş yeşil floresan proteini, SARS-CoV-E proteini ve Streptomyces avidinii’nin çekirdek streptavidin’i kullanılarak, Au-bağlayıcı polipeptit füzyon proteini AuNP üzerinde açıkça hareketsizleştirildi ve çıplak Au yüzeyindeki protein nano desenleri gösterildi. Bu kompleksler, antikor ile etkileşime girerek absorbans ve renk değişimine neden olur [25][30].

 Non-invaziv yaklaşım

COVID-19’un invaziv olmayan yaklaşımlar kullanılarak tespiti, AuNP tabanlı bir sensör kullanılarak verilen nefesten önerilmiştir. Sensör, organik ligandlara ve inorganik nanomateryal filme bağlı farklı AuNP’den oluşuyordu. İnorganik film elektriksel iletkenlikten sorumludur. Bu nedenle, solunan nefesten uçucu organik bileşiklere (VOC’ler) maruz kaldığında, organik film VOC’lerle reaksiyona girerek inorganik filmin şişmesine veya büzülmesine ve elektriksel iletkenlikte değişikliklere neden olur. Bu nedenle, bu non-invaziv sensör potansiyel olarak COVID-19’u hızla taramak için kullanılabilir [30][32].

Elektrokimyasal hibridizasyon yaklaşımı

AuNP’ye dayalı bir elektrokimyasal hibridizasyon yöntemi, biyotinlenmiş hedef DNA’yı hibridize etmek için AuNPs karbon elektrotu üzerinde hareketsiz hale getirilmiş bir tiollenmiş DNA probundan oluşan bir gen sensörü kullanılarak tanımlandı. AuNP dizisinden oluşan bir karbon elektrot aracılığıyla bir elektrokimyasal çip sunuldu. Koronavirüs proteini bir AuNP elektrotuna bağlandı ve hem koronavirüs proteini hem de serbest virüsler, antikorların varlığında bağlanma bölgeleri için rekabet ediyor. Sensör yanıtı ile 0,001 ila 100 ng mL-1 arasında değişen koronavirüs konsantrasyonları arasında mükemmel bir doğrusal reaksiyon vardır. Test, 1,0 pg mL-1 kadar düşük saptama sınırına ulaştı. Yöntem tek adımlı, hassas ve kesindir (Şekil 9) [17][30].

Şekil 9: COV immünosensör dizi çipi (a), immünosensör fabrikasyon adımları (b), virüs için rekabetçi immünosensör tespit süreci (c).

İmmünokromatografi yaklaşımı

İndirekt immünokromatografi yaklaşımıyla COVID-19’a karşı IgM’nin hızlı tespiti için bir lateral akış testi tasarlanmıştır. SARS-CoV-2 nükleoproteini (SARS-CoV-2 NP), hedef yakalama için analitik bir zar üzerine kaplandı ve anti-insan IgM, bir tespit raportörü olarak AuNP’ye konjuge edildi. AuNP-LF analizi, diğer virüslerin müdahalesi olmadan IgM tespitinde dikkate değer bir seçicilik sergiledi. Her test için yalnızca 10–20 μL serum gerekir ve sonuç 15 dakika içinde alınabilir [12][30].

3.2.2. Kuantum Noktaları (QD’ler)

Kuantum noktaları (QD’ler), COVID-19 virüsüne karşı savaşabilen çok yönlü mekanizmalardır. “Yarı iletken nanomalzemeler” olarak da bilinen kuantum noktaları (QD’ler), COVID-19 tespitinde hayati bir rol oynamaktadır. QD’ler moleküler görüntüleme için yeni bir floresan prob olarak kabul edilmiştir. QD’lerin boyutu 1 ila 10 nm arasında değişir. Büyük optik ve yarı iletken özellikleri, örneklenmiş fotostabilite, yüksek kuantum verimi ve ayarlanabilir boyutta dar emisyon spektrumu dahil olmak üzere QD’lerin istisnai özellikleri, onları bir floresan etiket olarak çalışmak için önemli bir aday haline getirmiştir. Bu olağanüstü özellikleri nedeniyle, QD’ler viral enfeksiyonlara karşı savaşmak için harika bir ajan olarak kabul edilebilir. Ayrıca, olası biyouyumlu taşıyıcıları dahil etmek, disiplinler arası çalışmaya yardımcı olabilir ve virüsle savaşmak için klinik yaklaşımlara izin verebilir. Üstün özellikleri nedeniyle, QD’ler artık algılama için baskın görüntüleme problarıdır (kemosensörler ve biyosensörler).

QD’ler, belirli bir ışık dalga boyu altında izlenebilirlikleri nedeniyle kullanılır. Ek olarak, QD’ler, 60 ila 140 nm arasında bir boyut aralığı ile SARS-CoV-2’yi verimli bir şekilde hedefleyen/nüfuz eden istenen boyuta (1-10 nm) ve şekle ayarlanabilir. Ayrıca, karbon bazlı QD’lerin pozitif yüzey yükü, SARS-CoV-2’nin S proteinini ayırmak/devre dışı bırakmak için kullanılabilir. Ek olarak, QD’ler tarafından sergilenen katyonik yüzey yükleri, virüsün negatif RNA zinciri ile etkileşime girerek, SARS-CoV-2 içinde reaktif oksijen türlerinin üretimine yönelir [21].

SARS-CoV N proteininin hassas ve hızlı tespiti için geliştirilmiş bir çip üzerinde 0,1 pg mL-1 tespit limiti ile QD-konjuge RNA aptamer bazlı bir çip tanıtıldı. QD-konjuge RNA aptameri, çip üzerinde immobilize edilmiş SARS-CoV N proteinine bağlanarak bir optik sinyal oluşturabilir. Floresan bazlı QD’lerin kullanımı, araştırmacıların COVID-19 için kolay, hassas ve hızlı bir teşhis aracı tasarlamasına yardımcı olabilir [30][31].

Şekil 10: AuNP=LF Strip’in Çalışma Prensibinin Açıklaması

QDs are employed due to their traceability under a specific wavelength of light. In addition, QDs can be tunable into the desired size (1–10 nm) and shape that efficiently targets/penetrates SARS-CoV-2 with a size span between 60 and 140 nm. Furthermore, the positive surface charge of carbon-based QDs could be utilised to sequester/disable the S protein of SARS-CoV-2. In addition, cationic surface charges exhibited by QDs interact with the negative RNA strand of the virus, directing to the production of reactive oxygen species within SARS-CoV-2 [21].

A QD-conjugated RNA aptamer-based chip was introduced for sensitive and rapid detection of SARS-CoV N protein with a detection limit of 0.1 pg mL−1 on a developed chip. The QD- conjugated RNA aptamer can bind to the SARS-CoV N protein immobilized on the chip, creating an optical signal. The use of fluorescent-based QDs may help researchers in designing an easy, sensitive and rapid diagnostic tool for COVID-19 [30, 31].

Şekil 11: QD’lerin SARS-CoV-2 üzerinde uyguladığı eylemlerin şematik gösterimi. QD, kuantum nokta; S proteini, spike proteini; SARS-CoV-2, şiddetli akut solunum sendromu koronavirüs tip 2

Karbon kuantum noktaları

Karbon kuantum noktaları mikropları, biyomolekülleri ve enfeksiyonları algılamak için (CQD’ler) kullanılabilir. Ek olarak, antiviral aktiviteye sahip baskın görüntüleme probları (kemosensörler ve biyosensörler) olarak patojenik insan koronavirüs enfeksiyonları için biyouyumlu inaktivasyon sistemleri olarak kullanılabilirler. CQD’ler, karbon öncüllerinin hidrotermal karbonizasyonu yoluyla üretilmiş, suda yüksek çözünürlüğe sahip ve yaklaşık 10 nm’dir, Koronavirüsleri tespit etmeye yönelik bazı yenilikçi yaklaşımlar, CQD’lerin uygulanmasına odaklanmıştır. Bir yöntemde, insan koronavirüs bulaşmalarını iyileştirmek için yedi tip CQD’nin antiviral aktiviteleri kullanıldı. Hidrotermal karbonizasyon ve boronik asidin konjugasyonu ile farklı CQD türleri kullanıldı. Virüs inhibisyonunun, muhtemelen virüsün giriş reseptörleri ile CQD’ler çalışma grupları arasındaki değişimden kaynaklandığı açıklandı [10].

Zirkonyum kuantum noktaları (Zr QD’ler)

Zirkonyum, mekanik stabilite, termal esneklik ve UV ışığı yakalama gibi özelliklerinden dolayı toksik olmayan bir geçiş olarak birçok biyomedikal alanda kullanılmıştır. Ayrıca, Zr’nin nano boyutu, yüksek yüzey alanı ve yığın rejimine kıyasla elektronik durumların tutsaklığı nedeniyle benzersiz fiziksel ve kimyasal yönlere sahiptir [10].

Genel olarak, QD’lerin koronavirüse karşı kullanılması, olağanüstü iyileştirici etkinliği nedeniyle en uygun seçeneklerden biridir. Ayrıca, QD’ler tanı ve prognostikte sağlam bir görüntüleme probu ve sensör olarak kullanılabilir. Ek olarak, ilaçlar COVID-19’u hedeflemek için QD’lerin yüzeyine kaplanabilir. Bununla birlikte, renal filtrasyondan ve ek yan sonuçlardan kaçınmak için dikkatli olunmalıdır.

3.2.3. Karbon Bazlı Nanomalzemeler

Karbon malzemeler, bir uygulama kombinasyonu için kullanılabilecek bol ve ağırlıksız kumaşlar oldukları için günlük hayatımızın her alanında işlevseldir. Karbon bazlı nanomalzemeler, boyutlarına göre (D), karbon noktaları gibi sıfır-D (0D), CNT’lerde olduğu gibi bir-D (1D) ve grafen nanoyapılarda iki-D (2D) olarak kategorize edilebilir. Bu nanomalzemeler, aşırı çevresel durumlarda bile daha kapsamlı çalışma sıcaklığı, algılanabilirlik ve daha geniş dinamik dönüştürücü sinyal aralığı sağlar [24].

Karbon bazlı nanomalzemeler, COVID-19 tespiti için bir platform geliştirmede yaygın olarak kullanılmaktadır. Olağanüstü fizikokimyasal ve antiviral özellikleri, nanomalzemelerin COVID-19’a karşı hayati bir rol oynadığını göstermektedir. Başta algılama, antiviral ve antimikrobiyal özellikler olmak üzere mükemmel özelliklere sahip grafen ve grafen oksit, karbon kuantum noktası, karbon nanotüp ve fulleren dahil olmak üzere bu nanomalzemeler COVID-19’a karşı teşhis, antiviral kaplama, havadaki virüs filtrasyonu, yüz maskesi ve ilaç dağıtımı için biyosensörde potansiyel uygulamalarla üstün seçeneklerdir [10][24][30].

 Grafen ve grafen oksit

Nanomalzeme grafen ve grafen oksit iki boyutlu, antimikrobiyal ve antiviral özellikleri olan, çok fazla farkındalık ve inceleme alanına sahiptir. İlk olarak, klinik nazofaringeal numunelerde COVID-19 viral yükünü analiz etmek için içilebilir sensörler olarak grafen bazlı alan etkili transistörler (FET), spike proteinine karşı benzersiz antikorlar kullanılarak geliştirilmiştir. Üretilen FET sensörleri, fosfat tamponlu salin ve 100 fg mL−1 tıbbi transfer sistemindeki SARS-CoV-2 spike proteinini, kültürlü numune ve tıbbi test için sırasıyla 1fgmL−1 konsantrasyonu ve tespit ~1.6×101 pfu mL-1 ve ~2.42×102 pfu mL-1 sınırında yakalayabilir. Bu sensör, herhangi bir numune ön işleme tabi tutulmadan yeni koronavirüs hastalığı 2019’un taranması ve teşhisine oldukça duyarlıdır. Grafenin varlığı, gelişmiş bir sinyal-gürültü oranına yol açar [10].

Şekil 12: Nanobiyosensör geliştirme için karbon nanomalzemelerin belirli allotroplarının şematik gösterim

Karbon nanotüpler

Karbon nanotüpler (CNT’ler), aşağıdaki özellikleri ve bilimsel gelişim için yeni ufuklar açması nedeniyle biyoloji ve biyomedikal bilimler için yaygın olarak uygulanmıştır [10]:

• 10− 100 nm boyutları,
• antiviral ve antimikrobiyal aktivite
• iyi ışık-ısı dönüşüm verimliliği
• geniş yüzey hacim oranı
• hafif yoğunluk
• küçük gözenek boyutu
• esneklik
• asitlere ve bazlara karşı direnç
• büyük mekanik güç
• reaktif oksijen türleri oluşturma yeteneği
• solunum damlacıklarına karşı direnç
• çeşitli ilaçlarla biyolojik uyumluluk

Karbon noktaları 2004’te bulundu ve genellikle fotolüminesans, biyo-uyumluluk ve yüksek esnekliğe sahipler ve bunları biyoalgılama ve biyo-görüntüleme dahil olmak üzere çeşitli uygulamalara yatkın hale getiriyorlar. Karbon nanotüpler (CNT’ler), grafen ve karbon noktaları (CD’ler) sıfır-(0D), bir-(1D) ve iki-(2D) boyutlu karbon nanomalzemeler olarak sınıflandırılabilir [10] [30].

Şekil 13: SARS-CoV-2 enfeksiyonunun önlenmesi, teşhisi ve tedavisinde CNT’lerin gelecekteki beklentileri

Yüksek depolama alanı, yüksek yüzey alanı, yüksek biyouyumluluk, biyolojik bariyerlerin mükemmel geçirgenliği, makul biyo absorpsiyon oranı, çok enerjili yüzey/tüp kimyasal fonksiyonel grup kapasitesi ve hedeflenen biyomolekül modifikasyon potansiyeli, COVID-19 ile karşılaşan yeni öneriler sunan CNT’lerin mükemmel özellikleridir. Benzer şekilde, CNT’ler teşhis sistemleri, filtreleme ve virüs inaktivasyon ajanı olarak kullanılır [10].

Ham örneklerden virüsleri zenginleştirmek ve konsantre etmek için CNT boyutu ayarlanabilir bir zenginleştirme mikro cihazı (CNT-STEM) tasarlanmıştır. CNT’ler, SARS-CoV-1 ve SARS-CoV-2 dahil olmak üzere solunum yolu virüslerini teşhis etmek için kullanılabilir. Mikro cihazdaki kanal yan duvarı, nitrojen katkılı çok duvarlı CNT’ler tarafından üretildi, burada CNT’ler arasındaki intratübüler boşluk, farklı virüslerin boyutuna karşılık gelecek şekilde optimize edildi. Bu cihaz kullanılarak kuş gribi virüsü suşu belirlendi. CNT-STEM, virüs izolasyon oranlarını ve algılama algısını önemli ölçüde iyileştirir. Bu tekniğin kolaylığı ve güvenilirliği nedeniyle, SARS-CoV-2 RNA veya proteinlerini tespit etmek için ayarlanabilir [30][44].

Şekil 14: Alan örneklerinden virüs zenginleştirme ve uyumunun çalışma prensibi. (A) Virüsler (mor küreler) içeren dosyalanmış bir numune, bir pamukla veya bir doku numunesi olarak toplanır. (B) Alan örneğinin süpernatantı CNT-STEM içinden akar ve virüsler cihaz içinde zenginleştirilir. Ek (sağ): Hizalanmış N-MWCNT’ler tarafından boyuta dayalı virüs zenginleştirmesinin resmi. Ek (sağ alt): Hizalanmış N-MWCNT’lerin içinde hapsolmuş H5N2 AIV viryonlarının SEM görüntüsü (ölçek çubuğu, 100 nm). Ek (sol alt): Hizalanmış N-MWCNTs yapıları CNT-STEM’den alındıktan sonra zenginleştirilmiş H5N2 AIV’nin karanlık alan TEM görüntüsü (ölçek çubuğu, 100 nm).

Nano elmaslar

Nanodiamonds, yüksek stabilitesi ve düşük sitotoksisitesi nedeniyle COVID-19 teşhisi için büyük ilgi görmüştür. Bu nedenle, floresan nano elmaslar, COVID-19 yanal akış immünoassay için ultrasensitif bir etiket olarak kullanıldı. Bu nano elmaslar test hattında hareketsizleştirildi ve floresan sinyallerini arka plan sinyalinden seçici olarak ayırmak için bir mikrodalga alanı kullanıldı, bu da algılama hassasiyetini önemli ölçüde arttırdı. Bu tahlil, geleneksel altın-nanoparçacık bazlı yanal akış tahlilinden 105 kat daha hassastı. Karbon bazlı nanomalzemeler, COVID-19 için antiviral bir terapötik ajan olarak kullanılabilir [30].

3.2.4. Manyetik NP’ler (MNP’ler)

Tespitten önce, manyetik NP’ler (MNP’ler) tipik olarak SARS-CoV-2’yi, konak antikor yanıtını ve nükleik asit ayrılmasını tespit etmek için kullanılır. Silika kaplı demir oksit NP’lerin, çatlak virüsü açtığı için SARSCoV-2 RNA ile önemli bir ilişkisi olduğu gösterilmiştir. Mıknatıs, RNA kaplı NP’leri numune çözeltisinden izole etmek için kullanıldı. Bu yöntem ekonomik ve basittir, hasta örneklerinden RNA’nın verimli bir şekilde çıkarılmasını sağlar [15] [30].

Hassas tespit, nükleik asitlerin numunelerden verimli bir şekilde çıkarılmasını ve ayrılmasını talep ederek hedef saflaştırmaya izin verir. Bir çalışmada SARS-CoV hedef dizisine tamamlayıcı bir prob ile konjuge edilmiş süperparamanyetik nanopartiküller (80 nm) kullanıldı. Bir mıknatıs kullanarak, işlevselleştirilmiş süperparamanyetik nanoparçacıklar, örneklerden hedef cDNA’yı çıkarabilir. Ekstrakte edilen DNA miktarı, tamamlayıcı bir dizi ile konjuge edilmiş silika kaplı floresan nanopartiküller kullanılarak test edilen PCR yoluyla artırıldı. Silika kaplı floresan NP’ler, doğrudan hedef cDNA’nın konsantrasyonuyla ilişkili floresan sinyalleri üretir [30].

Yüzey işlevselleştirilmiş MNP’ler, lizis solüsyonundan nükleik asidi adsorbe eder ve harici bir manyetik alan yardımıyla kontaminasyonların çoğundan hızla ayrılır. Bu kısa prosedürün ardından, nükleik asit, eluentteki desorpsiyon işlemi ile MNP’lerin işlevselleştirilmiş yüzeyinden ek olarak ayrılabilir. Bununla birlikte, bu süreç geleneksel prosedürlerden çok daha kolay ve kısa olmasına rağmen, MNP’nin yardımlı ekstraksiyon süreci hala pratik tespit için yetersiz olan birkaç aşamadan oluşmaktadır. Çinko ferrit nanoparçacıkları deşarj yoluyla sentezlendi ve nanoparçacık yüzeyleri silika ve karboksil ile modifiye edilmiş polivinil alkol ile işlevselleştirildi. Bu platform, viral RNA’yı çeşitli numune türlerinden otomatik olarak çıkarma yeteneğini gösterir. COVID-19 moleküler düzeyde teşhis için önemli bir olasılık sunan fonksiyonel adımları azaltır [30][34].

COVID-19’un olası ekstraksiyonu ve RT-PCR tabanlı teşhisi için daha basit ve çağdaş bir MNP destekli RNA ekstraksiyon protokolü önerilmektedir. Çinko ferritin (ZNF) MNP’leri düşük maliyetli sol-jel otomatik yanma yolu ile üretildi ve bundan sonra yüzeyi karboksil içeren polimerler (CPoly) ile işlevselleştirildi. Manyetik malzemeler arasından çinko ferrit, yüksek kimyasal direnci, pürüzsüz manyetik davranışı, karmaşık olmayan hazırlaması ve biyouyumlu karakteri nedeniyle seçilmiştir. Nükleik asitler ve karboksil grupları arasındaki sağlam arayüz nedeniyle, yüzey işlevselleştirilmiş MNP’ler hızlı ve olası viral RNA adsorpsiyonunu destekler. Bu uygun maliyetli ve basit teknik, geleneksel yöntemler için nitelikli bir alternatif sağlayabilir [34].

Şekil 15: Yüzey işlevselleştirilmiş MNP yardımlı RNA çıkarma protokolü için şematik prosedür

Ek olarak, polikarboksil-fonksiyonelleştirilmiş amino grubu ile modifiye edilmiş MNP’ler (PC-kaplı NH2-MNP) kullanılarak viral RNA’yı özellikle bağlayan tek adımlı bir nükleik asit ekstraksiyon prosedürü vardır. Nükleik asitler bir manyetik alan kullanılarak toplandı ve daha sonra yıkama tamponu eklenerek MNP’lerden salındılar. COVID-19-psödovirüsleri yakalayarak, polikarboksil işlevli MNP’ler, hedeflerin hızlı yakalanması (30 s manyetik yakalama) yoluyla mükemmel absorpsiyon ve paramanyetik özellikler sergiledi [30][46].

Şekil 16: pcMNP tabanlı viral RNA ekstraksiyon yönteminin şematik bir gösterimi

3.2.5. Nanozimler

Nanozimler, doğal enzimlerle benzer etkinliğe sahip nanomalzemelerden oluşan doğal olmayan enzimlerdir. Ek olarak, nanozimler, hastalık teşhisi ve tedavisi için yaygın olarak kullanılan üstün katalitik aktivitelere, hızlı yanıta ve kendi kendine toplanma yeteneğine sahiptir. SARS-CoV-2 spike antijeninin hızlı ve akut tespiti için yeni bir nanozim bazlı kemilüminesans kâğıt tahlili, oluşturulan yanal akış şeridi ile nanozim ve enzimatik kemilüminesans immünolojik tahlilini birleştirir.

Şekil 17: (A) SARS-CoV-2 S-RBD antijeni için nanozim kemilüminesans kâğıt testinin şematik gösterimi. Nanozim probları ile tanıma, ayırma ve katalitik amplifikasyon.

Geleneksel kemilüminesans immünodiyagnozu, kıt depolama esnekliği, karmaşık hazırlama yöntemleri ve yüksek maliyet gibi kısıtlamaları ortaya çıkaran HRP veya alkalin fosfataz gibi doğal proteazları kullanır. Önerilen biyosensör, 0,1 ng/mL’lik algılama sınırına ulaşan kemilüminesan sinyali büyük ölçüde artırabilen doğal yaban turpu peroksidaz (HRP) yerine peroksidaz-mimik Co-Fe@hemin nanozim kullandı. Co-Fe@hemin nanozimin, oda sıcaklığında stabil bir şekilde tutulabilen HRP’ye kıyasla sıcaklık ve sertlik veya alkalinite için daha iyi stabiliteye sahip olduğu gösterildi. Bu test, şu anda kullanılan nükleik asit testleri için gereken olağan 1-2 saate kıyasla çok daha hızlı bir şekilde 16 dakika içinde gerçekleştirilebilir. Ayrıca, tipik bir akıllı telefonun kamerası kullanılarak sinyal tespiti de mümkündür. Nanozim sentezi bileşenleri kolay ve kolayca elde edilebilir, bu da genel gideri önemli ölçüde azaltır[20][30].

3.2.6. Metal-Organik Çerçeve

Gözenekli nanomalzemeler, farklı patojenlerin tespiti için kullanılabilir. Analit, patojen, gözenekli nanomalzemeler tarafından absorbe edilmesini gerektirmez; bununla birlikte, patojenin, farklı NP’lerin değiştirdiği MOF yüzeyi ile etkileşime girmesi gerekir. Bu etkileşimle, patojeni tespit etmek için ek Kapalı-Açık veya Açık-Kapalı optik mekanizmalar optimize edilebilir ve bu durumda, söndürücüler veya aktivatörler olarak çeşitli optik aktif bileşenler kullanılabilir. SARS-CoV-2 konusunda, SARS-CoV-2’nin konsantrasyonları arasındaki önemli farklılıklar nedeniyle, maske yüzeyinde ve hatta giysilerde aynı genetik materyali ve genetik diziyi tespit etmeye gerek yoktur. Bunun yerine, daha önce optimize edilmiş bir parmak izi floresan deseni kullanılarak, SARS-CoV-2’nin gaz ve katı fazların temas yüzeyindeki aynı dikkat aralığı, optik değişikliklerle ölçülebilir. Ayrıca, MOF tabanlı biyosensörler HIV-1, H1N1, ZIKA ve diğer patojen tespitleri için önemli bir hassasiyet ve LOD ile başarılı bir şekilde çalışıyorsa, SARS-CoV-2 tespiti için morfoloji ve optik tabanlı biyosensör de çalışmalıdır. [26].

4. Nanomalzemelerin Zorlukları ve Sınırlamaları

Nanomalzemeler biyomedikal uygulamalar için önemli ölçüde değerli olabilir. Ancak, toksisite gibi bazı kısıtlamaları vardır. Önemli zorluklardan biri, nanomalzemelerin güvenli kullanımını sağlamaktır. Diğer bir zorluk ise, nanomalzemelerin vücuttaki davranışlarının, protein korona oluşumu nedeniyle kan dolaşımına ulaştıklarında değişebilmesidir. Bu nedenle, özellikle uzun süreli maruz kalma için vücuttaki nanoparçacıkların toksikokinetik davranışını yeterince anlamak için doğru in vivo modeller gereklidir.

Diğer bir sorun, nanomalzemelerin fizikokimyasal ve biyolojik tanımı için standartlaştırılmış protokollerin olmaması ve bir nanomalzemenin evrensel olarak üzerinde anlaşmaya varılmış bir tanımının olmamasıdır. Büyük ölçekli üretim kapasitesi, nano bazlı formülasyonların daha geniş ticarileştirilmesi için aşılması gereken bir başka engeldir. Nanomalzemeler ve biyolojik sistemler arasındaki çok yönlü değişimler nedeniyle, bu malzemelerin fizyolojik koşullar altında davranışını öngörmek çok zordur. Nanopartiküller vücuda girdikten sonra, iyonlar, küçük moleküller, proteinler ve hücreler içeren karmaşık bir matris olan kan dolaşımına ulaşır [37].

---

Test LO 3.1

---

Kaynaklar:

1. Abdelhamid H., and Badr G., (2021). Nanobiotechnology as a platform for the diagnosis of COVID‐19: a review. Nanotechnology for Environmental Engineering 6:19 https://doi.org/10.1007/s41204-021-00109-0
2. Abraham AM., Kannangai R., and Sridharan G., (2008). Nanotechnology: A new frontier in virus detection in clinical practice. Indian Journal of Medical Microbiology, 26(4): 297-301
3. Alhalaili B., Popescu I.N., Kamoun O., Alzubi F., Alawadhia S., Vidu R. (2020) Nanobiosensors for the detection of novel coronavirus 2019-nCoV and other pandemic/Epidemic Respiratory viruses: A review. Sensors 2020, 20, 6591. [CrossRef]
4. Alimardani V., Abolmaali S., Tamaddon A., (2021). Recent Advances on Nanotechnology-Based Strategies for Prevention, Diagnosis, and Treatment of Coronavirus Infections. Journal of Nanomaterials Volume 2021, Article ID 9495126, 20 pages https://doi.org/10.1155/2021/9495126
5. Alphandery E., (2020). The Potential of Various Nanotechnologies for Coronavirus Diagnosis/Treatment Highlighted through a Literature Analysis. Bioconjugate Chem. 2020, 31, 1873−1882. https://dx.doi.org/10.1021/acs.bioconjchem.0c00287
6. Bendavid E., Mulaney B., Sood N., Shah S., Ling E., Bromley-Dulfano R. (2020). COVID-19 Antibody Seroprevalence in Santa Clara County, California. MedRxiv
7. Carter L. J., Garner L. V., Smoot J. W., Li Y., Zhou Q., Saveson C. J., et al. (2020). Assay techniques and test development for COVID-19 diagnosis. ACS Cent. Sci. 6, 591–605. doi: 10.1021/acscentsci.0c00501
8. Di Paolo M., Iacovelli A., Olmati F., Menichini I., Oliva A., Carnevalini M., et al. (2020). False-negative RT-PCR in SARS-CoV-2 disease: experience from an Italian COVID-19 unit. ERJ Open Res. 6, 324–2020. doi: 10.1183/23120541.00324-2020
9. Eftekhari A., Alipour M., Chodari L., Maleki Dizaj S., Ardalan M., Samiei M., Sharifi S., Zununi Vahed S., Huseynova I., Khalilov R. et al. (2021). A Comprehensive Review of Detection Methods for SARS-CoV-2. Microorganisms, 9, 232. https://doi.org/10.3390/ microorganisms9020232
10. Ghaemi F., Amiri A., Bajuri M., Yuhana N., Ferrara M., (2021), Role of different types of nanomaterials against diagnosis, prevention and therapy of COVID-19. Sustainable Cities and Society 72 (2021) 103046
11. Gupta R., Sagar P., Priyadarshi N., Kaul S., Sandhir R., Rishi V. and Singhal N.K. (2020). Nanotechnology-Based Approaches for the Detection of SARS-CoV-2. Front. Nanotechnol. 2:589832. doi: 10.3389/fnano.2020.589832
12. Huang C., Wen T., Shi F.J., Zeng X.Y., Jiao Y.J., (2020). Rapid Detection of IgM Antibodies against the SARS-CoV-2 Virus via Colloidal Gold Nanoparticle-Based Lateral-Flow Assay. ACS Omega 2020, 5, 12550–12556.
13. Jiang M., Pan W., Arasthfer A., Fang W., Ling L., Fang, H., et al. (2020). Development and validation of a rapid, single-step reverse transcriptase loop- mediated isothermal amplification (RT-LAMP) system potentially to be used for reliable and high-throughput screening of COVID-19. Front. Cell. Infect. Microbiol. 10:331. doi: 10.3389/fcimb.2020.00331
14. Jindal S., and Gopinath P., (2020) Nano Ex. 1 022003
15. Kang J., Tahir A., Wang H., Chang J. (2021). Applications of nanotechnology in virus detection, tracking, and infection mechanisms. WIREs Nanomed Nanobiotechnol. 2021;13:e1700. https://doi.org/10.1002/ wnan.1700
16. Kelly J. C., Dombrowksi M., O’Neil-Callahan M., Kernberg A. S., Frolova A. I., and Stout M. J. (2020). False-negative testing for severe acute respiratory syndrome coronavirus 2: consideration in obstetrical care. Am. J. Obstet. Gynecol. 2(Suppl. 3):100130. doi: 10.1016/j.ajogmf.2020.100130
17. Layqah L.A., Eissa S. (2019). An Electrochemical Immunosensor for the Corona Virus Associated with the Middle East Respiratory Syndrome Using an Array of Gold Nanoparticle-Modified Carbon Electrodes. Microchimica Acta 2019, 186, 224.
18. Lew T., Aung K., Ow S., Amrun S., Sutarlie L., Ng L., and Su X., (2021). Epitope-Functionalized Gold Nanoparticles for Rapid and Selective Detection of SARS-CoV‐2 IgG Antibodies. ACS NANO, https://doi.org/10.1021/acsnano.1c04091
19. Li H., and Rothberg L., (2004). Colorimetric detection of DNA sequences based on electrostatic interactions with unmodified gold nanoparticles. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2004, 101, 14036–14039
20. Liu D., Ju C., Han C., Shi R., Chen X., Duan D., Yan J., Yan, X. (2021). Nanozyme Chemiluminescence Paper Test for Rapid and Sensitive Detection of SARS-CoV-2 Antigen. Biosens. Bioelectron. 2021, 173, 112817
21. Manivannan S., Ponnuchamy K. (2020). Quantum Dots as a Promising Agent to Combat COVID-19. Appl. Organomet. Chem. 2020, 34, e5887
22. Mizumoto K., Kagaya K., Zarebski A., Chowell G.J.E. (2020). Estimating the asymptomatic proportion of coronavirus disease 2019 (COVID-19) cases on board the Diamond Princess cruise ship, Yokohama, Japan, 2020. Eurosurveillance , 25, 2000180
23. Moitra P., Alafeef M., Dighe K., Frieman M.B., Pan D. (2020). Selective Naked-Eye Detection of SARS-CoV-2 Mediated by N Gene Targeted Antisense Oligonucleotide Capped Plasmonic Nanoparticles. ACS Nano, 14, 7617–7627.
24. Ozmen E., Kartal E., Turan M., Yazicioglu A., Hiazi J., and Qureshi A., (2021). Graphene and carbon nanotubes interfaced electrochemical nanobiosensors for the detection of SARS-CoV-2 (COVID-19) and other respiratory viral infections: A review. Materials Science & Engineering C 129 (2021) 112356
25. Park T.J., Lee S.Y., Lee S.J., Park J.P., Yang K.S., Lee K.-B., Ko S., Park J.B., Kim T., Kim S.K., (2006). Protein Nanopatterns and Biosensors Using Gold Binding Polypeptide as a Fusion Partner. Anal. Chem. 2006, 78, 7197–7205
26. Pascarella G., Strumia A., Piliego C., Bruno F., Del Buono R., Costa F., et al. (2020). COVID-19 diagnosis and management: a comprehensive review. J. Intern. Med. 288, 192–206. doi: 10.1111/joim.13091
27. Pishva P., and Yuce M., (2021). Nanomaterials to tackle the COVID-19 pandemic. Emergent Materials https://doi.org/10.1007/s42247-021-00184-8
28. Rabiee N., Bagherzadeh M., Ghasemi A., Zare H., Ahmadi S., Fatahi Y., Dinarvand R., Rabiee M., Ramakrishna S., Shokouhimehr M., Varma R.S. (2020). Point-of-Use Rapid Detection of SARS-CoV-2: Nanotechnology-Enabled Solutions for the COVID-19 Pandemic. Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 5126. https://doi.org/10.3390/ijms21145126
29. Rai M., Bonde S., Yadav A., Bhowmik A., Rathod S., Ingle P., Gade A. (2021). Nanotechnology as a Shield against COVID-19: Current Advancement and Limitations. Viruses 2021,13,1224. https:// doi.org/10.3390/v13071224
30. Rasmi Y., Saloua K.S., Nemati M., Choi J.R. (2021). Recent Progress in Nanotechnology for COVID-19 Prevention, Diagnostics and Treatment. Nanomaterials 2021, 11, 1788. https://doi.org/10.3390/ nano11071788
31. Roh C., Jo S.K., (2011). Quantitative and Sensitive Detection of SARS Coronavirus Nucleocapsid Protein Using Quantum Dots- Conjugated RNA Aptamer on Chip. J. Chem. Technol. Biotechnol. 2011, 86, 1475–1479.
32. Shan B., Broza Y.Y., Li W., Wang, Y., Wu S., Liu Z., Wang J., Gui S., Wang L., Zhang Z., et al. (2020). Multiplexed Nanomaterial-Based Sensor Array for Detection of COVID-19 in Exhaled Breath. ACS Nano 2020, 14, 12125–12132.
33. Singh P., Singh D., Sa P., Mohapatra P., Khuntia A., and Sahoo S. (2021). Insights from nanotechnology in COVID-19: prevention, detection, therapy and immunomodulation. Nanomedicine (Lond.) (2021) 16(14), 1219–1235
34. Somvanshi S., Kharat P., Saraf T., Somwanshi S., Shejul S., and Jadhav K. (2021). Multifunctional nano-magnetic particles assisted viral RNA-extraction protocol for potential detection of COVID-19, Materials Research Innovations, 25:3, 169-174, DOI: 10.1080/14328917.2020.1769350
35. Talebian S., Wallace g., Schroeder A., Stellacci F., and Conde J. (2020). Nature Nanotechnology, Vol 15, August 2020, 618-624, www.nature.com/naturenanotechnology
36. Tavakol S., Zahmatkeshan M., Mohammadinejad R., Mehrzadi S., Joghataei M., Alavijeh M., Seifalian A. (2021). The role of nanotechnology in current COVID-19 outbreak. Heliyon 7 (2021) e06841
37. Tharayil A., Rajakumari R., Chirayil C., Thomas S. and Kalarikkal N., (2021) A short review on nanotechnology interventions against COVID-19. Emergent Materials (2021). 4:131–141  https://doi.org/10.1007/s42247-021-00163-z
38. To K.K.-W., Tsang O.T.-Y., Yip C.C.-Y., Chan K.-H., Wu T.-C., Chan J.M.-C., Leung W.-S., Chik T.S.-H., Choi C.Y.-C., Kandamby D.H. et al. (2020). Consistent Detection of 2019 Novel Coronavirus in Saliva. Clin. Infect. Dis
39. Toledo G., Toledo V., Lanfredi A., Escote M., Champi A., Da silva M., Nantes-Cardoso I., (2020), Promising Nanostructured Materials against Enveloped Virus. An Acad Bras Cienc (2020) 92(4): e20200718 DOI 10.1590/0001-3765202020200718
40. Udugama B., Kadhiresan P., Kozlowski H. N., Malekjahani A., Osborne M., Li V. Y. C., et al. (2020). Diagnosing COVID-19: the disease and tools for detection. ACS Nano 14, 3822–3835. doi: 10.1021/acsnano.0c02624
41. Varghese R., Salvi S., Sood P., Karsiya J., Kumar D. (2021). Carbon nanotubes in COVID-19: A critical review and prospects. Colloid and Interface Science Communications 46 (2022) 100544
42. Waller J. V., Kaur P., Tucker A., Lin, K. K., Diaz M. J., Henry T. S., et al. (2020). Diagnostic tools for coronavirus disease (COVID-19): comparing CT and RT-PCR viral nucleic acid testing. Am. J. Roentgenol. 215, 834–838. doi: 10.2214/AJR.20.23418
43. Wong M.L., Medrano J.F. (2005). Real-time PCR for mRNA quantitation. Biotechniques 39, 75–85.
44. Yeh Y.-T., Tang Y., Sebastian A., Dasgupta A., Perea-Lopez N., Albert I., Lu H., Terrones M., Zheng, S.-Y., (2016). Tunable and Label-Free Virus Enrichment for Ultrasensitive Virus Detection Using Carbon Nanotube Arrays. Sci. Adv. 2016, 2, e1601026.
45. Zhang F., Abudayyeh O. O., Gootenberg J. S., Sciences C., and Mathers L. (2020). A Protocol for Detection of COVID-19 Using CRISPR Diagnostics.
46. Zhao Z., Cui H., Song W., Ru X., Zhou W., Yu X. (2020). A Simple Magnetic Nanoparticles-Based Viral RNA Extraction Method for Efficient Detection of SARS-CoV-2. bioRxiv 2020.

Özet

Nanoteknolojideki ilerlemeler COVID-19 tanısında büyük önem taşımaktadır. Enfeksiyonun yayılmasını kontrol etmek için koruma ve teşhis gereklidir. Nanoteknoloji, hızlı teşhis, erken evre enfeksiyon tespiti ve COVID-19’un tanımlanması için yeni teknikler sunar. Nanoteknoloji ürünleri, daha küçük boyutları ve daha geniş yüzey alanları nedeniyle hastalığı yüksek hassasiyetle tespit edebilir. COVID-19 semptomları diğer solunum yolu hastalıklarının semptomlarıyla çok benzer olduğundan, enfeksiyonu erken bir aşamada tespit etmek için kesin, hassas ve hızlı teşhis araçlarına sahip olmak çok önemlidir.

Anahtar kelimeler: nanoteknoloji, COVID-19, tanı

1. Giriş

Şiddetli akut solunum sendromukoronavirüs 2’nin (SARSCoV-2) neden olduğu koronavirüs hastalığı 2019 (COVID-19), DSÖ’nün pandemi ilan ettiği küresel bir sağlık sorunudur. COVID-19, dünya çapında bir kilitlenme ile sonuçlandı ve küresel ekonomiyi tehlikeye attı. SARS-CoV-2 dünya çapında hızla yayılarak küresel bir pandemik sayıca üstündür. Bu virüs damlacıklar ve sıkı temas yoluyla insandan insana bulaşabilmekte ve her yaştan insan bu virüse maruz kalmaktadır. COVID-19 salgını, modern toplumlar, özellikle sağlık hizmetleriyle bağlantılı altyapı üzerinde uluslararası baskı yarattı. Bu nedenle, pozitif vakaların sağlanması, hasta taraması ve viralsürveyans yapılması için bu hastalığa özel tanı testlerine acilen ihtiyaç duyulmaktadır. Teşhis, vakaları tespit edip izole ederek ve temaslı takibi yoluyla yayılmayı sınırlayan yönetim eylemlerinin hızlı bir şekilde yürütülmesine izin vererek COVID-19’u önlemede etkili bir rol oynayabilir. Sonuç olarak, dünya yeni bir zorlukla karşı karşıya: 2019 yeni koronavirüsünü (COVID-19) veya şiddetli akut solunum sendromu (SARS)tespit etmede oldukça etkili olan ultra hızlı, ultra hassas cihazlar ve nano ölçekli analitik araçlar veya algılama sistemleri (örneğin nanobiyosensörler) oluşturmak [3][10][17].

Nanoteknolojideki gelişmelerle birlikte, sinyalleri güçlendirme yetenekleri de dahil olmak üzere olağanüstü özellikleri, diğer teşhis araçlarıyla birlikte erken aşama tespiti için kullanılabilen nanobiyosensörlerin ve nanogörüntüleme süreçlerinin geliştirilmesi için kullanılabilir. Nanoteknoloji, sağlık bakım yükünü hafifletmek için teşhis teknikleri, terapötikler, aşılar ve stratejilerin geliştirilmesinde kapsamlı bir şekilde incelenmektedir [10].

2. SARS-CoV-2 teşhisi için mevcut laboratuvar yöntemleri

COVID-19 tanısı, hastalık nedeniyle hastanın tepkisinin analizine veya virüs içeriğinin, örneğin RNA veya proteinlerinin çalışmasına dayanır. Hastanın vücut ısısı (artan vücut ısısı), bitkin hissetme ve nefes almada zorluk enfeksiyon olduğunu düşündürür. Bununla birlikte, bu semptomlar belirli değildir ve diğer patojenlerle enfeksiyon nedeniyle gözlenebilir. Bilgisayarlı tomografi (BT) taraması ile hastanın göğüs gibi organlarındaki patolojik değişiklikleri gözlemlenebilir. BT taraması, diğer pnömoni türleri gibi SARS-COV 2 vakalarını taramak için güvenilir bir test olabilir. Ancak, analiz özel ekipman gerektirdi ve önemli ölçüde gereksinimleri karşılayamadı. COVID-19, laboratuvar ölçümleriyle teşhis edilebilir. Bu yöntemler genellikle hastaların incelenmesi için kullanılır. Yüzey ve hava gibi kontamine örnekleri analiz etmek için kullanılamazlar [1].

Şekil 1: COVID-19 için teşhis yöntemleri

COVID-19 tanısı için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Teşhis için ana testler üç ana kategoride sınıflandırılabilir [1]:

1. Genetik testler (viral nükleik asit testleri): gerçek zamanlı kantitatif ters transkripsiyon-polimeraz zincir reaksiyonu (RT-qPCR), izotermal amplifikasyon (örn., Döngü aracılı izotermal amplifikasyon (LAMP), nükleik asit gibi yöntemler kullanılarak viral genom analizi) sekans bazlı amplifikasyon (NASBA), transkripsiyon aracılı amplifikasyon (TMA), yuvarlanan daire amplifikasyonu (RCA), Kümelenmiş Düzenli Aralıklı Kısa Palindromik Tekrarlar (CRISPR) ve nanopor hedefli dizileme (NTS).
2. Antijen testleri:kolorimetrik, alan etkili transistör (FET), enzim bağlantılı immünosorbent tahlili (ELISA) ve kütle spektrometrisi (MS) gibi teknikler kullanılarak viral proteinlerin (zara bağlı spike proteinler veya nükleokapsid proteinler) analizi
3. Serolojik testler: virüse karşı antikorların (Immunoglobulin M (IgM) ve Immunoglobulin G (IgG)) analizi [188–190]. Hastanın antikorlarının incelenmesi, elektriksel (EC) biyosensörler, lokalize yüzey plazmon rezonansı (LSPR), yüzey güçlendirilmiş Raman saçılması (SERS), kuvars kristal mikro denge (QCM), floresan bazlı biyosensör, kolorimetrikbiyosensöraltın immünokromatografi, ELISA, kemilüminesansimmünoassay ve piezoelektrik mikro konsol sensörleri (PEMS)gibi yöntemler kullanılarak gerçekleştirilebilir.

Ne yazık ki, RT-PCN gibi birçok geleneksel solunum yolu virüs tespit yönteminin birçok dezavantajı vardır. Bunlar arasında zaman alıcı olması, maliyetli olması, her zaman belirlenebilir veya tekrarlanabilir olmayan ve kalifiye personel ve diğer teknik olanaklar talep edilen unsurlar yer almaktadır [3].

Şekil 2: Geleneksel yöntemlerin dezavantajları

3. Nanoteknoloji

Nanoteknoloji, özellikle nanobiyosensörler kullanarak tespit sürecinin verimliliğini ve kalitesini artırmada, hızlı teşhis, erken evre enfeksiyon tespiti ve pandemiye neden olan virülent patojenlerin tanımlanması için yeni teknikler sunar. Ayrıca, yeni nanoyapılar ve nanosensörler, makroskobik düzeyde görülmeyen özellikler ve performanslar sergilemekte, bu da önemli ölçüde nano ölçekli bir seviyede olayları tespit etmek ve algılamak için önemli [3].

Nanoteknoloji, COVID-19 tanısını iyileştirebilir ve Bakım Noktası (POC) algılama teknolojisine dayalı son teknoloji bir teşhis yöntemi önerebilir. Ayrıca, veri depolama, paylaşım ve analitik yoluyla pratik bilişimi incelemek için yapay zeka (AI) teknikleri ve tıbbi nesnelerin interneti (IoMT) ile entegrebiyosensörlerlearayüz oluşturulabilir. Ayrıca, düşük hassasiyet, düşük seçicilik, yüksek maliyet ve uzun tanılama süresi gibi geleneksel süreçleri atlayabilirler. Grafen oksit (GO)/Au/Fiber Bragg ızgara (FBG) probu kullanarak hastanın tükürüğünü analiz etmek gibi ağrısız numune analizi için yeni yöntemler kullanılabilir. Nanoteknoloji, etiketsiz biyosensörler, kâğıt yanal akış deneyleri, optik teknolojiler ve dijital teknolojiler gibi teknolojileri geliştirebilir [1].

3.1. Nanobiyosensörler

Viral salgınların daha yüksek üstünlüğü, bulaşıcı ajanları tespit etmek için kullanılan uygun olmayan tespit araçlarına bağlanabilir. Sonuç olarak, bu, biyoalgılama özelliklerinde güçlü, hızlı, talepkar ve kesin olan bir algılama veya teşhis aracı gerektirir. Biyosensörler, biyolojik numunelerdeki (insan serumu, kan, gözyaşı, tükürük vb. gibi) bir analitin düşük konsantrasyonlarını değerlendirebilen analitik araçlar olarak karakterize edilebilir. Geleneksel kalitatif ve kantitatif test kitleriyle karşılaştırıldığında, bu biyosensörler olumlu bir şekilde kesindir ve yönlendirilmiş hedefe karşı hassastır [15].

Şekil 3: Çeşitli biyosensörlerin sınıflandırılması ve uygulamaları

COVID-19’u teşhis etmede doğruluk ve hız ihtiyacı, COVID-19’u tespit etmek ve teşhis etmek için rutin olarak kullanılan geleneksel seroloji tabanlı testler ve ters transkripsiyon-polimeraz zincir reaksiyonu (RT-PCR) yöntemleriyle karşılanmamaktadır.Bu koşul, yeni koronavirüs tespitinde önemli bir rol oynayan ultra hassas nanobiyosensörler kullanılarak yerine getirilebilir. Nanobiyosensörler, SARS-CoV-2’nin tespiti için hızlı, uygun maliyetli, hassas ve minyatür bir platform sunar [10]. Biyosensörler tipik olarak bir sinyal dönüştürücünün yüzeyine sabitlenmiş bir biyolojik tanıma molekülü içerir ve daha büyük popülasyonların analizi, teşhisi, korunması, güvenliği ve test edilmesi için kullanılabilir [3].

Nanobiyosensörler, algılamanın etkili olmasına neden olan çeşitli avantajlar sağlar, örneğin [3]:

• Uygun maliyetli;
• Uzun öz yaşam;
• Kullanımı kolay;
• Özerk;
• Hassas;
• Taşınabilirlik;
• Hızlı cevap;
• Yüksek hassasiyet;
• Çoğullama yetenekleri;
• Uygulanabilir süreç.

Nanobiyosensörler, dönüştürücünün hedef bileşeni yakalamak, biyolojik yanıtı elektrik sinyallerine dönüştürmek ve onunla yüksek hassasiyette hızlı algılamak için değiştirildiği cihazlardır. Fiziksel tepkiler, nükleik asitler, antijenler, DNA probu, peptit, tam hücre, mikroorganizma ve doku gibi uygun biyoreseptörler belirlenerek hesaplanabilir. Bu reseptörler kolayca tanınabilir, oldukça hassastır ve spesifikbiyoanaliti saptar.Elektrokimyasal, empedans, kuvars kristal mikro dengesi ve optik ve yüzey plazmonrezonansına dayalı çoklu nanobiyosensörlerde nükleik asitler (NA), immünoafinite ve protein gibi virüsleri yakalamak için çeşitli biyoreseptör türleri araştırılmıştır. Hedef molekül, olağandışı bir reaksiyonla biyolojik bir molekülü yakalamak için biyoreseptöre bağlanır. Ardından, belirli bir yanıtla entegre moleküllü dönüştürücü. Ardından, entegrenanoyapılara sahip dönüştürücü, algılamayı dedektör tarafından tanımlanan bir elektrik sinyaline dönüştürür (Şekil 4) [3].

Şekil 4: Solunum virüsleri için tipik bir nanobiyosensör tasarımının parçaları olarak farklı analitlerin, biyolojik tanıma elemanları için biyoreseptörlerin, entegrenanoyapılara sahip dönüştürücülerin şematik diyagramı

SARS veya MERS koronavirüslerinin tespiti için kullanılan nanobiyosensörler, viral hedefin biyolojik molekülüne (nükleik asitler, antijenler veya antikorlar) göre nükleik asit-bazlı biyosensör, antijen-tabanlı biyosensör ve antikor-tabanlı biyosensör olarak sınıflandırılabilir (Şekil 5) [3].

Şekil 5: SARS ve MERS koronavirüslerinin tespiti için farklı biyosensör sınıflandırmalarının şematik gösterimi

3.1.1. Elektrokimyasal Nanobiyosensörler

Elektrokimyasal biyosensörler, en yaygın olarak kullanılan ve en çok tercih edilen algılama mekanları türüdür. Uluslararası Saf ve Uygulamalı Kimya Birliği (IUPAC) tanımına göre elektrokimyasal biyosensör “bir elektrokimyasal transdüksiyon elemanı ile doğrudan uzamsal temasta tutulan bir biyolojik tanıma elemanı (biyokimyasal reseptör) kullanarak spesifik nicel veya yarı nicel analitik bilgi sağlayabilen kendi kendine yeten entegre bir cihaz” [8][13].

Bir elektrokimyasal nanobiyosensör, kullanılabilir bir elektrik sinyali oluşturmak için biyolojik bir tanıma olayını bir elektrot dönüştürücü ile eşleştiren moleküler bir algılama cihazıdır. Elektrokimyasal nanosensörler elektrotları içerdiğinden, yarı iletken özellikleri, dielektrik özellikler ve yük dağılımı kritik unsurlardır [3].

Şekil 6: Biyokimyasal bilgiyi bir elektrokimyasal dönüştürücü yüzeyinde akım veya voltaj sinyallerine dönüştüren bir elektrokimyasal biyoalgılama platformunun kullanılmasına özel vurgu yapılarak, hedef analit numunelerinin algılanması için kullanılan biyosensör tasarım bileşenlerini gösteren şema.

Elektrokimyasal biyosensörlerin başlıca faydaları [5][11]:

• Kolay geliştirme
• Minyatürleştirme imkanı
• Yüksek hassasiyet
• Nispeten düşük maliyet

Elektrokimyasal sensörler, a. düşük maliyetli mikro elektronik devreler, b. çip üzerinde minyatür laboratuvar, c. elektronik okuma ile arayüz oluşturma ve d. bir sinyal işleme birimi gibi çoklu modüllerle sorunsuz bir şekilde birleştirilebildikleri için çeşitli biyomolekülleri tespit etmek için çekici bir seçimdir. Elektrokimyasal biyosensörler hassas, minyatürleştirmesi kolay, küçük analit hacimleri gerektirir, analit tespitinin üstün limiti ve yerinde sonuçları gösterir, tıbbi teşhis ve gıda güvenliği ve çevresel izleme dahil olmak üzere diğer birçok araştırma alanında en çok tercih edilir [8].

Elektrokimyasal biyosensör, sinyal ölçümleri için kullanılan dönüştürücü modlarına göre kategorize edilebilir. Bunlar, kondüktometri ve yüzey yükü, amperometri ve potansiyometri transdüksiyon platformlarını içerir. Elektrokimyasal biyoalgılamanın (biyo-elektrokimya) genel prensibi, elektrotun üzerinde veya yakınında ve/veya elektrotlar arasında meydana gelen elektrokimyasal tepki (i) ölçülebilir bir akım sinyali (amperometrik), (ii) kümülatif yük veya potansiyel (potansiyometrik) veya (iii) ortamın iletkenliğindeki değişiklikler (kondüktometrik) üzerine kuruludur [8].

Şekil 7: Dönüştürücü tipine ve sinyal modlarına göre elektrokimyasal biyosensörlerin sınıflandırılması

Viral nükleik asitleri tanımlamak için elektrokimyasal nanobiyosensörler de kullanılabilir. SARS’ı saptamak için geliştirilen bir elektrokimyasal genosensör, altın nanoparçacıklarla kaplı karbon elektrotlar üzerinde kendi kendine birleştirilen tek bir tiyollenmiş oligonükleotit tabakası kullanılarak geliştirildi. Oligonükleotid dizileri, SARS’ın nükleokapsid proteini için kesindir ve viral enfeksiyon, viral DNA’nın enzimatik amplifikasyonu yoluyla saptanır. Nanobiyosensör, SARS’ın duyarlı tespitine yardımcı olur. Bir karbon elektrot ve rekombinant spike protein S1 ile değiştirilen altın nanopartiküller kullanılarak üretilen bir elektrokimyasal nanobiyosensör, MERS-CoV’leri tespit etmek için tasarlandı; yine de, bu yaklaşım aynı zamanda koronavirüslerin tespiti için de imkan sağlıyor. Elektriksel iletkenliği nedeniyle, biyosensör, sinyal yükseltici olarak flor katkılı substrat ve altın nanoparçacıklar kullanılarak oluşturulmuştur [10].

Altın nanopartiküller (AuNP’ler) ile elektrokimyasal algılama arayüzlerinin değiştirilmesi, geliştirilmiş uygulamalar gösterir ve MERS-CoV’yi tespit etmek için kullanılabilir. AuNP’ler, elektrokatalitik özelliklere sahip çalışan arayüzler olarak hareket eder ve elektrik reaksiyonunun amplifikasyonuna izin verir (Şekil 8). Elektrokimyasal sensörler ve altın nanopartiküller birbirine bağlayan olasılığını MERS-CoV virüsünü tespit etmek için bir immünosensör tasarlandı. Nanobiyosensör, bir grup karbon elektrot kaplı altın nanoparçacık ile geliştirildi.

Şekil 8: COVID-19 elektrokimyasal algılama platformu için işlem adımları: (A) nazal sürüntü veya tükürük yoluyla numune toplama, (B) RNA ekstraksiyonu, (C) grafen-ssDNA-AuNP platformunun üstünde RNA ekstraktının immobilizasyonu , (D) 5 dakikalık inkübasyon ve (E) dijital elektrokimyasal çıktı kaydı.

Rekombinant başak (S1) proteininin altın nanopartiküllere hareketsiz hale geldiği ve antikora bağlanmak için virüs partikülleri ile rekabet ettiği gözlemlenmiştir. Virüs enfeksiyonu olmadığında, hareketsizleştirilmiş spike proteinine bağlanır. Bu nanobiyosensör yönteminin bir grup elektrotu olduğundan, çeşitli koronavirüsleri tespit etmek için kullanılabilir [5][10].

 SARS-CoV-2’nin grafen arayüzlü elektrokimyasal tespiti

Elektrokimyasal transdüksiyon platformları, spesifik biyolojik tanıma elemanlarını kullanarak virüsleri veya herhangi bir canlı mikrobiyal patojeni tespit edebilir. Hastalığa neden olan mekanizmaların elektrokimyasal tespiti için birkaç alternatif yol vardır. Bununla birlikte, elektrokimyasal algılama platformlarını kullanan genetik belirteçlerin saptanması, özellikle viral enfeksiyonların erken başlangıcında saptanamayan viral titreleri nedeniyle viral saptamalara duyarlı değildir [8][14].

Son yıllarda, virüsleri veya viral enfeksiyonları tespit etmek için elektrokimyasal glukometrelere benzer stratejiler uygulamaya yönelik birkaç girişimde bulunulmuştur. Torrente-Rodriguez ve ark. COVID-19 için serum ve tükürük örneklerinde hızlı teşhis ve biyokimyasal izleme belirteçleri için düşük maliyetli grafen entegre taşınabilir elektrokimyasal biyosensör geliştirdiler [8][14].

Elektrokimyasal sensör elektrotları, viral enfeksiyon biyobelirteçlerinin (antijenler ve antikorlar) çoğul tespiti için esnek bir poliimid (PI) polimerik substrat üzerine yazılmış grafendir. Torrente-Rodriguez vd., SARS-CoV-2 spike proteini (S1), SARS’ın nükleokapsid proteini, CRP, hem kanda hem de tükürükte ve örneğin S1-IgM ve S1-IgG gibi spesifik immünoglobulinlerde (Igs) fizyolojik olarak ilgili aralıklarda inflamasyon için bir protein biyobelirteç gibi COVID-19’un spesifik biyobelirteçlerinin nicel olarak saptandığını gösterdi. Bu mekan, birden fazla SARS-Co-V2 oluşturucuyu algılamak için çoğullama kapasitesine sahip artırılmış hassasiyete sahip grafen elektrotlar üzerinde yakalanan antijenleri ve antikorları kullanırken, elde edilen yanıt verileri kablosuz olarak taşınabilir bir mobil cihaza iletilir. Bu tür minyatürleştirilmiş elektrokimyasal platform, gelecekteki PoC elektrokimyasal ve kişiselleştirilmiş sağlık cihazları için büyük bir umut vaat ediyor [8][14].

3.1.2. Optik Nanobiyosensörler

Optik biyosensörlerin yüksek hassasiyet, etiketsiz olma, sağlamlık, elektromanyetik parazitlere karşı bağışıklık, hesaplanabilir optik çıkışlara sahip olma, minyatürleştirmeye uygun olma, entegrasyon yetenekleri, taşınabilirlik, çoğullama kapasitesi ve çeşitli hedeflerin aynı anda tespiti yapabilme gibi istisnai özelliklerinden dolayı, optik biyosensörler solunum yolu virüsü enfeksiyonu için teşhis araçları olarak kullanılır. Bu nedenle, optik biyosensörler bakım noktası bölgesi için uygundur [9] [10].

Şekil 9: Kan ve Tükürükte SARS-CoV-2’nin Hızlı ve Multipleks Elektrokimyasal Tespiti için Kablosuz Grafen Tabanlı Teletıp Platformu (SARS-CoV-2 RapidPlex) (A) SARS-CoV-2 viral proteinlerin, antikorların (IgG ve IgM) ve inflamatuar biyobelirteç C-reaktif proteinin (CRP) tespiti için SARS-CoV-2 RapidPlex çok sensörlü teletıp platformunun şematik gösterimi . Veriler kablosuz olarak bir mobil kullanıcı arayüzüne iletilebilir. WE, çalışma elektrodu; CE, karşı elektrot; RE, referans elektrotu. (B)Mass üretilebilir lazerle oyulmuş grafen sensör dizileri. (C) Tek kullanımlık ve esnek bir grafen dizisinin fotoğrafı. (D) Sinyal işleme ve kablosuz iletişim için baskılı devre kartına bağlı bir grafen sensör dizisine sahip bir SARS-CoV-2 RapidPlex sisteminin görüntüsü

Karbon nanotüpler, altın nano adalar ve grafen büyük ölçüde optik ve elektrokimyasal biyosensörlerde kullanılmaktadır. Küçük altın nanoyapılardan oluşan altın nanoadalar, yapay olarak sentezlenmiş DNA reseptörleri ve bir cam substrat üzerinde SARS-CoV-2’nin tamamlayıcı RNA dizileri ile oluşturulabilir. COVID-19, tek sarmallı bir RNA virüsü olduğundan, nanobiyosensörün reseptörü, koronavirüsün RNA dizisine tamamlayıcı bir ardışıklık görevi görür ve virüsü tespit eder. Sensöre bağlanan RNA dizisinin saptanması için LSPR (lokal yüzey plazmon rezonansı) kullanılır. Molekülleri nanobiyosensörün yüzeyine bağladıktan sonra, yerel kızılötesi indeks değişir ve bir optik nanobiyosensör modifikasyonları hesaplar ve RNA ipliklerinin varlığını belirler [9] [10].

Özellikle, SARS-CoV-2’nin oldukça etkili optik biyosensör tabanlı tespiti, yüzey plazmon rezonansı ve floresan ile sunulmuştur. Bir optik biyosensör, yüzey plazmon rezonans yöntemiyle birleştirildiğinde, elde edilen yöntem, SARS enfeksiyonunun hızlı teşhisi için enzim bağlantılı immünosorbent deneylerinden (ELISA) daha değerlidir. Lokalize yüzey plazmonu ile ilişkili floresansa (LSPCF) dayalı fiber optik özellikli bir biyosensör, AuNP’leri kullanarak rekombinant N proteinini (SARS-CoV-N) algılayabilir. Fiber optik tabanlı nano-etkin biyosensör kullanılarak 15 dakika içinde 106 parçacık/mL kadar küçük bir viral stoğun tespit edilebileceği işaretlenir. Bu araştırmalar, viral solunum yolu enfeksiyonlarının, nanomateryal özellikler kullanılarak hızlı ve tez bir şekilde teşhis edilebileceğini göstermektedir [9].

Şekil 10: Bir optik biyosensörün şeması

3.1.3. Grafen tabanlı biyosensörler

COVID-19 hastalarının nazofaringeal sürüntülerinde SARS-CoV-2 viral yükünü belirlemek için grafen bazlı bir FET (alan etkili transistör) cihazı kullanılır. Grafen bazlı FET nanobiyosensör, algılama alanı olarak bir SiO2/Si substratına taşınan bir grafen tabakasından ve grafen tabakası üzerinde hareketsiz hale getirilmiş SARS-CoV-2 spike antikorundan oluşur. Biyosensörler, fosfat tamponundaki 1 fg/mL konsantrasyonda bile SARS-CoV-2 antijen sıçramasının saptanmasına yardımcı olur [10].

Grafen tabanlı biyosensörler, aşağıdakilerin test edilmesi ve en son teknolojiyle tespiti için değerlidir [9]:

• kan şekeri
• solunum sayısı
• gerçek zamanlı vücut ısısı
• kan basıncı
• virüs
• küçük moleküller

Maliyet etkinliği, yüksek ilişkilendirme ve üretim kolaylığı nedeniyle, grafen bazlı nanomalzemeler, biyosensörler için en çekici malzemelerdir. Örneğin, SARS-CoV-2’yi (spike protein) tespit etmek için transistör tabanlı bir biyosensör başarıyla geliştirildi. Biyosensör, spesifik bir antikora sahip alan etkili transistör (FET) kaplı grafen levhalar kullanılarak üretildi (Şekil 9). Grafen ve türevleri, şu anda mevcut olan diğer tanı yöntemlerine göre faydaları olduğu için virüsleri yakalamak için uygun bütünlük FET tabanlı biyoalgılama cihazlarını göstermektedir [9].

FET tabanlı biyoalgılama cihazları, az miktarda analit kullanarak hassas ve anlık ölçümler yapabilir. Ayrıca, FET tabanlı biyosensörlerin klinik teşhis, görüşte tespit ve bakım noktası testlerinde muhtemel ve faydası vardır. İnsan boğaz sürüntü örneklerinde SARS-CoV-2 RNA’yı tespit etmek için büyütülmemiş ve hızlı bir nanoalgılama platformu oluşturulmuştur. Altın nanoparçacığı (AuNP) göstermek için bir grafen alan etkili transistör (G-FET) sensörü tasarlanmıştır. AuNP’lerin yüzeylerinde tamamlayıcı fosforodiamidat morfolino oligo (PMO) probları hareketsizleştirilmiştir. PMO, SARS-CoV-2 RdRp’ye karşı oldukça hassas olduğundan, bu sensör düşük bir arka plan sinyaline yönlendirir. Bir grafen alan etkili transistör, CRISPR-Cas9 tabanlı bir biyosensör ile bağlandığında, amplifiye edilmemiş hedef genleri tespit edebilecek ve böylece SARS-CoV-2 nükleik asitleri gibi viral hedefler için değerlendirilebilecektir. [9].

3.1.4. Kiral Nanobiyosensörler

Kiral biyosensörler, ultra hassaslıkları ve hızlı tepki süreleri nedeniyle yakında biyonanoteknoloji alanının öncüsü olacak. SARS-CoV-2 pandemisinde etkili olacaklar. Nano-chiroptics’in popülaritesi, ayarlanabilir bir yüzey morfolojisine sahip tasarlanmış metalik nanoyapılar üretmek ve nano montajlarını tamamlamak için yeni yöntemler nedeniyle patladı. Bu, elektronik ve optik özellikleri üzerinde benzersiz bir güç sunar. Bu tür nanohibrit yapıların en önemli yararı, kiral biyoalgılama ile bağlantılı çeşitli uygulamalarda önemli bir ilgi uyandıran ve yeni araştırma alanları açan kayroptik reaksiyonu geliştirmeleridir. Doğal kiral moleküllerle karşılaştırıldığında, kiral plazmonik nanoyapılar sadece önemli kayroptik etkilere yol açmakla kalmaz, aynı zamanda teknolojik uygulamalarda tamamen benzersiz süperkiral ışık fikirleri sunar [2][5].

Şekil 11: FET’leri kullanarak SARS-CoV-2’nin saptanması: Şema, bir hastadan alınan biyolojik örneklerin bir koleksiyonunu ve bunların bir FET biyosensörünün grafen tabanlı algılama alanına uygulanmasını gösterir. SAR-CoV2 virüsüyle ilişkili bağlanma olayları sensör tarafından gerçek zamanlı olarak yakalanabilir.

Ahmed vd., altın nanoparçacıklar ve kuantum noktaları kullanan bir kiral immünosensör geliştirmek için kendi kendine monte edilen bir teknik geliştirdiler. Zirkonyum kuantum noktaları ve manyetik nanopartiküller, koronavirüse özgü antikorlarla konjuge edildi ve karıştırıldı. Bir viral hedefin varlığında, hem kuantum noktaları hem de nanopartiküller viral hedefe bağlanacak ve bir dış mıknatısın bölebileceği manyeto plazmonik-floresan nanohibritleri geliştirecektir. Analit konsantrasyonuna daha sonra ayrılan nanohibritlerin floresan atılganlığı hesaplanarak karar verildi. Bu algılama işlemi, 79.15 EID/50 µl [2][5][10] algılama sınırına sahiptir.

3.1.5. Aptamer Bazlı Biyosensör

Sağlam tarama yöntemi sayesinde aptamerler viral genleri, proteinleri veya diğer viral enfeksiyon belirteçlerini tespit edebilir. Aptamer bazlı sensörler, geliştirilen testleri ayarlayarak, enfekte ve enfekte olmayan konak hücreleri veya aktif ve aktif olmayan viral formları ayırt edebilir. Özellikleri nedeniyle, aptamer bazlı algılama, çok çeşitli sıcaklık ve durumlarda yüksek esneklik, üstel zenginleştirme (SELEX) yöntemiyle ligandların sistematik evrimi yoluyla doğrudan sentez ve ihtiyaçlara göre kolay dönüşüm tahlili dâhil olmak üzere antikorlara göre önemli avantajlara sahiptir [4].

Şekil 12: Aptamer bazlı biyosensörler kullanılarak SARS-CoV ve SARS-CoV-2’nin tespiti

Biyosensörler, antikor ve aptamer bazlı algılama mekanizmalarını kullanır. Aptamerler, antikorlardan daha dayanıklı, daha ekonomik ve sentezlenmesi daha hızlıdır. “Kimyasal antikorlar” veya “yapay antikorlar” olarak da bilinen aptamerler, hedeflerine yönelik kritik özellikleri açısından genellikle antikorlara benzetilir. Bazı aptamerler SARS-CoV-2’de izole edilmiş ve aptasensing platformlarına dahil edilmiştir [7].

Aptamerler, özellikle;

• amino asitler, nükleotidler ve antibiyotikler gibi küçük moleküller
• nükleik asitler ve proteinler gibi makromoleküller
• ve hatta tüm bakteri, virüs ve diğer hücreleri taşıyan yüzey epitopu gibi

spesifik olarak farklı biyomolekülleri tanımak ve bunlara bağlanmak üzere tasarlanabilen oligonükleotit dizileridir.
Aptamerler, özel olarak analitlere sabitlenirken benzersiz üç boyutlu (3D) yapılar oluşturur. Bunlar hızlı bir şekilde modellenebilir ve biyosensörlerin yüzeyinde sabit bir şekilde hareketsiz hale getirilebilir. Aptamer bazlı biyosensörler (aptasensörler), birleştirilmiş kimyasal ve/veya biyokimyasal yüzey etkileşimlerinden geliştirilen sinyali hesaplanarak hedef analitleri nicel olarak tespit edebilir. Aptamerler, virüsleri tespit etmek için umut verici bir teşhis aracı olarak kabul edilmiştir [7].

Aptasensörler, ölçülebilir bir sinyal üretme mekanizmasıyla ilgili farklı biyokimyasal reaksiyonlar yoluyla hedef analit biyomoleküllerini keşfetmek ve ölçmek için tasarlanmış aptamer bazlı biyosensörlerdir. Spesifik aptamerlerin hedef biyomoleküllerle değişimi, ek olarak orantılı bir sinyale dönüştürülen olayın biyolojik olarak tanınmasını ve yakalanmasını temsil eder. Yakın zamanda SARS-CoV-2’yi tespit etmek için rapor edilen aptasensörler, sinyal iletiminin doğasına göre genel olarak iki kategoriye ayrılabilir: optik ve elektrokimyasal aptasensörler [7].

3.2. Bakım Noktası Testi

Hastalık Kontrol ve Önleme Merkezleri tarafından tanımlandığı şekliyle Bakım Noktası testleri, “örnek alınan yerde veya yakınında yapılan tanı testleridir ve saatler değil dakikalar içinde sonuç verirler. Bunlar Nüklelik Asit Amplifikasyon Testi (NAAT), antijen veya antikor testleri olabilir”[18].

Bakım noktası testi (POCT) bulaşıcı hastalık pazarı, endüstrinin küresel in-vitro teşhislerinde (IVD) elverişli ve önemli bir artışı temsil ediyor. Gelişmekte olan ülkelerde insan immün yetmezlik virüsü (HIV), tüberküloz (TB) ve sıtmanın artan yayılımı ve Orta Doğu solunum sendromu (MERS), şiddetli akut solunum sendromu (SARS) gibi bulaşıcı hastalıkların ortaya çıkma ve yeniden ortaya çıkma tehlikesi, ZIKA, çeşitli influenza suşları ve Batı Nil virüsü, POCT ihtiyacını artıran faktörlerdir [6].

Bulaşıcı hastalıklar insan sağlığı için önemli bir tehdit oluşturuyor ve dünya çapında ölümlerin yarısından fazlasına neden oluyor. Ayrıca, yaygın bulaşıcı hastalıklar gelişmekte olan ülkelerde ölüm oranlarını sürekli olarak artırmıştır. Salgını kontrol altına almanın en etkili yolu, pahalı ve kapsamlı ekipman, uzmanlar ve yavaş veri çıkışı nedeniyle ortak yaklaşımları kullanmak zor olmasından dolayı erken teşhistir. Bu nedenle, cihaz maliyetini küçülterek ve azaltarak ve özel eğitim gerektirmeden erişilebilir, hızlı, kullanımı kolay tanı testleri sunarak bu yüklerin üstesinden gelmek için hızlı POCT yöntemleri gereklidir [6].
POC testi, hasta numunelerini laboratuvarlara göndermeden enfekte kişilerin teşhisini sağlar. Bu, numune testi için uygun laboratuvar altyapısına sahip olmayan yerler veya sakinler için son derece önemlidir. POC testinin temel parçası, patojeni tespit etmek de kullanılan bir biyokimyasal tahlil için kullanılan biyosensördür.
POC testi kullanmanın avantajları şunlardır [4]:

1. Test ve depolama için minimum alan koşulu,
2. Geniş kapsamlı analiz,
3. Test çeşitli yerlerde gerçekleştirilebilir ve
4. Çeşitli tıbbi ihtiyaçları karşılamak için uyarlanabilir.

Şekil 13: SERS tabanlı aptasensör kullanılarak SARS-CoV-2’nin nicel değerlendirmesinin şematik gösterimi. (a) SARS-CoV-2 lizatları hedef spike proteinleri serbest bıraktıktan sonra, Au nanopop corn yüzeylerindeki aptamer DNA’ları tarafından tanınırlar. S proteinine bağlı aptamerler, Au nanopop corn yüzeylerinden uzaklaşarak Cy3 raportörlerinin Raman tepe yoğunluğunun azalmasına yol açar. (b) Cy3-etiketli aptamer DNA’ları, Au nanopopcorn substratı üzerinde yakalama DNA’ları ile hibritlenir. Dahili standart 4-MBA’lar, Au nanopopcorn substratı üzerindeki aptamer DNA’ları ile birlikte hareketsizleştirilir. (c) SARS-CoV-2 S proteininin tanınması aptamer DNA’larının konformasyonel bir değişikliğini indükleyerek aptamer DNA’larının spike protein üzerindeki RBD’ye bağlanmasını sağlar

En cazip POCT’lerden biri, kolometrik biyosensörlere dayananlardır, çünkü bunlar, yardımsız gözle gözlemlenebilen kolay renk değişiklikleri yoluyla analitin saptanmasına izin verir [5].

Şekil 14: Virüsün nanoparçacık tabanlı kolorimetrik tespiti. Bu şekil, virüsün nanopartiküllerin toplanmasına sonucu kırmızıdan mora renk değişimine neden olan mekanizmayı göstermektedir.

Kim vd., MERS-CoV virüsünü tespit etmek için altın nanopartiküller kullanan bir kolorimetrik tahlil oluşturdu. Çift sarmallı DNA (dsDNA) kendi kendine birleşen korumalı altının genişletilmiş yapısına dayanan bir kolorimetrik tahlil önerdiler. Bu tahlil, pozitif elektrolit (örn., 0.1 M MgCl2)[5] [6] altında iki tiyol ile modifiye edilmiş prob ve sitrat başlıklı altın nanopartiküller (AuNP’ler) kullanır.

Altın nanoparçacık bazlı kolorimetrik test, virüsü toplayan ve sıvıda gözlemlenebilir bir renk değişikliği gösteren bir altın nanoparçacık çözeltisi yapar. Bu, altın nanoparçacıkların rengini değiştirerek COVID-19 için hızlı bir test sağlar. Bu düşük maliyetli test, standart PCR testlerine benzer şekilde diğer tanı tekniklerinden çok daha iyi etki eder. Bu testin ana faydası, altın nanoparçacıklarının belirli dalga boylarını absorbe ettikleri için belirli renkler göstermesidir. Altın nanoparçacıklara, SARS-CoV-2 içeren numune katılır, bu da virüsün birikmesine neden olur ve absorpsiyon yüksekliğinde çözeltinin renginin değişmesine neden olan bir dönüşüme neden olur. Renkteki bu kayma çıplak gözle gözlemlenebilir olacaktır ve dezavantajı ise yalnızca virüs yükü çok yüksek olduğunda uygulanabilir olmasıdır [12].

Problar, önemli Au-S değişimleri yoluyla AuNP’lere konjuge edilir. Bir hedefin yokluğunda, AuNP’lerin toplamı (pozitif elektrolitte), ya çıplak gözle tasavvur ederek ya da lokalize yüzey plazmon rezonans (LSPR) kayması ile tespit ederek renk değişimine yol açar. Bununla birlikte, viral hedefin varlığı, pozitif elektrolitlerin varlığında altın nanopartiküllerin birikimini kontrol ederek, AuNP’lerin optik özelliklerinde kaymayı engelleyerek çift sarmallı DNA’nın kapsamlı şekilde kendi kendine toplanmasına neden olur [5] [6].

Bu tahlilin potansiyel saptama limiti, viral hedefin daha düşük miktarlarının saptanmasına izin veren 1 pmol µl-1’dir. Ayrıca, bu tür kolorimetrik temelli tahlillerin kullanılması, karmaşık cihazlara ihtiyaç duymadan düşük maliyetli ve hızlı hastalık teşhisine olanak tanır [5].

3.3. Nano gözenekli hedef dizilimi (NTS)

Nanopore metagenom yönteminin (NTS), solunum yolu bakteriyel enfeksiyonunu ve virüsleri klinik örneklerden anında tespit ettiği gösterilmiştir. Ek olarak, patojenler ve antibiyotik direnç genleri, nanopore sıralayıcıların gerçek zamanlı veri üretimi olarak geleneksel kültür işlemlerinden çok daha hızlı bir şekilde birkaç saat içinde tanınabilir. Ayrıca, SARS-CoV-2’nin transkriptomundaki dizileri yönlendirmek için nanopor dizilimi kullanıldı. NTS yöntemi, SARS-CoV-2 ve diğer on solunum yolu virüsünü sadece 6-10 saat içinde aynı anda tespit eder. Bu nedenle, COVID-19’un mevcut teşhisi için uygundur; bununla birlikte, çerçeve diğer virüsleri ve patojenleri teşhis etmek için genişletilebilir. NTS, 11 SARS-CoV-2 virülansla ilgili ve istisnai gen fragmanının (örn. orf1ab) bir iç birincil panel kullanılarak amplifiye edilmesini ve ardından güçlendirilmiş fragmanın bir nanopore platformunda sekanslanmasını temel alır. Bu görev, uzun nükleik asit parçalarını sıralamak ve eş zamanlı olarak veri çıktısını gerçek zamanlı olarak analiz etmek için dizileme için bir nanopor platformu kullanır. Bu, dizi okumalarını SARS-CoV-2 genomuna eşleyerek ve çıktı dizisinin orijinalliğini, geçerliliğini ve okunan sayı dizisini analiz ederek, dizilemeden sonraki dakikalar içinde SARS-CoV-2 enfeksiyonlarının doğrulanmasına olanak tanır [16]][17].

4. COVID-19’da Nanoteknolojinin Zorlukları ve Sınırlamaları

Nanoteknoloji tabanlı sistemler, avantajlarına rağmen, piyasaya güvenli bir şekilde sunulmadan önce birçok engelle karşılaşmaktadır. En yaygın sorunlar şunlardır:

1. Ölçeklenebilirlik ve üretim maliyetleri
2. Fikri ve düzenleyici özellikler
3. Potansiyel toksisite ve çevresel etkiler

Nanoteknoloji uygulamalarındaki bazı problemler, sağlık sisteminde yaygın olarak benimsenmeden önce ele alınmalıdır. Birincil görev, biyouyumluluklarının in vitro çalışmaları yoluyla nanomalzemenin güvenliğini sağlamak olacaktır. Nanomalzemelerin kaderi, protein korona oluşumu nedeniyle kanda dolaşırken vücuda dönüşebilir. Bu nedenle, vücuttaki nanopartiküllerin toksisitesini daha iyi anlamak için in vivo çalışmaların dikkatli bir şekilde yürütülmesi gerekir. Kısıtlamalar nedeniyle, araştırma ve geliştirmenin erken bir aşamasında kategorizasyon için nanoteknolojiye dayalı tedavinin klinik çevirisinde başarısızlık olasılığını yanlış hesaplayan jenerik protokoller kullanılmıştır. Diğer sınırlamaların üstesinden gelmek için düzenleyici kurumlar, malzeme bilimi, farmakoloji ve toksikoloji uzmanları arasında daha yakın işbirliğine ihtiyaç vardır [10].

---

Test LO 3.2

---

Kaynaklar

1. Abdelhamid H., and Badr G.
2. (2021). Nanobiotechnology as a platform for the diagnosis of COVID‐19: a review. Nanotechnology for Environmental Engineering 6:19 https://doi.org/10.1007/s41204-021-00109-0.
3. Ahmed SR., Nagy É., and Neethirajan S. (2017). Self-assembled star-shaped chiroplasmonic gold nanoparticles for an ultrasensitive chiro- immunosensor for viruses RSC Adv. 7 40849–57
4. Alhalaili B., Popescu I.N., Kamoun O., Alzubi F., Alawadhia S., Vidu R. (2020). Nanobiosensors for the detection of novel coronavirus 2019-nCoV and other pandemic/Epidemic Respiratory viruses: A review. Sensors, 20, 6591.
5. Gupta R., Sagar P., Priyadarshi N., Kaul S., Sandhir R., Rishi V. and Singhal N.K. (2020). Nanotechnology-Based Approaches for the Detection of SARS-CoV-2. Front. Nanotechnol. 2:589832. doi: 10.3389/fnano.2020.589832
6. Jindal S., and Gopinath P. (2020). Nano Ex. 1 022003
7. Kim H.,Park M.,Hwang J.,Kim J.H., Chung D-R., Lee Kand Kang M. (2019). Development of label-free colorimetric assay for MERS-CoV using gold nanoparticles ACS Sens.
8. Mandal M., Dutta N., and Dutta G. (2021). Aptamer-based biosensors and their implications in COVID-19 diagnosis. Anal. Methods, 2021, 13, 5400
9. Ozmen E., Kartal E., Turan M., Yazicioglu A., Hiazi J., and Qureshi A. (2021). Graphene and carbon nanotubes interfaced electrochemical nanobiosensors for the detection of SARS-CoV-2 (COVID-19) and other respiratory viral infections: A review. Materials Science & Engineering C 129 (2021) 112356
10. Pradhan A., Lahare P., Sinha P., Singh N., Gupta B., Kuca K., Ghosh K.K., Krejcar O. (2021). Biosensors as Nano-Analytical Tools for COVID-19 Detection. Sensors 2021, 21,7823. https://doi.org/10.3390/ s21237823
11. Rai M., Bonde S., Yadav A., Bhowmik A., Rathod S., Ingle P., Gade A. (2021). Nanotechnology as a Shield against COVID-19: Current Advancement and Limitations. Viruses 2021,13,1224. https:// doi.org/10.3390/v13071224
12. Satvekar R. (2021). Electrochemical nanobiosensors perspectives for COVID 19 pandemic.  J. Electrochem. Sci. Eng. 00(0) (2021) 000-000; http://dx.doi.org/10.5599/jese.1116
13. Tavakol S., Zahmatkeshan M., Mohammadinejad R., Mehrzadi S., Joghataei M., Alavijeh M., Seifalian A. (2021). The role of nanotechnology in current COVID-19 outbreak. Heliyon 7, e06841
14. Thevenot D.R., Toth K., Durst R.A., Wilson G.S., Biosens. (2001). Bioelectron. 16:121–131.
15. Torrente-Rodríguez R.M., Lukas H., Tu J., Min J., Yang Y., Xu C., Rossiter H.B., Gao W., (2020). Matter. 3: 1981–1998.
16. Varghese R., Salvi S., Sood P., Karsiya J., Kumar D. (2021). Carbon nanotubes in COVID-19: A critical review and prospects. Colloid and Interface Science Communications 46: 100544
17. Wang M., Fu A., Hu B., Tong Y., Liu R., et al. (2020). Nanopore target sequencing for accurate and comprehensive detection of SARS-CoV-2 and other respiratory viruses. medRxiv.
18. Waris A., Ali M., Khan AU., Ali A. (2020). Baset A. Role of nanotechnology in diagnosing and treating COVID-19 during the Pandemic. Int J Clin Virol. 2020; 4: 065-070.
19. https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/lab/point-of-care-testing.html

Özet

SARS-CoV-2 (şiddetli akut solunum sendromu koronavirüs 2), COVID-19’un nedensel ajanıdır. SARS-CoV-2 enfeksiyonu genellikle hafif ila orta derecede solunum semptomları üretir ancak bazı hastaların hastaneye yatırılması ve yoğun bakıma ihtiyacı olabilir. COVID-19 için konservatif tedavinin temel dayanağı, kortikosteroidler, antikoagülanlar veya anti-agreganların ve bakteriyel pnömoni vakalarında antibiyotiklerin bir kombinasyonudur. COVID-19 için çeşitli özel tedaviler (antiviraller, monoklonal antikorlar ve diğerleri) geliştirilmiştir ve bu tedaviler, yüksek komplikasyon riski taşıyan hastalarda enfeksiyonun erken evrelerinde temas öncesi profilaksi veya tedavi olarak kullanılabilir. Modern nanoteknoloji, enfeksiyonun önlenmesi, teşhis, maruziyet sonrası profilaksi ve ayrıca SARS-CoV-2 ile ilgili hastalığın zaten geliştiği durumlarda etkili tedaviler için çeşitli yüksek teknoloji çözümleri sunar. Nanomateryal tabanlı sensörlerin, ilaçların ve aşıların yakın gelecekte pandeminin yönetiminde kritik bir rol oynaması makul bir şekilde beklenebilir.

Anahtar Kelimeler: COVID-19, antiviraller, monoklonal antikorlar, aşılar, nanoteknoloji

1. COVID-19 için aşılar ve tedaviler- genel bir bakış

1.1. SARS-CoV-2 ve COVID-19-ile ilgili komplikasyonların yükünü azaltmak için nedensellik, patogenez ve potansiyel yaklaşımlara genel bir bakış

31 Aralık 2019’da Dünya Sağlık Örgütü (DSÖ), Çin’in Wuhan Şehrinde hızla artan sayıda henüz bilinmeyen pnömoni vakası hakkında bilgilendirildi. Nedensel ajan, 7 Ocak 2020’de yerel yetkililer tarafından beta-koronavirüs ailesinin şimdiye kadar bilinmeyen bir üyesi olarak tanımlandı.

SARS-CoV-2 (şiddetli akut solunum sendromu koronavirüs 2), COVID-19 (2019 Coronavirus Hastalığı’ndan kısaltılmıştır) adlı bulaşıcı bir hastalığın nedensel ajanıdır. Çoğu durumda, SARS-CoV-2 enfeksiyonu yalnızca hafif ila orta şiddette semptomlar üretecektir. Bunlar aşağıdakilerden herhangi birini veya tümünü içerebilir: astenoadinami, solunum semptomları, anozmi/disozmi, baş ağrıları, eklem ve kas ağrıları, ishal ve/veya karın ağrısı ve diğerleri. Çoğu durumda, iyileşme birkaç günden iki haftaya kadar kendiliğinden gerçekleşir. Ancak bazı hastalarda akut solunum sıkıntısı sendromu (ARDS) ve/veya ilerleyici solunum yetmezliği gelişebilir. Akrabaları SARS ve MERS (Orta Doğu solunum sendromu) ile karşılaştırıldığında, COVID-19 daha hafif klinik semptomlara ve daha düşük ölüm oranlarına sahiptir. Bununla birlikte, cinsiyet ve yaştan bağımsız olarak herkes SARS-CoV-2’ye yakalanabilir ve ölebilir (her ne kadar erkeklerde ve çocuklarda ve altta yatan hastalığı olan yetişkinlerde ölüm riski daha yüksek olsa da).

1.2 Patogenez

SSARS-CoV-2, çoğu koronavirüste olduğu gibi hücre yüzeyindeki ACE2 reseptörü aracılığıyla endositoz yoluyla hücreye girer. Prosese, S (spike) proteininin reseptör bağlama alanının (RSD) hedef hücrenin ACE2 reseptörüne bağlanması aracılık eder [67]. Virüs hücreye girdiğinde, tek sarmallı, pozitif anlamda genomunu açar. Genomik RNA, daha sonra viral genomu ve protein sentezi için açık okuma çerçeveleri taşıyan subgenomik kopyaları üreten RNA replikaz-transkriptaz kompleksini oluşturan 16 yapısal olmayan proteine ​​bölünen iki replikaz poliproteine ​​çevrilir. Viral RNA ve yapısal proteinler daha sonra diğer hücreleri enfekte etmek için ekzositoz tarafından salınan yeni viral partiküller halinde birleştirilir [66, 38]. ACE2 reseptör geni akciğer dışında birçok dokuda (yani gastrointestinal sistem, böbrekler ve diğerleri [74, 15]) eksprese edildiğinden, hastalarda akciğer hasarı ve/veya çoklu doku ve organlarda hasar gelişebilir.

1.3. Patomorfoloji ve laboratuvar bulguları

COVID-19 hastalarındaki ana patomorfolojik bulgu, pulmoner vasküler yataktaki patolojik değişiklikler ve alveolar hemorajik sendrom ile birlikte yaygın alveolar hasardır [Pathology of COVID-19: Atlas, 2020]. İnflamatuar lenfositik ve monositik infiltrasyon ile sistemik inflamasyon da hedef dokular, özellikle akciğer ve kalp üzerindeki etkiden sorumludur [22, 38]. Şiddetli COVID-19’un tipik laboratuvar bulguları lenfopenidir (ancak bazı hastalarda lenfositoz, trombositopeni, yüksek fibrinojen, D-dimer, LDH, ferritin, IL‑2, IL‑7, IL‑6, monosit kemoatraktan protein 1 (MCP1), makrofaj inflamatuar protein 1‑alfa (MIP‑1‑alfa) ve tümör nekroz faktörü (TNF‑α) seviyeleri görülebilir.

1.4. Enfeksiyonun bulaşması ve önlenmesi

SARS-CoV-2, insan vücudunun dışında kararsızdır ve enfekte kişiyle yakın temas yoluyla bulaşır. Esas olarak hava yoluyla bulaşan mekanizmalarla yayılır. Bulaşmayı önlemenin veya en azından yavaşlatmanın en etkili yolları, kendini izole etmek, başkalarıyla güvenli mesafeyi korumak, elleri sık sık yıkamak (ve/veya %70 etanol bazlı el dezenfektanları kullanmak), sık dokunulan yüzeyleri ve nesneleri düzenli olarak temizlemek ve iç mekanlarda uygun şekilde takılmış yüz maskeleri takmak. Dünya Sağlık Örgütü (WHO), SARS-CoV-2 ile enfeksiyonun önlenmesine ilişkin düzenli olarak güncellenen kılavuzlar yayınlamaktadır: https://www.covid19treatmentguidelines.nih.gov/about-the-guidelines/whats-new/

1.5. SARS-CoV-2 enfeksiyonunun tedavisi için patojenik hedefler

SARS-CoV-2 genomu 4 ana yapısal proteini kodlar: yapısal olmayan ve yardımcı proteinlerle birlikte, spike (S), zarf (E), zar (M) ve nükleokapsid (N). Hem viral RNA hem de virüsün yapısal proteinleri tedavi hedefleri olarak görülmüştür. En yaygın olarak kullanılan antiviral ilaçlar genellikle virüsün RNA’ya bağımlı RNA polimerazını hedeflerken, monoklonal antikorlar daha yaygın olarak virüsün yapısal proteinlerini hedef alır.

1.6. SARS-CoV-2 enfeksiyonunun komplikasyonları için risk faktörleri

Olumsuz sonuçlar için başlıca risk faktörleri erkek cinsiyet ve kardiyovasküler hastalık, böbrek hastalığı, diyabet, kronik solunum hastalığı ve kanser gibi altta yatan tıbbi durumlardır [51]. Obstrüktif uyku apnesi, hastaneye yatış ve solunum yetmezliği riskini neredeyse 8 kat artıran spesifik bir risk faktörüdür [36]. Başlangıçta ileri yaşın olumsuz sonuçlar için önemli bir risk faktörü olduğuna inanılıyordu, ancak daha sonra altta yatan hastalığın varlığının tek başına yaştan önemli ölçüde daha fazla ağırlığa sahip olduğu anlaşıldı [https://www.cdc.gov/aging/covid19/covid19-older-adults.html; https://gis.cdc.gov/grasp/COVIDNet/COVID19_5.html].

1.7. SARS-CoV-2 enfeksiyonunun tedavileri ve komplikasyonalrı

1.7.1. Koruyucu yönetim

Komplike olmayan COVID-19 vakaları en iyi şekilde evde diğerlerinden izolasyon, dinlenme ve semptomatik tedavi ile yönetilir. Enfekte olanların yaklaşık %10-20’si ciddi şekilde hastalanma riski altındadır ve özel tıbbi bakıma ihtiyaç duyabilir [https://www.uptodate.com/contents/covid-19-clinical-features]. Karmaşık vakalar, belirlenmiş WHO ve Hastalık Kontrol Merkezi (CDC) protokollerine ve bu protokollerin yerel modifikasyonlarına göre yönetilir. COVID-19, hiperinflamasyon ve protrombotik durumlarla ilişkili olduğundan, anti-inflamatuar ve anti-pıhtılaşma ve/veya anti-agregasyon tedavisi hemen hemen her protokolün hayati bir parçasıdır [https://covidprotocols.org/en/chapters/inpatient-management/]. COVID-19 için anti-inflamatuar tedavinin temel dayanağı, esas olarak deksametazon gibi uzun etkili kortikosteroidlerdir. Şiddetli solunum yetmezliği olan hastalarda metilprednizolon eklenebilir. Düşük moleküler ağırlıklı heparin, COVID-19 tedavisine yönelik protokollerde antikoagülasyon için en yaygın şekilde kullanılır, ancak fraksiyone olmayan heparin, dolaylı etkili antikoagülanlar, yeni oral antikoagülanlar, aspirin, klopidogrel, dihidropiridamol ve diğerleri gibi başka seçenekler de mevcuttur. Kortikosteroidlerin güçlü anti-enflamatuar özellikleri, diğer olumsuz etkilerin yanı sıra mide tahrişi neden olabilir; bu nedenle, H2 antagonistleri veya proton pompa inhibitörleri tarafından mide korumasının kullanılması genellikle normdur. İkincil bakteriyel pnömoni kanıtı olduğunda COVID-19 hastalarında antibiyotikler kullanıma girer. Virüs, diğer etkilerinin yanı sıra, doğuştan gelen bağışıklığın şiddetli bir şekilde baskılanması ve konakçıdaki bağışıklık sinyallemesinde derin bir düzensizlik ürettiği için, ikincisi şiddetli COVID-19’un yaygın bir komplikasyonudur [76]. Bu nedenle, şiddetli COVID-19 tedavisi genellikle geniş spektrumlu antibiyotikleri içerir. Bakterisidal antibiyotikler (örneğin penisilinler, 4-kinolonlar ve aminoglikozitler) tipik olarak bakteriyostatiklere (örneğin makrolidler ve tetrasiklinler) göre tercih edilir. Enfekte hastaların yaklaşık %2’sinde ilerleyici solunum yetmezliği gelişebilir ve yoğun bakıma ihtiyaç duyabilir [https://www.uptodate.com/contents/covid-19-clinical-features].

1.7.2. SARS-CoV-2 ile ilgili hastalığa karşı özel tedaviler

SARS-CoV-2’ye karşı aktivite için çeşitli antiviraller ve monoklonal antikorlar denenmiş ve test edilmiştir. Bunlar çoğunlukla, favipiravir, remdesivir, lopinavir/ritonavir, tocilizumab ve diğerleri gibi RNA bazlı virüslerin neden olduğu diğer hastalıklar için daha önce denenmiş önceden var olan ilaçlardır. Nirmatrelvir (Pfizer’in yakın zamanda onaylanan ilacı Paxlovid’in bir bileşiği) ve sotrovimab gibi diğerleri, daha önce bilinen ilaçlar veya antikorlar temelinde de olsa, COVID-19’u tedavi etmek amacıyla özel olarak geliştirilmiştir.
SARS-CoV-2’ye karşı aşıların ortaya çıkması, enfeksiyonların yönetimi ve COVID-19 geliştirenler için prognoz için yeni olanaklar getirdi. Virüs 2019’un sonunda izole edildi [70] ve ilk genetik dizilim 2 haftadan kısa bir süre sonra yayınlandı [71]. Böylece, ilaç endüstrisi ile birlikte bilim ve tıp topluluğu erken bir uyarı aldı ve pandeminin ilk dalgası Mart ve Nisan 2020’de dünyayı vurmadan önce COVID-19 için etkili tedaviler ve SARS-CoV-2 enfeksiyonlarına karşı aşılar geliştirmeye yönelik çabalarını entegre edebildive hedefleyebildi. İlk deneysel anti-SARS-CoV-2 aşısı (CanSino Biologics tarafından geliştirilen Convidecia) Haziran 2020’nin sonlarında Çin’de onaylandı. Önümüzdeki birkaç ay içinde vektör, peptit ve mRNA tipi yaklaşık bir düzine aşının hızlı takibi yapıldı. ve yetişkinlerde ve daha sonra çocuklarda kullanım için onaylanmıştır. 21 Aralık’a kadar, SARS-CoV-2’ye karşı en az 14 aşı ürününün değerlendirmeleri tamamlandı ve şu anda yaklaşık 10 tane daha geliştirme aşamasındaydı (örn. örneğin BioCubaPharma, CanSinoBio, Sanofi, Clover Pharmaceuticals ve diğerlerinin aşı ürünleri). Daha fazla veri Status_COVID_VAX_23Dec2021.pdf (who.int) adresinde görüntülenebilir. Status_COVID_VAX_23Dec2021.pdf (who.int).

Bazı ürünler için başvurular geri çekilmiştir. Bunlardan biri, ne yazık ki, SARS-Cov-2 (zorecimeran, CureVac tarafından) ile enfeksiyona karşı tamamen nanoparçacık bazlı ilk aşıydı. DSÖ tarafından bir ilgi beyanı (EOI) yayınlanmıştır, ancak aşının semptomatik hastalığa karşı korumanın kanıtlanmış etkinliği tüm yaş gruplarında %50’nin (yani %48) altında olduğu için başvuru daha sonra üretici tarafından geri çekilmiştir. Aşı, çalışma grubunda hastaneye yatış ve ölüme karşı %100 etkinlik gösterdi, ancak yalnızca 134 nesneden oluştuğu için son analiz, doğru değerlendirme için en az 80 ek vakaya ihtiyaç olduğuna işaret etti [https://www.reuters.com/business/healthcare-pharmaceuticals/curevacs-covid-19-vaccine-misses-efficacy-goal-mass-trial-2021-06-16/]. Böylece CureVac, zorecimeran projesinden vazgeçerek Sanofi-GlaxoSmithCline ile kendi marka aşı çalışmaları için işbirliğine başladı [https://www.reuters.com/business/healthcare-pharmaceuticals/curevac-withdraw-first-generation-covid-19-vaccine-candidate-2021-10-12/]. Ocak 2021’e kadar DSÖ, klinik geliştirme aşamasında olan toplam 63 aşı adayı ve klinik öncesi geliştirme aşamasında olan 173 aşıyı listelemiştir.

2. COVID-19’un tedavisi ve önlenmesine yönelik nano öngörüler

Atlanta, ABD’deki Hastalık Kontrol Merkezi tarafından tanımlandığı şekliyle nanoteknoloji… “1 ile 100 nanometre arasında uzunluk ölçeğine sahip materyalleri kullanarak… yeni yapılar, materyaller ve cihazlar üretmek için maddenin atoma yakın ölçekte manipülasyonudur… boyut materyalleri (kendi) fiziksel, kimyasal ve biyolojik davranışlarını etkileyen benzersiz özellikler sergilemeye başlar.” https://www.cdc.gov/niosh/topics/nanotech/default.html#:~:text=Nanotechnology%20is%20the%20manipulation%20of,new%20structures%2C%20materials%20and%20devices.&text=Nanotechnology%20refers%20to%20engineered%20structures,between%201%20and%20100%20nanometers. Nanomateryaller genellikle biyolojik sıvılarda iyi çözünürlüğe ve biyolojik membranlarla iyi etkileşime girmelerine izin veren ve klasik farmasötiklerden daha iyi ilaç salınımı kontrolüne izin veren yüksek bir yüzey-hacim oranına sahiptir.

SARS-CoV-2, nano ölçekli aralığa çok iyi uyan orta büyüklükte bir virüstür (parçacığı 60-140 nm aralığındadır). Modern nanoteknoloji, enfeksiyonun önlenmesi (etkili kişisel koruma ekipmanının (KKD) geliştirilmesi; aşıların geliştirilmesi; temas öncesi profilaksi, vb.); teşhis (biyolojik ve çevresel numunelerde virüsün tespiti) ve enfeksiyonun erken evrelerinin yönetimi (maruziyet sonrası profilaksi) ve ayrıca SARS-CoV-2 ile ilgili hastalığın zaten geliştiği durumlarda etkili tedaviler önerir. Nanomateryal bazlı sensörlerin, ilaçların ve aşıların yakın gelecekte pandeminin yönetiminde kritik bir rol oynaması makul bir şekilde beklenebilir [52, 41].

Bugüne kadar, SARS-CoV-2’nin tespiti, bulaşmanın önlenmesi, ilaç ve aşı dağıtımında kullanılmak üzere çok çeşitli nanomateryaller kullanılmıştır. Nanomateryallerin kullanımına ilişkin en iyi ve en kapsamlı incelemelerden biri burada görüntülenebilir: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8308319/table/nanomaterials-11-01788-t001/?report=objectonly

2.1. SARS-CoV-2’nin bulaşmasını önlemek için nanomateryaller

SARS-CoV-2 viral partiküllerinin en yüksek yükü, hasta (veya presemptomatik taşıyıcı) konuştuğunda, öksürdüğünde ve hapşırdığında salınan ince solunum damlacıklarında bulunur; ancak viral partiküller içeren büyük damlacıklar, sıklıkla dokunulan yüzeyler ve nesneler üzerinde mevcut olduklarında yüksek enfeksiyon potansiyeline de sahiptir [https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/science/science-briefs/sars-cov-2-transmission.html]. SARS-CoV-2’nin önemli bulaşıcı potansiyeli, daha sonraki Delta ve Omicron varyantlarının bulaşıcılık seviyelerinden önemli ölçüde düşük olmasına rağmen, pandeminin erken bir aşamasında kabul edildi [https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/variants/omicron-variant.html].

SARS-CoV-2 viral partiküllerinin boyutu, diğer yaygın solunum yolu hastalıklarına (grip, su çiçeği ve diğerleri) karşı kullanıldığında etkili olduğu kanıtlanmış olağan koruyucu ekipmanlardan kolayca nüfuz etmelerini sağlar. Modifiye edilmiş KKE türlerinin geliştirilmesi, nanoteknolojinin kullanımını gerektirdi. Yeni nanofiberler ve nanofiber ağlar, tıbbi personel ve ilk müdahale ekipleri tarafından giyilen koruyucu yüz maskelerinde kullanılmak üzere geliştirilmiştir. Yüksek performanslı yüz maskeleri (FFP2, FFP3 ve N95 standardı), hasta tarafından dağılan büyük solunum damlacıklarından koruyabilecek nanofiber ağlar ve elektrostatik yükün bir kombinasyonunu kullanır [9]. FFP standardı maskeler, kullanıcının yüzüne sıkıca oturması için 3D yazdırılır ve hava geçirmez bir conta oluşturmak için kalıplanmış bir burun parçası içerebilir. Yüksek düzeyde virüs yüklü daha büyük damlacıklar (>0,3 μm) için yüksek performanslı maskelerin filtrasyon verimliliğinin FFP1, FFP2 için %92 ve FFP3 maskeleri için en az %78 olması beklenmektedir [https://www.protectivemasksdirect.co.uk/ffp3-masks-hse-guidance].

Maskenin katmanlarının antimikrobiyal ve antiviral aktiviteye sahip bileşiklerle emprenye edilmesiyle ek koruma elde edilebilir. Gümüş ve bakır oksit nanoparçacıkları gibi nanomateryaller, tek başına veya diğer bakterisidal ve/veya virüsidal ajanları (örneğin iyot) taşıyanlar ile başarıyla kullanılmaktadır [6, 1].

Maskelerin temizlendikten sonra tekrar kullanılabilir olmasını sağlamak için özel nano kaplamalar (silikon bazlı, grafen bazlı ve diğerleri) geliştirilmiştir [14, 75].

Ek olarak, maskenin filtresindeki gözeneklerin boyutu, ß-siklodekstrin gibi polimerlerle emprenye edilerek azaltılabilir. Bununla birlikte, maskeyi takan kişinin güvenliği çok önemli olmakla birlikte, mükemmel oturan bir yüz maskesinin aslında takan kişinin uyumunun azalmasıyla sonuçlanabileceğine dikkat edilmelidir. Nanoteknoloji öncesi dönemden tipik cerrahi maskeler ve solunum cihazları, düşük hava geçirgenlikleri ile biliniyordu, bu da kullanıcının kıpırdamasına ve maskeye dokunup ayarlamaya çalışmasına neden oluyordu. Elektro-eğirme ile üretilen modern nanolifler, mükemmel hava geçirgenliğine sahip mükemmel bir ağ oluşturur, maskelerin işlevselliğini geliştirir ve antibakteriyel etkileri arttırır.

Yüz maskelerine benzer şekilde, nanoteknoloji de tıbbi eldivenlerin ve diğer KKE’lerin üretilmesine katkıda bulunmuştur. Gümüş nanoparçacıklara sahip eldivenler bakterisit ve virüs öldürücü etkiler göstermiştir.
2021’de viral partiküllerin ligand-reseptör etkileşimi ile yakalanması ile ilgili nanoteknoloji tabanlı çok ilginç bir öneri yapıldı. SARS-CoV-2’nin ACE2 reseptörü aracılığıyla hücreye bağlanması ve hücreye girmesi gerçeğine dayanıyordu. Bu nedenle, burun filtreleri, maskeler, eldivenler ve diğer KKE’lerin, saldırgan ajanı bağlayabilen ve kullanıcı için riski en aza indirebilen nanoteknoloji ile tasarlanmış ACE2-reseptörü ile emprenye edilmesi önerildi [2]. Ancak sonuçlar henüz gelmedi.

SARS-CoV-2 (influenza virüsü, HCV, HBV ve HIV gibi) zarflı bir virüs olduğundan, şu anda kullanılan el ve yüzey dezenfektanlarının çoğu etanol veya 2-izopropanol bazlıdır. Virüsü tamamen inaktive eden kritik etanol konsantrasyonunun %35 v/v üzerinde olduğuna inanılmaktadır [44]. Etanol ve izopropanol yine de uçucudur, yanıcıdır ve zararlı bileşikler içerebilir. Ayrıca nispeten pahalıdırlar ve sprey, sıvı ve ovma jeli olarak kullanıldıklarında baş ağrısı, mide bulantısı ve baş dönmesi gibi olumsuz etkileri olabilir. Titanyum oksit ve gümüş nanoparçacıkların yanı sıra tasarlanmış su nanoyapıları kullanılarak birkaç nanoparçacık bazlı dezenfektan geliştirilmiştir [49, 7]. Diğer nanoteknoloji bazlı el dezenfektanları türleri, bakterisidal ve virüsidal etki sağlamak için hidrojen peroksit kullanır [65].

2.2. SARS-CoV-2 viral partiküllerinin teşhisinde nanomateryaller

SARS-CoV-2 enfeksiyonunun neredeyse tüm yönleri bir zorluk teşkil etmektedir. Virüs oldukça bulaşıcıdır, ancak virüse maruz kalan herkes enfekte olmaz. Enfekte kişi, semptomatik olduğunda bile, klinik görünüm veya laboratuvar testlerinin sonuçları üzerinde COVID-19’un güvenilir bir şekilde teşhis edilmesini sağlayacak farklı bir klinik ve laboratuvar fenotipi üretmez. Kuluçka süresi 2 ila 14 gün arasında değişebilir (her ne kadar şu anda 7 günden fazla asemptomatik kalmanın kişinin enfekte olma ihtimalinin düşük olduğu anlamına geldiğine inanılsa da). Hafif ve orta dereceli vakaların ayırıcı tanısı, hemen hemen tüm diğer solunum yolu enfeksiyonlarını içerebilir ve şiddetli vakalarda, herhangi bir orijinli inflamatuar hastalık, sepsis, vasküler kazalar ve diğerleri gibi klinik durumun hızlı bozulmasına neden olan diğer nedenleri taklit edebilir. Vakaların önemli bir kısmı, yalnızca radyolojik kanıtlarla sunulabilir ve viral RNA için tekrar tekrar negatif testler üretebilir. Bu nedenle, özellikle virüsün rutin teşhislerden kaçınarak daha fazla mutasyona uğrama potansiyeli göz önüne alındığında, hızlı, oldukça hassas ve oldukça spesifik bir COVID-19 teşhis testinin geliştirilmesi henüz geliştirlmedi.
COVID-19 modern bir pandemi olduğundan, ilk salgından sonraki ilk aylardan itibaren SARS-CoV-2 ile enfeksiyon teşhisinin güvenilirliğini artırmak için nanoteknoloji kullanılmıştır. SARS-CoV-2’nin tespitinde kullanılan teknolojilerin ve cihazların çoğu, daha önce SARS ve MERS’in tespiti için geliştirilenlere dayanmaktadır.
COVID-19 salgını öncesinde viral ajanların hassas ve spesifik tespiti için çeşitli nanomalzemeler test edilmiş ve onaylanmıştır. Bunlar arasında altın bağlayıcı polipeptitler ve proteinlerle yüklü gümüş ve altın nanopartiküller [32, 47]; altın nanopartiküller ile kaplanmış bir karbon elektrot üzerinde hareketsiz hale getirilmiş DNA probları; hızlı görsel algılama sağlamak için renkli substrat ile birleştirilmiş antisens oligonükleotidlerle kaplı altın nanopartiküller [39, 30, 42] ve diğerleri.
Tipik SARS-CoV-2 testi, nazofaringeal veya boğaz sürüntüsünden alınan materyali kullanır. Bu örnekleme yöntemi, invazivlik ölçeğinde düşük puan almasına rağmen, hastalar tarafından mahremiyetlerine müdahale olarak görülebilir. Bu, şikayetlerden kaçınmak için kötü sürüntü alma tekniğine ve buna bağlı olarak yanlış negatif sonuçların oranının artmasına neden olabilir. Biyosensör tabanlı altın nanopartiküller kullanılarak solunan havada SARS-CoV-2’nin tespiti ve hızlı taranması için daha az invaziv yaklaşımlar önerilmiştir [57, 19].

Manyetik nanopartiküller, biyolojik ve çevresel örneklerden nükleik asitlerin ekstraksiyonu için koronavirüslerin moleküler teşhisinde bir araç olarak kullanılmıştır [20]. Bu, çinko ferrit nanoparçacıkları kullanan SARS-CoV-2 için özel bir ekstraksiyon protokolünün geliştirilmesinin temeliydi [58; 76].

Kuantum noktaları, kullanıcı tarafından varyansa tabi olan uyarma ve emisyon dalga boylarına sahip uyarılabilir elektronlar içeren, yapay kökenli nano ölçekli kristallerdir. Yarı iletken ve floresan özelliklere sahiptirler. Kuantum noktalarının optik özellikleri ve özellikle boyut ve optik özellikler arasındaki korelasyon, biyosensörlerde görüntüleme probları olarak kullanılmalarına olanak tanır. İlk SARS salgınından sonra kuantum noktaları, SARS nükleokapsid protein antijeninin tespiti için bir biyosensörde kullanılmıştır [56]. 2020’de Liu vd., aynı teknolojinin SARS-CoV-2’nin saptanması için potansiyel olarak uyarlanabileceğini öne sürdü [33].

Karbon noktaları, karbon nanotüpler ve nano elmaslar, düşük kopyalı viral nükleik asidin gelişmiş duyarlılığı amacıyla numunelerin zenginleştirilmesi ve konsantrasyonu için kullanılmıştır [72].
Nanozimler, katalitik aktiviteye sahip nano ölçekli yapay kökenli moleküllerdir. Son zamanlarda, doğal peroksidaz yerine Co-Fe hemin peroksidaz nanozim kullanan SARS-CoV-2 için hızlı ve hassas kağıt şerit tabanlı bir tahlil geliştirildi [33]. Yazarlara göre test, yaklaşık 15 dakikada tamamlanan testle birlikte S protein antijeninin 10 pg/mL’si kadar düşük bir tespit limiti sağladı.
SARS-CoV-2’nin serolojik tespiti de nanoteknolojinin gelişiminden faydalanmıştır. 2020 yılında Huang vd. altın nanopartiküllere konjuge edilmiş viral nükleoprotein kullanarak SARS-CoV-2’ye karşı IgM’nin hızlı tespiti için bir tahlil geliştirdi ve 15 dakikadan daha kısa sürede sonuçlar elde etti [23].

3. Covid-19 ile mücadele için nanoteknoloji: terapötik araştırma

Nanoteknolojiler, ilaç dağıtımı için yeni platformlar sağlamanın yanı sıra antiviraller ve monoklonal antikorlar gibi biyoaktif maddelerin zamansal ve mekansal salınımının düzenlenmesi ve koordinasyonu sağlayarak COVID-19 tedavilerinin geliştirilmesinin ayrılmaz bir bileşeni olma potansiyeline sahiptir. Sonuçlar, antiviral ve immünomodülatör özelliklere sahip farmasötiklerin geliştirilmesinin gerisinde kalsa da, alan hızla gelişiyor. Yine de, araştırma, teknoloji ve klinik tıp, insanlık SARS-CoV ile karşı karşıya kaldığında daha önce hiç olmadığı kadar birleşik bir cephe oluşturdu. Yakın gelecekte virüse karşı yeni nano bazlı ilaçların ve aşıların geliştirilmesinin önemli ölçüde hızlandırılması makul bir şekilde beklenmektedir.

3.1. COVID-19 için antiviraller

3.1.1. Favipiravir

Favipiravir, RNA’ya bağımlı RNA polimerazın bir guanozin analog inhibitörüdür. Japonya’da Avigan (Fujifilm Toyama Chemical Co, Ltd.) markası altında bir grip tedavisi olarak pazarlanmıştır. Daha sonra, SARS-CoV-2’nin patlak vermesinden sonra, favipiravir, COVID-19 için bir deneme ilacına dahil edildi ve Şubat 2020’de Çin’de yeniden tasarlanmış bir anti-COVID-19 ilacının statüsü verildi (Favilavir, Zhejiang Hisun Pharmaceutical) https://www.pharmaceutical-technology.com/news/china-favilavir-testing-approval/. Daha sonra 2020’de favipiravir, İtalya’da COVID-19’a karşı deneysel kullanım için onaylandı [13]. Favipiravir ağızdan verilir ve kullanımı sadece reçeteyle yapılır. Favipiravirin hafif COVID-19 vakalarında, özellikle ateşi olan hastalarda avantaj sağlayabileceğine dair raporlar vardır [27, 62], ancak ilaç hala yeterince etkili kabul edilmiyor. Fujifilm Toyama Chemical Co.’nun resmi açıklaması şu şekildedir: “… bu aşamada, Avigan Tablet’in Coronavirus hastalığını (Covid-19) tedavi etmek için klinik uygulaması, ilacın etkinliği ve güvenliğine dair net kanıtlar elde etmek için çalışma ve hazırlık aşamasındadır” [https://www.fujifilm.com/fftc/en/avigan].

2020’de, bir nanoemülsiyon aracılığıyla favipiravirin doğrudan pulmoner epitele iletilmesi için yeni bir yol önerildi [55]. 2021’de, nebulizasyon yoluyla favipiravirin lokal olarak verilmesi amacıyla katı lipid nanoparçacıkları geliştirilmiştir [64]. Bu denemeler yalnızca in vitro ortamlarda yapılır. Bu alandaki in vivo çalışmalar henüz gelmedi.

3.1.2. Molnupiravir (Lagevrio, Merck)

Molnupiravir, SARS-CoV-2’nin RNA’ya bağımlı RNA polimerazını inhibe eden bir pirimidin ribonükleozid analoğudur [46]. Favipiravire benzer şekilde, molnupiravir de başlangıçta influenza tedavisi için geliştirildi. Molnupiravir için Acil Kullanım izni (EUA), Paxlovid’in EUA’sının (aşağıya bakınız) verilmesinden sonraki gün, 23 Aralık 2021’de ABD Federal İlaç Ajansı tarafından verildi [https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/coronavirus-covid-19-update-fda-authorizes-additional-oral-antiviral-treatment-covid-19-certain]. Molnupiravir oral olarak uygulanır. Kullanımı yalnızca reçeteyle verilir ve hastanede yatmayan hastalarda “…”… doğrudan SARS-CoV-2 viral testinin pozitif sonuçları olan ve hastaneye yatış veya ölüm dahil olmak üzere şiddetli COVID-19’a ilerleme riski yüksek olan ve FDA tarafından alternatif COVID-19 tedavi seçeneklerine izin verilen yetişkinlerde hafif ila orta şiddette koronavirüs hastalığı erişilebilir veya klinik olarak uygun değildir.” Şu anda, Molnupiravir için EUA, çocuklarda kullanımını genişletmemektedir. Uygun hastalarda Molnupiravir ile tedavi, semptomların başlamasından sonraki beş gün içinde başlatılmalıdır. Güncel çalışmalar, molnupiravirin risk altındaki hastalarda hastaneye yatış veya ölüm riskini %50 azaltabileceğini bildirmektedir [37, 25, 69]. İlaca bağlı advers olayların insidansı, diğer tedavilerde meydana gelen insidansla karşılaştırılabilir [69]. Molnupiravir, daha iyi dağıtım ve daha yüksek biyoyararlanım sağlamak için nanoteknolojilerin kullanımı yönünde geliştirilmesi düşünülen anti-COVID ilaçlarından biridir [25], ancak yeni nano-formülasyonların denemeleri henüz yapılmamıştır.

3.1.3. Remdesivir

Remdesivir (Veklury, Gilead Sciences), COVID-19 hastalarında önemli etkiler gösteren ilk spesifik tedaviler arasındaydı. Remdesivir başlangıçta hepatit C tedavisi için geliştirildi ve Ebola virüsü [68] ile enfekte olmuş hayvanlarda virüs RNA replikasyonunun baskılanmasında etkili olduğu, ancak insanlarda Ebola için diğer terapötiklerden daha düşük olduğu bulundu [43]. Viral RNA’ya bağımlı RNA polimeraza bağlanan ve erken sonlandırma ile viral replikasyonu inhibe eden bir adenosin analoğudur [21]. COVID-19 için diğer antivirallerin çoğundan farklı olarak Remdesivir, yavaş IV infüzyonu olarak yalnızca parenteral olarak kullanılır. Ayrıca, COVID’e karşı kullanılan diğer antivirallerden farklı olarak Remdesivir, hastane ortamlarında ve yalnızca ciddi hastalığı olan hastalarda kullanım için endikedir. Başlangıçta, ciddi hastalığı ve solunum yetmezliği olan (ek oksijen kullanma ihtiyacı ile kanıtlanmıştır) ve halihazırda deksametazon kullanan hastanede yatan COVID-19’lu yetişkin ve pediatrik hastalarda (≥12 yaşında ve ≥40 kg ağırlığında olmaları şartıyla) kullanım için onaylanmıştır [https://www.covid19treatmentguidelines.nih.gov/management/clinical-management/hospitalized-adults–therapeutic-management/].

Remdesivir ile tedavi için uygun olanlar, doğrudan SARSCoV2 testinin pozitif sonuçlarıyla kanıtlanan COVID19’u belgelemiş olmalıdır (Remdesivir kullanımı için pozitif testin olmadığı durumlarda, buzlu cam akciğer opasiteleri gibi radyografik veya BT taraması görüntüsünden elde edilen kanıtlar yeterli olabilir). Daha sonra Remdesivir’in daha küçük çocuklarda ve hastaneye kaldırılmamış belirli hasta gruplarında kullanılması onaylandı [https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/fda-takes-actions-expand-use-treatment-outpatients-mild-moderate-covid-19]. Remdesivir kullanımı her bir vakada incelemeye tabi tutulur, ancak genellikle karaciğer ve böbrek yetmezliği olan hastalarda kontrendikedir ve yalnızca aşırı duyarlılık için negatif bir deri cilt testinden sonra uygulanır.

Şimdiye kadar remdesivir’in dağıtımını iyileştirmek için nanoteknolojinin kullanımına ilişkin birkaç araştırma makalesi yayınlandı. Poli(laktik-ko-glikolik) ten yapılmış remdesivir yüklü nanoveziküllerin kullanımına dayanan bir tanesi, görünüşe göre remdesivirin daha iyi verilmesi için bir platform oluşturulması için bir temel olarak hizmet edebilir, ancak sonuçlar henüz bilgisayar tasarımından çok uzak değildir [71].

3.1.4. Nirmatrelvir/Ritonavir (Paxlovid, Pfizer)

Aralık 2002’nin sonlarında FDA, Pfizer’in birleşik anti-COVID ilacı Paxlovid (nirmatrelvir ve ritonavir) için bir EUA yayınladı. Nirmatrelvir, ayrı protein ürünleri oluşturmak için viral mRNA’nın translasyonu ile üretilen poliproteini parçalayan ana viral proteaz 3CLpro’yu inhibe eden 3C benzeri bir proteaz inhibitörüdür [45]. Başka bir kovalent proteaz inhibitörü olan lufotrelvir’in şablonu üzerinde geliştirilmiştir. İkincisi ayrıca daha önce COVID-19 tedavisi için klinik öncesi çalışmalarda aday bir ilaçtı [5]. HIV enfeksiyonunun tedavisi için oldukça aktif antiretroviral terapide (HAART) ortak formülasyonlarda yaygın olarak kullanılan iyi bilinen bir proteaz inhibitörü olan Ritonavir, CYP3A’yı inhibe ederek çalışır. Bu, nirmatrelvirin proteazlar tarafından parçalanmasının azalmasına ve dolayısıyla serum seviyelerinin artmasına neden olur [40]. Pfizer tarafından yakın zamanda yapılan bir basın açıklamasına göre, Paxlovid hastaneye yatış veya ölüm riskini %89 oranında azaltmıştır [https://www.pfizer.com/news/press-release/press-release-detail/pfizers-novel-covid-19-oral-antiviral-treatment-candidate]. Paxlovid oral olarak uygulanır ve hastaneye yatış veya ölüm dahil olmak üzere şiddetli COVID-19’a ilerleme riski yüksek olan yetişkinlerde ve pediatrik hastalarda (12 yaş ve üstü, en az 40 kilogram veya yaklaşık 88 pound ağırlığında) hafif-orta dereceli koronavirüs hastalığının (COVID-19) tedavisi için endikedir [https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/coronavirus-covid-19-update-fda-authorizes-first-oral-antiviral-treatment-covid-19].En iyi sonuçlar için, Paxlovid tedavisine semptomların başlamasından sonraki beş gün içinde başlanmalıdır. Sadece reçete ile kullanılabilir.

Paxlovid’in yüksek riskli hastalarda COVID-19’un seyri üzerindeki etkisine ilişkin çalışmalar hala azdır ve hastaneye yatış ve ölüm riskini gerçekten azaltıp azaltmadığını aydınlatmak için daha fazla araştırma yapılmasını gerektirmektedir. Bir meta-analiz, Paxlovid kullanan hastaların daha düşük yan etki insidansı yaşadığını ve Paxlovid ile tedaviyle ilgili yan etki oranının plasebo grubundaki sıçanlara yakın olduğunu gösterdi [69], ancak ilacın etkinliği ve güvenliği hakkında sonuçlar çıkarmak için veri miktarının hala yetersiz olduğu kabul edildi. Yine de nanoteknolojiler, Paxlovid veya bileşenlerinin yeni formülasyonlarının geliştirilmesinde önemli bir rol oynamamıştır.

3.1.5. Lopinavir/Ritonavir

Lopinavir/ritonavir (Kaletra veya Aluvia, AbbVie), COVID-19 tedavisinde denenmiş başka bir proteaz inhibitörleri kombinasyonudur. HIV enfeksiyonunun tedavisi için iyi bilinen ve güvenli bir ilaçtır. Bilinen dezavantajlarından biri, düzensiz biyoyararlanım ile sonuçlanan zayıf suda çözünürlüğüdür. 2016 yılında, su ile temas ettiğinde kendiliğinden ilaç yüklü kendiliğinden birleşen nanoparçacıklar üreten ve ilacın dağıtımını büyük ölçüde iyileştiren lopinavir granüllerinin gelişimi rapor edilmiştir [48]. Bu, geliştirilmiş güvenlik profili ve daha etkili dağıtım ile nanoparçacık bazlı antivirallerin daha da geliştirilmesi için bir temel oluşturabilir. Kaletra, bir zamanlar hastanede yatan hastalarda bir COVID-19 ilacı olarak yeniden kullanıldı. Çalışmalar (RECOVERY çalışması dahil), Kaletra’nın COVID-19 hastalarında kullanımının komplikasyon ve ölüm riskini önemli ölçüde azaltmadığını göstermektedir [53]. Daha sonra Patel vd. lopinavir/ritonavir ile tedavi edilen hastalarda, diğer tedavileri alan hastalara kıyasla yan etki oranının daha yüksek olduğunu göstermiştir [60]. Bu nedenle, şu anda kullanımı çoğunlukla önerilmemektedir.

3.2. SARS-CoV-2 enfeksiyonu ve COVİD-19 tedavisi için monoklonal antikorlar (mAb’ler)

Monoklonal antikorlar, romatoid artrit, psoriatik artrit, ülseratif kolit ve Krohn hastalığı gibi bağışıklık ve oto-bağışıklık hastalıklarının, bazı kanser türlerinin, enfeksiyonlar sırasında ve nakledilen hastalarda meydana gelen sitokin fırtınalarının vb. tedavisinde başarıyla kullanılmıştır. Monoklonal antikorların en yaygın yan etkileri, alerjik reaksiyonlar ve anafilaksi dahil infüzyonla ilgili reaksiyonlardır.

Şu anda COVID-19 tedavisinde kullanılan tüm monoklonal antikorlar, ciddi komplikasyon geliştirme riski taşıyan hafif ve orta derecede hastalığı olan hastalar için onaylanmıştır. SARS-CoV-2 enfeksiyonunun tedavisi için kullanılan çoğu mAb, virüsün yapısal proteinlerine yöneliktir veya COVID-19’daki sistemik inflamasyonun patogenezine özgü proinflamatuar yolların kilit oyuncularına yönelik olabilir (tocilizumab gibi, aşağıya bakınız). Şu anda, yalnızca spike proteini hedefleyen monoklonal antikorların, enfekte hastalarda klinik yararı olduğu gösterilmiştir [28]. Maruziyet öncesi profilaksi olarak diğer monoklonal antikorlar kullanılabilir (ayrıntılar için aşağıya bakınız).

Birkaç nötralize edici monoklonal antikor, doğrulanmış SARS-CoV-2’li hastalarda ayakta tedavi ortamlarında kullanım için FDA’dan EUA’lar almıştır. Bunlardan dördü kombinasyon halinde (bamlanivimab ve etesevimab; casirivimab ve imdevimab) kullanılırken, sotrovimab, bebtelovimab ve redganvimab tek başına kullanılabilir. Sadece maruziyet öncesi profilaksi olarak kullanılmak üzere iki antikora izin verilmiştir.

3.2.1. Bamlanivimab ve etesevimab (Ely Lilly tarafından)

Bamlanivimab ve etesevimab (yalnızca jenerik), SARS-CoV-2’nin spike protein reseptör bağlama alanındaki epitopların örtüşmesine rağmen farklı bağlanır. İntravenöz infüzyon şeklinde uygulanırlar. BLAZE-1 çalışması, 2 yaş ve üzeri hafif-orta hastalığı olan hastalarda kombinasyonun klinik yararını göstermiştir [12]. Bununla birlikte, iki kombinasyon, ilgili Omicron varyantına karşı azaltılmış aktivite gösterdiğinden, kullanımları FDA tarafından sınırlandırılmıştır [https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/coronavirus-covid-19-update-fda-limits-use-certain-monoclonal-antibodies-treat-covid-19-due-omicron].

3.2.2. Casirivimab ve imdevimab (Regeneron tatafından REGEN-COV, Roche tarafından Ronapreve)

Casirivimab ve imdevimab, spike proteinin reseptör bağlama alanının örtüşmeyen epitoplarına bağlanır. Avrupa İlaç Ajansı İnsan İlaçları Komitesi (CHMP), Ronapreve’nin kombine hazırlanmasının, ciddi COVID-19 riski taşıyan COVID-19 hastalarında hastaneye yatış ve ölümleri önemli ölçüde azalttığını belirtti [COVID-19: EMA recommends authorisation of two monoclonal antibody medicines | European Medicines Agency (europa.eu)].

3.2.3. Sotrovimab (Xevudy, GlaxoSmithKline)

Sotrovimab, ilgili SARS-CoV ve SARS-CoV-2 arasında yüksek oranda korunan spike proteinin reseptör bağlama alanındaki bir epitopu hedefler. Şimdiye kadar Sotrovimab, Omicron varyantına (VOC) karşı etkinlik göstermiştir [https://www.fda.gov/media/149534/download]. Klinik ilerleme riski yüksek olan hafif-orta şiddette COVID-19’lu hastaneye yatırılmamış hastalarda semptom başlangıcından sonraki 10 gün içinde tek bir IV infüzyon olarak veya subkutan olarak uygulanır. Sotrovimab yalnızca yetişkin hastalara veya ≥12 yaş ve ≥40 kg ağırlığındaki çocuklara uygulanır.

3.2.4. Bebtelovimab (generic, Ely Lilly)

Bebtelovimab, aktivitesini Omicron varyantına karşı koruduğu bildirilen, mAb’yi hedefleyen başka bir spike proteinidir. FDA tarafından Şubat 2022’de hafif ila orta derecede hastalığı olan yetişkin ve pediatrik hastalarda kullanım için bir EUA verildi [https://investor.lilly.com/news-releases/news-release-details/lillys-bebtelovimab-receives-emergency-use-authorization]. Bebtelovimab tek bir IV enjeksiyon olarak uygulanır.

3.2.5. Tixagevimab ve cilgavimab (Astra Zeneca tarafından Evusheld)

Tixagevimab ve silgavimab, başak proteininin reseptör bağlama alanının örtüşmeyen epitoplarına bağlanır [10]. FDA, temas öncesi profilaksi için tixagevimab ve silgavimab kombinasyonu için bir EUA vermiştir. Tedavi için uygun kişiler, SARSCoV2 ile enfekte olmamış ve enfekte bir kişiyle yakın zamanda temas halinde olmayan, ancak COVID19 aşısına karşı yetersiz bağışıklık yanıtı için yüksek risk altında olabilecek veya mevcut herhangi bir COVID19 aşısı veya bileşenlerinden bir aşıya karşı belgelenmiş ciddi advers reaksiyon öyküsü olan kişilerdir [https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/coronavirus-covid-19-update-fda-authorizes-new-long-acting-monoclonal-antibodies-pre-exposure].

3.2.6. Regdanvimab (Regkirona, Celltrion)

Regdanvimab, SARS-CoV-2’nin spike proteinine karşı yönlendirilen bir insan monoklonal antikorudur. Tek bir infüzyonda parenteral olarak uygulanır. Regdanvimab, ek oksijen gerektirmeyen ve şiddetli COVID-19’a ilerleme riski yüksek olan hafif-orta şiddette COVID-19’lu yetişkinlerin tedavisinde endikedir [https://www.ema.europa.eu/en/documents/product-information/regkirona-epar-product-information_en.pdf]. CHMP, Regkirona kullanımının şiddetli COVID-19 riski taşıyan COVID-19 hastalarında hastaneye yatış ve ölümleri önemli ölçüde azalttığını belirtti [COVID-19: EMA recommends authorisation of two monoclonal antibody medicines | European Medicines Agency (europa.eu)].

3.2.7. Tocilizumab (Actemra, Roche tarafından RoActemra)

Tocilizumab, romatoid artrit ve sistemik jüvenil idiyopatik artrit dahil olmak üzere çeşitli otoimmün hastalıklar için biyolojik bir tedavi olarak başarıyla kullanılmıştır. İnterlökin-6 reseptörüne karşı insanlaştırılmış bir monoklonal antikordur. IL-6, inflamasyonda önemli bir rol oynadığı ve COVID-19’daki erken inflamatuar belirteçler arasında yer aldığı için, başlangıçta IL-6’nın hedeflenmesinin hastanede yatan hastalar arasındaki ölüm oranını azaltabileceği öne sürüldü. O zamanlar, COVID-19 ile ilgili komplikasyonların ana patogenetik mekanizmasının, bağışıklık sinyal yollarının düzensizliğinden kaynaklanan sitokin fırtınası olduğuna inanılıyordu. Tocilizumab, FDA tarafından Haziran 2021’de COVID-19 tedavisi için bir EUA verildi [https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/coronavirus-covid-19-update-fda-authorizes-drug-treatment-covid-19]. Birkaç büyük çalışma (RECOVERY, REMAP-CAP), deksametazon kullanımıyla üretilen ölümlere tocilizumab kullanımıyla oluşturulan ölümlerin azalmasının eklendiğini göstermiştir [73]. Bununla birlikte, hastaneye yatırılan ve tocilizumab ile tedavi edilen COVID-19 hastalarının çoğunda önemli transaminaz yüksekliği (tocilizumab tedavisinin bilinen bir komplikasyonu) sürekli olarak meydana geldiğinden, başlangıçtaki istek kısa sürede azaldı. Gerçekten de, birçok hasta COVID-19 tedavisinin bir sonucu olarak transaminaz yükselmesi yaşar, ancak tocilizumab kullanımı ciddi karaciğer hasarı riskine katkıda bulunur. Temmuz 2020’de Hoffmann-LaRoche, tocilizumab tedavisinin COVID-19 ile ilişkili pnömonisi olan hastalar için klinik durumu iyileştirmediğini ve hasta mortalitesini azaltmadığını duyurdu: [Roche provides an update on the phase III COVACTA trial of Actemra/RoActemra in hospitalized patients with severe COVID-19 associated pneumonia”]. Bu nedenle, COVID-19 hastalarında tocilizumab kullanılması önerilmez. 2021 baharında, mukoadeziv veziküller içinde kapsüllenmiş ve nebülizör yoluyla uygulanan favipiravir-tocilizumab’ın bir kombinasyon preparasyonu denemesi başlatıldı [61]. Şimdiye kadar, cesaret verici bir sonuç gelmedi.

3.3. COVID-19 hastalarında kullanım potansiyeli olan diğer ilaçlar

3.3.1. SQAd/VitE nanopartiküller

2020’de yayınlanan bir çalışma, nanopartiküllere dayalı anti-inflamatuar ilacın gelişimini tanımladı [11]. Bu nanopartiküller, doğal bileşikler skualen (anti-inflamatuar aktivitelere sahip bir bileşik) ve adenosin (doğal bir immünomodülatör) konjuge edilerek, bunları başka bir biyolojik bileşik, α-tokoferol (bir antioksidan) ile birlikte kapsülleyerek yapılmıştır. Yazarlar, nano bazlı ilaçlarının, inflamasyonun güvenli tedavisi için yeni bir terapötik yaklaşım olduğunu öne sürdüler. Pratik uygulamalar henüz gelmedi.

3.3.2. Baricitinib

Kasım 2020’de FDA, remdesivir-baricitinib kombinasyonunun hastanede yatan yetişkinlerde ve COVID-19 ve ciddi solunum yetmezliği olan iki yaş ve üstü pediyatrik hastalarda kullanımı için yetki verdi [https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/coronavirus-covid-19-update-fda-authorizes-drug-combination-treatment-covid-19]. Baricitinib (Olumiant, Ely Lilly), janus kinaz (JAK) aracılı sinyal yollarının inhibisyonuna dayanan önceden var olan bir ilaçtır. Genellikle romatoid artritin ikinci basamak tedavisi için kullanılır. Baricitinib başlangıçta COVID-19 için tek başına bir tedavi olarak yetkilendirilmemiştir. Baricitinib artı remdesivir’in 2021’de şiddetli COVID-19’lu hastalarda, özellikle de non-invaziv ventilasyon alan ve tatmin edici bir güvenlik profiline sahip olan hastalarda tek başına remdesivir’den daha üstün olduğu gösterildi [26]. Temmuz 2021’de kombinasyon için EUA revize edildi. Şu anda, COVID-19 tedavisi için tek başına barisitinib kullanılabilir [https://www.thepharmaletter.com/article/fda-authorizes-baricitinib-alone-as-treatment-for-covid-19>, https://www.fda.gov/media/143822/download]

3.3.3. Fluvoxamine (Mylan tarafından Fevarin ve Solvay Pharmaceuticals Inc. tarafından Luvox)

Fluvoksamin, klinik psikiyatride onlarca yıldır kullanılmakta olan seçici bir serotonin seçici geri alım inhibitörüdür. Genellikle majör depresif bozukluk ve obsesif-kompulsif bozukluk (OKB) için reçete edilir, ancak anksiyete bozukluklarında da kullanımı olabilir [17]. Baş ağrısı, anksiyete, tahriş, cinsel ve uyku sorunları ve kardiyovasküler komplikasyonlar gibi SSRI kullanımıyla ilişkili tipik yan etkilerin daha düşük insidansı ile iyi bir güvenlik profiline sahiptir. Psikiyatrik ilaçların genellikle birden fazla hedefi ve birçok potansiyel yan etkisi vardır. Bu nedenle, ilaçların spesifik olarak hedef bölgeye ulaştırılması potansiyeli, klinik psikiyatride her zaman önemli bir konu olmuştur. Fluvoksamin maleat yüklü katı lipid nanopartiküllerin tasarımı 2019’da rapor edilmiş olup, yüksek tuzaklama verimliliği ve ilacın etkili salınımını göstermektedir [29].

COVID-19’lu ayaktan hastaların tedavisinde fluvoksaminin etkilerini incelemek için en az üç randomize çalışma yapılmıştır. İlki (KOVID DURDUR) – fluvoksamin ile tedavi edilen hastalarda klinik bozulma oranında azalma olduğunu gösterdi [69]. İkincisi, tedavi etkileri beklenenden önemli ölçüde düşük olduğu için veri güvenliği izleme kurulu tarafından yararsız olduğu için durduruldu [69]. Üçüncüsü, 2022’de fluvoksaminin COVID-19 ile ilişkili semptomların şiddetinin azalmasına neden olabileceğini gösteren TOGETHER çalışmasıydı [54]. Yani, standart terapötik dozlarda fluvoksamin, erken tanı konmuş COVID-19 ve yüksek komplikasyon riski olan hastaneye yatırılmamış hastalar tarafından ağızdan kullanıldığında, hastaneye yatış ve ölüm riskini görünüşte azaltmıştır [54, 69]. Fluvoksaminin COVID-19 hastalarındaki etkileri daha sonraki çalışmalarda görülecektir. COVID-19’lu hastalarda fluvoksamin kullanımı için bir EUA başvurusu FDA’ya [https://www.medpagetoday.com/special-reports/exclusives/96431] sunuldu, ancak bugüne kadar bir EUA’nın verildiğine dair hiçbir bilgi yok.

4. Nanopartikül aşıları

4.1. Bulaşıcı hastalıkların önlenmesi için bir yöntem olarak aşılamanın tarihçesi ve temelleri

Aşılar, Edward Jenner’ın daha önce sığır çiçeği geçirmiş olanların çiçek hastalığına karşı görünür bağışıklığı üzerine pratik gözlemlerini uyguladığı XVIII. yüzyılın sonlarından bu yana, bulaşıcı hastalıklara karşı tıbbın cephaneliğinde ana silah haline geldi. Bu, kesinlikle Jenner’ın kendi icadı değildi, çünkü yüzyılın başlarında İngiltere’de Mary Wortley Montagu ve Dr. John Fewster’ın daha önce deneklerini sığır çiçeği ile enfekte ederek çiçek hastalığının kasılmasını önleyen çalışmaları vardı [63]. Her halükarda, Jenner’ın parlayan itibarı ve yüksek sosyal statüsü, şüphesiz onun aşı uygulamalarının olumlu karşılanmasına katkıda bulundu. XX yüzyılda, çeşitli yaygın bulaşıcı hastalıklar için aşılar hızla geliştirildi ve dünya çapında aşı takviminin zorunlu bir parçası haline geldi. Sarı humma, kene kaynaklı ensefalit, Japon ensefaliti, tifo ve diğerleri gibi endemik bulaşıcı hastalıklara karşı aşılar da mevcuttur ve bazıları aşı ile önlenebilir endemik hastalığı olan bölgelerde seyahat edenler için zorunludur.

Aşılar, enfeksiyon meydana gelmeden konağın bağışıklık sistemine enfeksiyöz ajana özgü bir antijen sunarak çalışır. Bu nedenle, konakçı, karşılaşmadan önce veya enfeksiyonun çok erken aşamalarında, rahatsız edici ajana karşı güçlü bir savunma mekanizması oluşturabilir. Aşılama ve bağışıklama, yine de çok sık karıştırılan farklı terimlerdir. Belirli bir etkene karşı bağışıklık doğuştan olabilir veya kazanılmış olabilir ve aşılamadan sonra veya konakçı bulaşıcı maddeyle tanıştıktan ve bulaşıcı hastalığın doğal seyrini izledikten sonra geliştirilebilir. Aşılama, ilgili hastalığa yakalanma riski olmadan (veya canlı aşılarda olduğu gibi çok düşük bir riskle) konakçının bağışıklık sistemine yalnızca antijenin (veya inaktive aşılarda olduğu gibi birden fazla antijenin) sunulmasını içerir.

4.2. Aşı türleri

Tek bir hastalık için birden fazla aşı türü mevcut olabilir. Tarihsel olarak, dört ana aşı türü vardır:

• İnaktive edilmiş (örneğin, çocuk felcine karşı Salk aşısı, kuduz aşısı, Hepatit A aşısı ve diğerleri);
• Canlı zayıflatılmış (çocuk felcine karşı sabin aşısı, kızamık, kabakulak, bulaşıcı parotit ve diğerlerine karşı aşılar);
• Toksoid aşılar (örn. tetanoz ve difteri toksoidleri);
• Alt birim aşılar (örn. influenzaya karşı aşılardan bazıları (örn. FluMist Quadrivalent, MedImmune tarafından), hepatit B’ye karşı aşılar ve diğerleri). Bunlara peptit polisakarit ve konjuge aşılar dahildir.

Son zamanlarda, bu listeye iki tip aşı daha eklendi: vektör aşıları (örneğin Zabdeno (Ebola’ya karşı) ve SARS-CoV-2’ye karşı çeşitli aşılar ve mRNA aşıları (SARS-CoV-2’ye karşı).
En eski aşılardan bazıları için (örneğin çocuk felci aşısı gibi), çeşitli tipler denenmiş olabilir (çocuk felci durumunda – farklı yollardan uygulanan canlı atenüe veya inaktive aşı). Genel popülasyonda ve özel durumlarda kullanılan aşının türü konusunda farklı ülkeler farklı politikalara sahip olabilir. Bununla birlikte, COVID-19 dönemine kadar, aynı bulaşıcı ajana karşı bu kadar geniş bir aşı seçeneği yoktu.
mRNA aşıları, diğer aşıların çoğuyla karşılaştırılabilir veya daha üstün bir güvenlik profili göstermiştir çünkü en az iki dozda uygulandığında, COVID-19 gelişimine ve ilişkili komplikasyonlara karşı en yüksek düzeyde koruma (%94-95) sağlamıştır [50, 3]. SARS-CoV-2’ye karşı şu anda kullanılan mRNA aşılarının çoğu tarafından indüklenen hümoral bağışıklık tepkisi, takviye dozu kullanılarak geçici olarak üstesinden gelinen ikinci dozun 6 ayından sonra azalma eğilimindedir [31]. Ayrıca rapel dozun, yaklaşık %75 daha az COVID-19 ile ilgili acil servis ziyaretleri ve %80 daha az hastaneye yatış açısından aşı etkinliğini arttırdığı bildirilmiştir [16].

4.3. SARS-CoV-2’ye karşı aşılar

Şu anda, yetkili SARS-CoV-2 aşıları, yukarıda listelenen dört ana “klasik” türden üçüne aittir veya daha yeni mRNA veya vektör türlerinden olabilir.

4.3.1. ‘Klasik’ teknikler kullanılarak geliştirilen aşılar

SARS-CoV-2’ye karşı inaktive aşılar, Sinopharm (Sinopharm BIBP ve Sinopharm WIBP), Turkovac (Türkiye Sağlık Enstitüleri tarafından), CoronaVac (SinoVac Biotech), Covaxin (Bharat Biotech tarafından), QazVac (Kazak Biyogüvenlik Araştırması Enstitüsü tarafından) tarafından geliştirilen aşılardır.

Alt birim aşılar genellikle S (spike) proteininin aşılanmış konağın bağışıklık sistemine sunulmasına dayanır. Bunlar: EpiVacCorona (VECTOR biyoteknoloji merkezi tarafından, Corbevax (Biological E. Ltd. tarafından), Novavax, Soberana ve henüz isimlendirilmemiş Sanofi-GSK aşısı.

SARS-CoV-2’ye karşı canlı atenüe aşılar, özellikle SARS-CoV-2’ye karşı aşılar arasında en az popüler olan seçenekler arasındadır. Şu anda, tek canlı atenüe aşı, Codagenix Inc. tarafından bir faz 1 denemesinde bulunan COVI-VAC’dir.

4.3.2. SARS-CoV-2 enfeksiyonuna karşı aşıların geliştirilmesi için nanoteknoloji

Yeni nesil vektör aşıları, SARS-CoV-2 karşıtı aşılar listesinde güçlü bir şekilde temsil edilmektedir. Bunlar, Oxford/Astra Zeneca’nın Vaxzevria’sı, Janssen-Cilag, Sputnik V, Convidecia (CanSino Biologics) tarafından geliştirilen aşılar ve diğerleri.
mRNA bazlı aşılar en az 20 yıldır geliştirilmekte, ancak SARS-CoV-2’nin pandemik yayılmasına kadar, çaba esas olarak antikanser aşılarının ve influenzaya karşı yeni aşıların geliştirilmesine yönelikti. mRNA aşılarının temsili üyeleri Comirnaty (Pfizer-BioNTech tarafından) ve Spikevax (Moderna tarafından). Temel olarak, SARS-CoV-2’nin S proteininin protein dizisinin parçalarını kodlayan yapay olarak oluşturulmuş ve modifiye edilmiş mRNA’nın sunumu yoluyla konağın SARS-CoV-2’ye karşı bağışıklığını hem yaratırlar hem de güçlendirirler. S proteinini kodlayan mRNA, nanopartiküller (örneğin lipozomlar) içinde paketlendiğinden, mRNA aşılarının geliştirilmesi, mükemmel bir nanoteknolojidir. Parçacıklar, dendritik hücreler tarafından alınır ve mRNA, konakçı ribozomları tarafından kolayca çevrilir. Yabancı protein, antijen sunan hücrelerin yüzeyinde ihraç edilir ve bir bağışıklık tepkisi oluşturmak için T hücrelerine sunulur.

Lipozomlar, bir (veya daha fazla) fosfolipid çift katmanından oluşan kapalı veziküllerdir. Yapıları hücre zarlarının yapısına benzer. Fosfolipidler doğal veya yapay kökenli olabilir. Çeşitli bileşikler veziküller içinde kapsüllenebilir ve belirli bir hedef dokuya veya zamana bağlı bir şekilde iletilebilir, bu da kontrollü ilaç dağıtımı için lipozomların kullanılmasına izin verir. Çift tabakalardaki fosfolipidler, kullanıcı tarafından istenen özellikleri elde etmek için modifiye edilebilir – artan lipo- veya hidrofiliklik (hedefe bağlı olarak), hedefe ulaştıktan sonra vezikülün yavaş veya hızlı parçalanması (ilaç salınımını kontrol etmek için), vb. Polietilen glikol (PEG)-konjugasyonu (PEGilasyon) ilaç tasarımında yaygın olarak kullanılır. Hidrofobik özelliklerini arttırır ve canlı dokularda lipozomların dolaşım süresini uzatır [24] (yine de tekrarlanan uygulama tam tersi ile sonuçlanabilir – aşağıya bakınız). PEG3350 (polietilen glikol [PEG])-2000]-N,N-ditetradesilasetamid), rutin olarak kullanılan birçok müstahzarın ortak bir bileşenidir – örn. tabletler, enjekte edilebilir depo müstahzarları, oral laksatifler ve diğerleri. PEG3350-konjuge lipozomlar şu anda hem Comirnaty (Pfizer BioNTech) hem de Spikevax (Moderna) aşılarında kullanılmaktadır. Kas içine enjekte edildiğinde, aktif madde, bir bağışıklık tepkisi oluşturmak için dendritik hücrelerin birikme ve alım yerine göç etmesine, işlenmesine ve sunulmasına izin veren, birkaç saatten birkaç güne kadar yavaşça salınan bir depo oluşturur.

Genel olarak lipozomlar, ilaç dağıtımı için biyouyumlu ve toksik olmayan taşıyıcılardır. Esas olarak klinik onkolojide belirli hedeflere ilaç dağıtımı için in vivo olarak başarıyla kullanılmıştır [34, 35]. Ancak modifikasyonlar (PEGilasyon dahil), elde edilen preparasyonun artan immünojenisitesine neden olabilir. Anafilaktik ve diğer immün reaksiyonlar, çeşitli PEG içeren preparasyonlar (örn., laksatifler, depo steroidleri) için tarif edilmiştir [59]. mRNA aşıları genellikle, aşılamadan sonra toplam %0.2’lik bir advers olay insidansı ile kolayca gösterilen mükemmel güvenlik profiline sahip olarak tanımlanır [https://www.cdc.gov/mmwr/volumes/70/wr/mm7002e1.htm]. Bununla birlikte, hem Comirnaty hem de Spikevax için anafilaktoid reaksiyonlar bildirilmiştir [4, 8]. Şu anda, Pfizer-BioNTech aşısının uygulanmasından sonra neredeyse tüm anafilaksi vakalarının, preparasyonda PEG3350’nin varlığı ile ilişkili olduğuna inanılmaktadır [18]. Moderna, Spikevax’larının güvenlik sayfasında PEG’i listelemediğinden, aşılamadan sonra bildirilen anafilaksi vakalarının PEG içeriği veya başka bir bileşikle bağlantılı olup olmadığını bilmek zordur. Şu anda FDA’nın resmi tavsiyesi şudur: “PEG’e alerjiniz varsa, mRNA COVID-19 aşısı yaptırmamalısınız… Polisorbat alerjiniz varsa J&J/Janssen COVID-19 aşısı olmamalısınız.” https://www.cdc.gov/coronavirus/2019-ncov/vaccines/recommendations/specific-groups/allergies.html

Lipozomlar ve ilgili kapsülleme teknolojisi, lipid nanoparçacıklarının kullanımına dayalı çok daha geniş çeşitlilikteki teknolojilerin yalnızca erken habercileridir. Sonraki potansiyel adımlar şunlardır: hedef özgüllüğünün iyileştirilmesi, ilaç salımının daha iyi kontrolü, uyaranlara yanıt veren lipozomların geliştirilmesi (sıcaklık, pH, spesifik ligandın bağlanması vb. gibi tetikleyicilere duyarlı) ve diğerleri. Nanoteknolojinin kullanımı, şüphesiz yeni pandemilere karşı her düzeyde savunmayı geliştirir ve güvenilir, daha sağlam ve kolay erişilebilir teşhis testleri, kişisel koruma ekipmanları, ilaçlar ve aşıların oluşturulmasına olanak tanır.

---

Test LO 4.1

---

Kaynaklar

1. Albaz A., Rafeeq M., Sain Z., Almutairi W., Alamri A., Aloufi A., Almalki W., et al. (2021). Nanotechnology-based approaches in the fight against SARS-CoV-2. AIMS Microbiol, 7(4), 368-398.
2. Aydemir D. and Ulusu N. (2020). Angiotensin-converting enzyme 2 coated nanoparticles containing respiratory masks, chewing gums and nasal filters may be used for protection against COVID-19 infection. Travel Med Infect Dis, 37, 101697.
3. Baden L., El Sahly H., Essink B., Kotloff K., Frey S., Novak R., Diemert D., et al., and Zaks T, for the COVE Study Group. (2021). Efficacy and Safety of the mRNA-1273 SARS-CoV-2 Vaccine. N Engl J Med, 384(5), 403-16.
4. Bigini P., Gobbi M., Bonati M., Clavenna A., Zucchetti M., Garattini S. and Pasut G. (2021). The role and impact of polyethylene glycol on anaphylactic reactions to COVID-19 nano-vaccines. Nature Nanotechnol, 16, 1169-1171.
5. Boras B. Jones R., Anson B., Arenson D., Aschenbrenner L., Bakowski M., Beutler N., et al. (2021). Preclinical characterization of an intravenous coronavirus 3CL protease inhibitor for the potential treatment of COVID19. Nature Communications, 12 (1), 6055.
6. Borkow G., Zhou S., Page T. and Gabbay J. (2010). A novel anti-influenza copper oxide containing respiratory face mask. PLoS One, 5(6), e1.
7. Campos E., Pereira A., de Oliveira J., Carvalho L., Guilger-Casagrande M., de Lima R. and Fraceto L. (2020). How Can Nanotechnology Help to Combat COVID-19? Opportunities and Urgent Need. J Nanobiotechnol 18, 1-23.
8. CDC COVID-19 Response Team and Food and Drug Administration. (2021). Allergic Reactions Including Anaphylaxis After Receipt of the First Dose of Moderna COVID-19 Vaccine — United States, December 21, 2020–January 10, 2021. MMWR Morb Mortal Wkly Rep, 70(4), 125-129.
9. Chua M., Cheng W., Goh S., Kong J., Li B., Lim J., Mao L., et al. (2020). Face Masks in the New COVID-19 Normal, Materials, Testing, and Perspectives. Review Research (Wash DC), 7286735. doi, 10.34133/2020/7286735. eCollection 2020.
10. Dong J., Zost S., Greaney A., Starr T., Dingens A., Chen C., Chen R., et al. (2021). Genetic and structural basis for SARS-CoV-2 variant neutralization by a two-antibody cocktail. Nature Microbiol 6 (10), 1233-1244.
11. Dormont F., Brusini R., Cailleau C., Reynaud R., Peramo A., Gendron A., et al. (2020). Squalene based multidrug nanoparticles for improving mitigation of controlled inflammation in rodents. Sci Adv, 6(23), eaaz5466.
12. Dougan M., Azizad M., Mocherla B., Gottlieb R., Chen P., Hebert C., Perry R., et al. (2021). A randomized, placebo-controlled clinical trial of bamlanivimab and etesevimab together in high-risk ambulatory patients with COVID-19 and validation of the prognostic value of persistently high viral load. Clin Infect Dis, ciab912.
13. Dube T., Ghosh A., Mishra J., Kompella U. and Panda J. (2020). Drugs, Molecular Vaccines, Immune-Modulators, and Nanotherapeutics to Treat and Prevent COVID-19 Associated with SARS-CoV-2, a Deadly Nanovector. Review Adv Ther (Weinh), 2000172.
14. El-Atab N., Qaiser N., Badghaish H., Shaikh S. and Hussain M. (2020). Flexible Nanoporous Template for the Design and Development of Reusable Anti-COVID-19 Hydrophobic Face Masks. ACS Nano, 14(6), 7659-7665.
15. Fan C., Li K. and Ding Y. (2021). ACE2 expression in kidney and testis may cause kidney and testis damage after 2019-nCoV infection.  Front Med (Lausanne), 13, 7:56389.
16. Ferdinands J., Rao, Dixon B., Mitchell P., DeSilva M., Irving S., Lewis N., et al. (2022). Waning 2-Dose and 3-Dose Effectiveness of mRNA Vaccines Against COVID-19-Associated Emergency Department and Urgent Care Encounters and Hospitalizations Among Adults During Periods of Delta and Omicron Variant Predominance – VISION Network, 10 States, August 2021-January 2022. MMWR Morb Mortal Wkly Rep, 71(7), 255-263.
17. Figgitt D. and McClellan K. (2000). Fluvoxamine. An updated review of its use in the management of adults with anxiety disorders. Drugs, 60 (4), 925-54.
18. Garvey L. and Nasser S. (2021). Anaphylaxis to the first COVID-19 vaccine – is polyethylene glycol (PEG) the culprit? Br J Anaesth, 126(3), e106-e108.
19. Giovannini G., Haick H. and Garoli D. (2021). Detecting COVID-19 from Breath, A Game Changer for a Big Challenge. ACS Sens, 6, 1408-1417.
20. Gong P., He X., Wang K., Tan W., Xie W., Wu P. and Li H. (2008). Combination of Functionalized Nanoparticles and Polymerase Chain Reaction-Based Method for SARS-CoV Gene Detection. J Nanosci Nanotechnol, 8, 293-300.
21. Gordon C., Tchesnokov E., Woolner E., Perry J., Feng J., Porter D. and Götte M. (2020). Remdesivir is a direct-acting antiviral that inhibits RNA-dependent RNA polymerase from severe acute respiratory syndrome coronavirus 2 with high potency. J Biol Chem, 295(20), 6785-6797.
22. Huang C., Wang Y. and Li X. (2020). Clinical features of patients infected with 2019 novel coronavirus in Wuhan, China. Lancet (London, England), 395(10223), 497-506.
23. Huang C., Wen T., Shi F., Zeng X. and Jiao Y. (2020). Rapid Detection of IgM Antibodies against the SARS-CoV-2 Virus via Colloidal Gold Nanoparticle-Based Lateral-Flow Assay. ACS Omega, 5, 12550-12556.
24. Harris J. and Chess RB. (2003). Effect of pegylation on pharmaceuticals. Nat Rev Drug Discov, 2(3), 214-221.
25. Imran M., Arora M., Asdaq S., Khan S., Alaqel S., Alshammari M., Alshehri M., et al. (2021). Discovery, Development, and Patent Trends on Molnupiravir, A Prospective Oral Treatment for COVID-19. Review Molecules, 26(19), 5795.
26. Kalil A., Patterson T., Mehta A., Tomashek K., Wolfe C., Ghazaryan V., Marconi V., et al., and ACTT-2 Study Group Members. (2021). Baricitinib plus Remdesivir for Hospitalized Adults with Covid-19. Randomized Controlled Trial N Engl J Med, 384(9), 795-807.
27. Krishnan H., Leema M., Gopika G., Hari Prasad P., Rajan A., Anil A., Dev A. and Pillai Z. (2021). SARS CoV-2, Progression and treatment protocols – An overview. Mater Today Proc, 46, 3144-3147.
28. Kumar R., Lee M., Mickael C., Kassa H., Pasha Q., Tuder R. and Graham B. (2020). Pathophysiology and potential future therapeutic targets using preclinical models of COVID-19. ERJ Open Res, 6(4), 00405-2020.
29. Kumar A., Mancy S., Manjunath K., Kulkarni S. and Jagadeesh R. (2019). Formulation and Evaluation of Fluvoxamine Maleate Loaded Lipid Nanoparticle. Int J Pharm Sci Nanotechnol, 12(4), 4593-4600.
30. Layqah L. and Eissa S. (2019). An Electrochemical Immunosensor for the Corona Virus Associated with the Middle East Respiratory Syndrome Using an Array of Gold Nanoparticle-Modified Carbon Electrodes. Microchimica Acta, 186, 224.
31. Levin E., Lustig Y., Cohen C., Fluss R., Indenbaum V., Amit S., Doolman R., et al. (2021). Waning Immune Humoral Response to BNT162b2 Covid-19 Vaccine over 6 Months. N Engl J Med, 385(24), e84.
32. Li H. and Rothberg L. (2004). Colorimetric Detection of DNA Sequences Based on Electrostatic Interactions with Unmodified Gold Nanoparticles. Proc Natl Acad Sci USA, 101, 14036-14039.
33. Liu S., Wang Z., Xie H., Liu A., Lamb D. and Pang D. (2020). Single-Virus Tracking, From Imaging Methodologies to Virological Applications. Chem Rev, 120, 1936-1979.
34. Liu D., Ju C., Han C., Shi R., Chen X., Duan D., Yan J., et al. (2021). Nanozyme Chemiluminescence Paper Test for Rapid and Sensitive Detection of SARS-CoV-2 Antigen. Biosens Bioelectron, 173, 112817.
35. Lu L., Ding Y., Zhang Y., Rodney J., Ho Y., Zhao Y., Zhang T. and Guo C. (2018). Antibody-modified liposomes for tumor-targeting delivery of timosaponin AIII. Int J Nanomedicine, 13, 1927–1944.
36. Maas M., Kim M., Malkani R., Abbott S. and Zee P. (2021). Obstructive Sleep Apnea and Risk of COVID-19 Infection, Hospitalization and Respiratory Failure. Sleep Breath, 25(2), 1155-1157.
37. Mahase E. (2021). Molnupiravir reduces risk of hospital admission or death by 50% in patients at risk, MSD reports. BMJ, 375, n2422.
38. Malone B., Urakova N., Snijder E. and Campbell E. (2022). Structures and functions of coronavirus replication–transcription complexes and their relevance for SARS-CoV-2 drug design. Nature Rev Mol Cell Biol 23, 21-39.
39. Martínez-Paredes G., González-García M.B. and Costa-García A. (2009). Genosensor for SARS Virus Detection Based on Gold Nanostructured Screen-printed Carbon Electrodes. Electroanal. Int J Devoted Fundam Pract Asp Electroanal, 21, 379-385.
40. McDonald E. and Lee T. (2022). Nirmatrelvir-ritonavir for COVID-19. CMAJ, 194(6), E218.
41. Mohammed S. and Shaaban E. (2019). Efficacious nanomedicine track toward combating COVID-19. Randomized Controlled Trial N Engl J Med, 381(24), 2293-2303.
42. Moitra P., Alafeef M., Dighe K., Frieman M. and Pan D. (2020). Selective Naked-Eye Detection of SARS-CoV-2 Mediated by N Gene Targeted Antisense Oligonucleotide Capped Plasmonic Nanoparticles. ACS Nano, 14, 7617-7627.
43. Mulangu S., Dodd L., Davey R. Jr., Mbaya O., Proschan M., Mukadi D., Manzo M., et al., and PALM Consortium Study Team. (2019). A Randomized, Controlled Trial of Ebola Virus Disease Therapeutics. N Engl J Med, 381, 2293-2303.
44. Nomura T., Nazmul T., Yoshimoto R., Higashiura A., Oda K. and Sakaguchi T. (2021). Ethanol Susceptibility of SARS-CoV-2 and Other Enveloped Viruses. Biocontrol Sci 2021, 26(3), 177-180.
45. Owen D., Allerton C., Anderson A., Aschenbrenner L., Avery M., Berritt S., Boras B., et al. (2021). An oral SARS-CoV-2 M(pro) inhibitor clinical candidate for the treatment of COVID-19. Science 374(6575), 1586-1593.
46. Painter W., Holman W., Bush J., Almazedi F., Malik H., Eraut N., Morin M., et al. (2021). Human Safety, Tolerability, and Pharmacokinetics of Molnupiravir, a Novel Broad-Spectrum Oral Antiviral Agent with Activity Against SARS-CoV-2. Antimicrob Agents Chemother, 65, e02428-20.
47. Park T., Lee S., Lee S., Park J., Yang K., Lee K.-B., Ko S., et al. (2006). Protein Nanopatterns and Biosensors Using Gold Binding Polypeptide as a Fusion Partner.  Anal Chem, 7197–7205.
48. Pham K., Li D., Guo S., Penzak S., and Dong X. (2016). Development and in vivo evaluation of child-friendly lopinavir/ritonavir pediatric granules utilizing novel in situ self-assembly nanoparticles. J Control Release, 226, 88-97.
49. Pini M., Cedillo González E., Neri P., Siligardi C., and Ferrari A. (2017). Assessment of Environmental Performance of TiO2 Nanoparticles Coated Self-Cleaning Float Glass. Coatings, 7, 8.
50. Polack F.P., Thomas S.J., Kitchin N., Absalon J., Gurtman A., Lockhart S., Perez J.L., et al., and C4591001 Clinical Trial Group. (2020). Safety and Efficacy of the BNT162b2 mRNA Covid–19 Vaccine. N Engl J Med, 383(27), 2603-2615.
51. Rashedi J., Poor B., Asgharzadeh V., Pourostadi M., Kafil H., Vegari A., Tayebi-Khosroshahi H., et al. (2020). Risk Factors for COVID-19. Infez Med, 28(4), 469-474.
52. Rasmi Y., Saloua K., Nemati M., and Choi J. (2021). Recent Progress in Nanotechnology for COVID-19 Prevention, Diagnostics and Treatment. Review Nanomaterials (Basel), 11(7), 1788.
53. RECOVERY Collaborative Group. (2020). Lopinavir-ritonavir in patients admitted to hospital with COVID-19 (RECOVERY), a randomised, controlled, open-label, platform trial. Randomized Controlled Trial Lancet, 396(10259), 1345-1352.
54. Reis G., Dos Santos Moreira-Silva E.A., Silva D.C.M., Thabane L., Milagres A.C., Ferreira T.S., Dos Santos C.V.Q., et al., and TOGETHER investigators. (2022). Effect of early treatment with fluvoxamine on risk of emergency care and hospitalisation among patients with COVID-19, the TOGETHER randomised, platform clinical trial. Lancet Glob Health, 10(1), e42–e51.
55. de M Ribeiro N. and Fonseca B. (2020). The role of pharmaceutical nanotechnology in the time of COVID-19 pandemic Review Future Microbiol, 15, 1571-1582.
56. Roh C. and Jo S. (2011). Quantitative and Sensitive Detection of SARS Coronavirus Nucleocapsid Protein Using Quantum Dots-Conjugated RNA Aptamer on Chip. J Chem Technol Biotechnol, 86, 1475-1479.
57. Shan B., Broza Y., Li W., Wang Y., Wu S., Liu Z., Wang J., et al. (2020). Multiplexed Nanomaterial-Based Sensor Array for Detection of COVID-19 in Exhaled Breath. ACS Nano, 14, 12125-12132.
58. Somvanshi S., Kharat B., Saraf S., Somwanshi S., Shejul S. and Jadhav K. (2020). Multifunctional Nano-Magnetic Particles Assisted Viral RNA-Extraction Protocol for Potential Detection of COVID-19. Mater Res Innov, 25, 169-174.
59. Stone C., Liu Y., Relling M.V., Krantz M., Pratt A., Abreo A., Hemler J. and Phillips E. (2019). Immediate hypersensitivity to polyethylene glycols and polysorbates – more common than we have recognized. J Allergy Clin Immunol Pract, 7(5), 1533‐1540.
60. Patel T., Patel P., Barvaliya M., Saurabh M., Bhalla D. and Khoslae P. (2021). Efficacy and safety of lopinavir-ritonavir in COVID-19. A systematic review of randomized controlled trials. J Infect Public Health, 14(6), 740-748.
61. Thakur V., Ratho R., and Panda J. (2021). Respiratory delivery of favipiravir-tocilizumab combination through mucoadhesive protein-lipidic nanovesicles, prospective therapeutics against COVID-19. Virusdisease, 32(1), 131-136.
62. Tiwaskar M., Dhar R., Talwar D., Ansari A., Lakhe M., Panchal S., Bhagat S., et al. (2022). Real-world Experience with Favipiravir for Treatment of COVID-19 among Indian Healthcare Professionals. J Assoc Physicians India, 69(12), 11-12.
63. Thurston L. and Williams G. (2015). An examination of John Fewster’s role in the discovery of smallpox vaccination.  J Royal Coll Phys Edinburgh, 45, 173-79.
64. Tulbah A. and Lee W-H. (2021). Physicochemical Characteristics and In Vitro Toxicity/Anti-SARS-CoV-2 Activity of Favipiravir Solid Lipid Nanoparticles (SLNs). Pharmaceuticals (Basel), 14(10), 1059.
65. Vaze N., Pyrgiotakis G., McDevitt J., Mena L., Melo A., Bedugnis A., Kobzik L., et al. (2019). Inactivation of Common Hospital Acquired Pathogens on Surfaces and in Air Utilizing Engineered Water Nanostructures (EWNS) Based Nano-Sanitizers. Nanomed. Nanotechnol Biol Med, 18, 234-242.
66. V’kovski P., Kratzel A., Steiner S., Stalder H. and Thiel V. (2021). Coronavirus biology and replication, implications for SARS-CoV-2. Nature Rev Microbiol, 19, 155-170.
67. Wang Q., Zhang Y., Wu L., Niu S., Song C., Zhang Z., Lu G., et al. (2020). Structural and Functional Basis of SARS-CoV-2 Entry by Using Human ACE2. Cell. 181 (4), 894-904.
68. Warren T., Jordan R., Lo M., Ray A., Mackman R., Soloveva V., Siegel D., et al. (2016). Therapeutic efficacy of the small molecule GS-5734 against Ebola virus in rhesus monkeys. Nature, 531(7594), 381-385.
69. Wen W., Chen C., Tang J., Wang C., Zhou M., Cheng Y., Zhou X., et al. (2022). Efficacy and safety of three new oral antiviral treatment (molnupiravir, fluvoxamine and Paxlovid) for COVID-19: a meta-analysis. Ann Med, 54(1), 516-523.
70. Wu F., Zhao S., Yu B., Chen Y-M., Wang W., Song Z-G., Hu Yi., et al. (2020). A new coronavirus associated with human respiratory disease in China. Nature, volume 579, 265-269.
71. Wu J., Wang H. and Li B. (2020). Structure-aided ACEI-capped remdesivir-loaded novel PLGA nanoparticles, toward a computational simulation design for anti-SARS-CoV-2 therapy. Phys Chem Chem Phys, 22, 28434-28439.
72. Yeh Y-T., Tang Y., Sebastian A., Dasgupta A., Perea-Lopez N., Albert I., Lu H., et al. (2016). Tunable and Label-Free Virus Enrichment for Ultrasensitive Virus Detection Using Carbon Nanotube Arrays. Sci Adv, 2, e1601026.
73. Zarębska-Michaluk D., Jaroszewicz J., Rogalska M., Martonik D., Pabjan P., Berkan-Kawińska A., Bolewska B., et al. (2021). Effectiveness of Tocilizumab with and without Dexamethasone in Patients with Severe COVID-19, A Retrospective Study. J Inflamm Res, 14, 3359-3366.
74. Zhang H., Kang Z., Gong H., Xu D., Wang J., Li Z., Cui X., et al. (2020). Digestive system is a potential route of COVID-19, an analysis of single-cell coexpression pattern of key proteins in viral entry process. Gut, 69, 1010-1018.
75. Zhong H., Zhu Z., Lin J., Cheung C.F., Lu V.L., Yan F., Chan C.Y., et al. (2020). Reusable and Recyclable Graphene Masks with Outstanding Superhydrophobic and Photothermal Performances. ACS Nano, 14(5), 6213-6221.
76. Zhou Y., Liao X., Song X., He M., Xiao F., Jin X., Xie X., et al. (2021). Severe Adaptive Immune Suppression May Be Why Patients With Severe COVID-19 Cannot Be Discharged From the ICU Even After Negative Viral Test. Front Immunol, 12, 755579.

Özet

Yeni nesil nano taşıyıcılar, yan etkiler açısından önemli ölçüde daha düşük risk ile ilaçların ve aşıların hedeflerine etkili bir şekilde ulaştırılması, kendi kendine ve kendi kendine olmayan antijenlere karşı bağışıklık tepkilerinin modülasyonu ve insan hastalıklarında erken teşhis için hassas görüntüleme teknolojilerinin geliştirilmesi için büyük bir umut vaat ediyor. COVID-19, bilim için olduğu kadar tıp için de bir meydan okumaydı (ve şu anda). Modern pandemi ile mücadele etmek için nanoteknoloji tabanlı yeni biyosensörler, teşhis cihazları, antiviral ilaçlar ve aşılar geliştirildi veya yeniden tasarlandı. SARS-CoV-2’nin patlak vermesi, araştırma ve geliştirme sektörlerini, mevcut pandemi durumunun ötesinde hızlı gelişimini sürdürmesi muhtemel insan hastalıklarını önlemek ve tedavi etmek için yeni, çok yönlü ve verimli yollar yaratmak için birlikte çalışmayı tetikledi.

Anahtar kelimeler: COVID-19, antiviraller, monoklonal antikorlar, aşılar, nanoteknoloji

1. SARS-CoV-2 ve COVID-19-modern bir pandeminin kökenlerine ve bunun araştırma ve klinik tıpta düşünme üzerindeki etkisine genel bir bakış

SARSCoV2 ile insan enfeksiyonu, Aralık 2019’un başlarında bildirilen ilk vakadan önceki haftalarda ve aylarda zoonotik bir yayılma olarak meydana geldi [69]. 31 Aralık 2019’da, Dünya Sağlık Örgütü (WHO), Çin’in Wuhan Şehrinde hızla artan sayıda henüz bilinmeyen pnömoni vakası hakkında bilgilendirildi. Nedensel ajan, 7 Ocak 2020’de yerel yetkililer tarafından beta-koronavirüs ailesinin şimdiye kadar bilinmeyen bir üyesi olarak tanımlandı. Ocak 2020’nin sonunda, DSÖ Genel Direktörü Dr Tedros Adhanom Ghebreyesus, yeni koronavirüs salgınının uluslararası öneme sahip bir halk sağlığı acil durumu olduğunu ilan etti [https://www.who.int/news/item/30-01-2020-statement-on-the-second-meeting-of-the-international-health-regulations-(2005)-emergency-committee-regarding-the-outbreak-of-novel-coronavirus-(2019-ncov)]. Dikkat çekici bir şekilde, şu anda toplam yaklaşık 100 vaka belirlendi ve henüz ölümlü bir vaka yok, ancak virüs Çin dışında neredeyse 20 ülkede yayılmayı başardı. Etiyolojik tedavi ve önleme geliştirme potansiyeli üzerine araştırmalar, klinisyenlerin, bilim adamlarının ve biyoteknoloji ve ilaç şirketlerinin çabalarını birleştirerek hemen başladı.

COVID-19, bilim için olduğu kadar tıp için de bir meydan okumaydı (ve şu anda da). Bununla birlikte, aynı zamanda, sınırsız çeşitlilikteki evrim mekanizmaları, nano ve mikro ölçekte meydana gelen değişiklikler arasındaki nedensel ilişki ve bunların makro dünya üzerindeki etkilerinin büyüklüğü hakkında Doğa’dan (yine bir kez daha) bir şeyler öğrenmek için bir fırsattır. Bu modern salgın, araştırma ve geliştirme sektörlerini, mevcut salgının ötesinde hızlı gelişimini sürdürmesi muhtemel olan insan hastalıklarını önleme ve tedavi etmek için yeni, çok yönlü ve verimli yollar yaratmak için birlikte çalışmaya tetikledi. Başlıca bir örnek, vektör ve mRNA aşılarının geliştirilmesidir. 2019’un sonunda, en iyi ihtimalle, insanlarda kullanım için onaylanmış bir vektör aşısı (rVSV-ZEBOV veya Merck tarafından Ervebo) vardı ve onaylanmış hiçbir mRNA aşısı yoktu, ancak kuduz mRNA aşısı için ilk klinik denemeler 2013’te başladı.

SARS-CoV-2’ye karşı aşıların geliştirilmesinin zaman çizelgesi gerçekten de çarpıcıdır, ancak aşıların “çok hızlı” geliştirildiği için değil, görünüşe göre tüm bilgiler zaten orada olduğu ve gerekli olan tek şey “büyük bir baskı” olduğu için. Milyonlarca insanda ciddi hastalıkları önlemek için güvenli ve verimli bir şekilde kullanılabilecek yeni tür aşılar icat etti. Aynısı, güvenli ve etkili anti-COVID-19 ilaçlarının geliştirilmesi için de geçerlidir. Günümüzde COVID-19 hastalarının tedavisinde önemli etkiler gösteren antiviraller (remdesivir, favipiravir ve diğerleri), çoğunlukla, daha önce diğer viral hastalıkların tedavisinde denenmiş, amaca yönelik yeniden tasarlanmış ilaçlardır. Bu nedenle, günümüzün anti-COVID tedavilerinin yeniliği, tam olarak hedeflerine yönelik etki prensiplerinde değil, daha çok bu hedeflerin ele alınma biçimindedir.

2. Çok yönlü nano ölçekli taşıyıcı platformların geliştirilmesi

İyi denenmiş konservatif tedaviler, genel olarak konuşursak, canlı hücrelerin ortamını bir ilaçla doyurarak çalışır, böylece hedefe (örneğin bir hücresel reseptöre) bağlanma şansı büyük ölçüde artar. İlaçların çoğu canlı hücrelere reseptör-ligand etkileşimi yoluyla girer. Belirli tipteki reseptörler birden fazla hücre tipinde eksprese edildiğinden ve aynı ilaç ligandı birden fazla tip reseptöre bağlanabildiğinden (bazen önemli), ilacın hedef dokudan farklı dokular üzerindeki etkilerine bağlı yan etki riski vardır. Bu özellikle sitostatik ve psikiyatrik ilaçlar için geçerlidir. Bu nedenle, güvenli ve etkili ilaç tedavileri (ve bu konuda aşılar) yalnızca ilaçtaki aktif maddeye değil, aynı zamanda taşıyıcısına ve bu taşıyıcının hedef doku ile etkileşim şekline de bağlıdır.
Nanoteknoloji… “yeni yapılar, malzemeler ve cihazlar üretmek için maddenin atomik ölçekte manipülasyonu… 1 ila 100 nanometre arasında uzunluk ölçeğine sahip materyaller kullanarak… malzemelerin fiziksel, kimyasal ve biyolojik davranışlarını etkileyen benzersiz özellikler sergilemeye başladığı boyut”, Atlanta, ABD’deki Hastalık Kontrol Merkezi (CDC) tarafından sağlanan tanıma göre: https://www.cdc.gov/niosh/topics/nanotech/default.html#:~:text=Nanotechnology%20is%20the%20manipulation%20of,new%20structures%2C%20materials%20and%20devices.&text=Nanotechnology%20refers%20to%20engineered%20structures,between%201%20and%20100%20nanometers.

Nano ölçekli parçacıkların boyutu (biyolojik makromoleküllerin boyutuyla karşılaştırılabilir) ve önemli yüzey-hacim oranı, çözünürlüklerini arttırır ve biyoaktif maddelerle yüklü nano taşıyıcıların farklı hücre ve doku bölmelerine ayrılmasını modüle etmek için kullanılabilir (istenen etkiye bağlı olarak). İnsan kullanımına yönelik farmasötikler için yeni nesil nano taşıyıcılar, yan etki riskini önemli ölçüde azaltarak etkin maddelerin hedefe etkili bir şekilde iletilmesini sağlar. Nanoteknoloji, belirli hedef bölgelere (örneğin kan-beyin bariyeri) ilaçların penetrasyonunu iyileştirmek, kendi kendine ve kendi kendine olmayan antijenlere karşı bağışıklık tepkilerini modüle etmek için doğa tarafından sağlanan engellerin üstesinden gelmenin yollarını sağlayabilir ve insanda hastalığın erken tespiti için hassas görüntüleme teknolojilerinin geliştirilmesine yardımcı olabilir. Modern araştırma ve geliştirmede nanoteknolojinin birçok başka uygulaması da vardır ve bunlardan bazıları Şekil 1’de görülebilir.

Şekil 1. Nanoteknolojinin modern araştırma ve geliştirmedeki uygulamalarından bazıları.

Çoğu virüsün boyutu 20 ile 250 nm arasında değişebilir, bu da nanoteknoloji tabanlı teknolojiyi antiviral araştırma amaçları için mükemmel bir seçenek haline getirir.

SARS-CoV-2, yüksek bulaşıcılık potansiyeline sahiptir (grip ve kızamık virüsünün bulaşıcılığına kıyasla). Röntgen görüntüleme, bilgisayarlı tomografi ve laboratuvar (moleküler biyoloji) testleri, enfeksiyonların taranmasına ve COVID-19’un klinik teşhisine yardımcı olmak için rutin olarak kullanılmaktadır. COVID-19 için ‘tipik’ kabul edilen röntgen ve BT bulguları (yayılmış interstisyel değişiklikler, buzlu cam opasiteleri) semptomların başlangıcından önemli ölçüde geri kalır ve klinik durum düzeldikten sonra da devam edebilir. Biraz paradoksal olarak, COVID-19 için geliştirilen ilk laboratuvar testi, oldukça hassas ancak ayrıntılı, pahalı ve zaman alıcı RT-PCR testiydi. Hastalık tespiti için PCR tabanlı testler, özünde, nanoteknoloji tabanlı test cihazlarıdır (teknolojinin geçmişi XX yüzyılın 90’lı yıllarına kadar uzanmasına rağmen). SARS-CoV-2 için antijen testleri (nanoteknoloji tabanlı testlerin bir başka örneğidir) daha sonra tanıyı hızlandırmak ve hastalar ve bakıcılar için kolayca kullanılabilir hale getirmek için geliştirilmiştir, ancak nazofaringeal ve boğaz swablarının kullanımındaki yaygın sınırlamaların yanı sıra, markadan markaya değişen duyarlılık ve özgüllük gibi ek sorunları vardır. Serolojik testler (IgG, IgM ve bazen IgA’nın varlığı için) mevcut ve geçmiş SARS-CoV-2 enfeksiyonlarını ortaya çıkarabilir ancak semptomların başlangıcından itibaren önemli bir gecikme ile gerçekleştirilmesi gerektiğinden ve yeni enfeksiyonlar için daha az uygulanabilirdir ve önceden aşılanmış semptomatik hastalarda güvenilmez olabilir. Biyosensörler (bir başka nanoteknoloji tabanlı cihaz türü), nispeten erken teşhis amacıyla geliştirilmiştir (ilk benzer rapor Seo ve arkadaşları tarafından Haziran 2020’de yayınlanmıştır) [76], ancak yüksek maliyetleri nedeniyle hala temel olarak araştırma amaçlıdır.

SARS-CoV-2 virionunun boyutu yaklaşık 100 nm’dir (ortalama). Bu nedenle, nanopartikül bazlı tedaviler için bir hedef olarak COVID-19’un potansiyeli, pandeminin en başından beri düşünülmüştür. Şimdiye kadar COVID-19 enfeksiyonunun önlenmesi, teşhis ve tedavisi amacıyla nanoteknoloji temelli yaklaşımlar geliştirilmiş ve denenmiştir.
COVID-19’un hassas ve spesifik tespiti için birkaç nanoteknoloji tabanlı cihaz geliştirilmiştir. Şu anda, RT-PCR ve antijen testlerine dayanan rutin olarak kullanılan yaklaşımları artırıyorlar. Solunan havada SARS-CoV-2’nin tespiti için altın nanoparçacıklara dayalı yeni bir biyosensör önerilmiştir [75, 78, 27]. Manyetik nanopartiküller, SARS-CoV-2 için özel bir ekstraksiyon protokolünde kullanıldı [81, 97]. Yarı iletken özelliklere sahip (genellikle kuantum noktaları olarak bilinir) nano ölçekli kristaller, SARS-CoV-1 nükleokapsid protein antijeninin saptanması için bir biyosensörde başarıyla kullanılmıştır [70] ve SARS-CoV-2’nin saptanması için de kullanılabilir [40]. Nanomateryal tabanlı tespit cihazlarının, sensörlerin, ilaçların ve aşıların öngörülebilir gelecekte pandemi yönetiminin temel dayanağı olması beklenebilir [65, 50].

3. Antiviral ilaçlar için nano tabanlı dağıtım sistemleri

3.1. Viral enfeksiyonların tedavisinde nanoteknoloji formülasyonları-türleri ve potansiyel uygulamaları

Bir nanofarmasötik, tanımı gereği, terapötik potansiyele sahip nano ölçekli aralıkta parçacık boyutuna sahip bir malzemedir. Nanopartiküller farklı şekillere ve kimyasal bileşimlere sahip olabilir. Nanoparçacıktaki aktif bileşik çözülebilir, hapsedilebilir, kapsüllenebilir, adsorbe edilebilir, konjuge edilebilir veya kimyasal olarak eklenebilir, bu nedenle aktif bileşiğin taşıyıcısı bir nanotaşıyıcı olarak adlandırılır. Ana nanotaşıyıcı türlerinin şematik bir temsili Şekil 2’de gösterilmektedir.

Şekil 2. Nanotaşıyıcı türleri.

En yaygın nano taşıyıcı türleri aşağıda kısaca listelenmiştir. Lipozomlara, ilk oldukları ve şu anda en yaygın kullanılan ilaç nanotaşıyıcı türü oldukları için özel önem verilmektedir.

3.1.1. Lipid bazlı nanoformülasyonlar

Lipitler, açık ara en güvenli taşıyıcı türüdür. Üretilmeleri daha kolay ve ucuzdurlar, biyolojik olarak parçalanabilirler, biyolojik olarak uyumludurlar, toksik değildirler ve genellikle immünojenik değildirler [61]. Formülasyondaki lipidler, yüzey aktif maddeler ve çözücüler gibi diğer maddelerle birlikte kullanılır. Yaygın olarak kullanılan lipid bazlı nanoformülasyonlar arasında lipozomlar, katı lipid nanopartiküller (SLN), nanoemülsiyonlar ve nanosüspansiyonlar bulunur.

Lipozomlar

Lipozomlar, sulu bir çekirdeğin tamamen doğal veya sentetik fosfolipidlerden oluşan bir membranöz lipid çift tabakası ile çevrelendiği veziküllerdir. Hazırlama yöntemine bağlı olarak, lipit veziküller, sırasıyla birçok, birkaç veya bir çift katmanlı kabuk(lar) içeren çoklu, oligo- veya tek katmanlı olabilir. Vezikülün çapı büyük ölçüde 10 ile 1000 nm arasında değişebilir.

Birinci nesil (geleneksel) terapötik lipozomların sulu çekirdeği, hidrofilik biyoaktif bileşiği içeriyordu. Daha sonraki nesil lipozomlar, hidrofobik bileşikleri de tutabilir ve in vivo dolaşım süresini artırmak ve tıbbi maddenin hedeflenen ve zamanlanmış dağıtımını sağlamak için ek modifikasyonlar taşıyabilir [37]. Farklı lipozom tiplerinin bir şeması Şekil 3’te görülebilir.

Şekil 3. Farklı tipteki lipozomal ilaç dağıtım sistemlerinin bir temsili

Lipozomlar, ultrason sonikasyonu, dehidrasyon-rehidrasyon, ters fazlı buharlaştırma, donma-çözülme döngüleri, vezikül ekstrüzyonu, vb. çeşitli yöntemlerle fosfolipidlerin sulu bir çözeltisinden hazırlanır [31]. Ortaya çıkan tuzak verimliliği çok farklı olabilir. Elde edilen lipozomların boyutunda ve katmanlılığında optimum kontrol, genellikle, tanımlanmış boyutta gözeneklere sahip filtreler kullanılarak ekstrüzyon yoluyla elde edilir. Terapötik lipozomların istenen bölgeye hedeflenmesi vezikül yüzeyine ligandlar eklenerek elde edilir [37].

Lipozomların nanotaşıyıcılar olarak dezavantajları vardır. Bunlar arasında nispeten düşük ilaç yükleme kapasiteleri ve kararsızlıkları ile çeşitli yardımcı maddelerden (örneğin PEG3350) dolayı potansiyel immünojenisite riski vardır [11].

Şu anda, birkaç lipozomal formülasyon klinik kullanımdadır. Uygulamalar arasında hedeflenen sitotoksik ajanlar, intraoküler uygulamalar, T4 endonükleaz V preparasyonları ile aşırı UV duyarlılığı olan hastalar için ışınlama sonrası tedaviler yer almaktadır [95, 13, 49].

Polietilen glikol (PEG)-konjuge lipozomlar şu anda hem Comirnaty (Pfizer BioNTech) hem de Spikevax (Moderna) aşılarında kullanılmaktadır.

Katı lipid nanoparçacıkları (SLN’ler)

SLN’ler katı bir lipid matrisinden (trigliseritler, steroidler, yağ asitleri, mumlar, vb.) oluşur. Lipozomların aksine, SLN’ler endüstriyel olarak ölçeklenebilir. SLN’lerin çeşitli antiviral ilaçlar (ritonavir, maraviroc, darunavir, efavirenz, zidovudin, lopinavir, dolutegravir ve diğerleri) için taşıyıcı olarak kullanım geçmişi vardır – ayrıntılar için aşağıya bakın.

Daha sonraki nesil SLN’ler, nanoyapılı lipid taşıyıcılardır (NSLC’ler). SLN’lerin aksine, NSLC’lerdeki lipidler sıvı haldedir ve artan stabilite ve geliştirilmiş kontrollü salım modeli sağlar.

Nanoemülsiyonlar

Nanoemülsiyonlar (NE), emülsiyon haline getirilmiş yağlar, su ve yüzey aktif maddelerden oluşan küresel tek fazlı sistemlerdir. NE’lerin yüksek yükleme kapasitesi, artan hidrofilikliği ve gelişmiş biyoyararlanımı vardır. Nanoemülsiyonlar, proteaz inhibitörleri (saquinavir, indinavir) gibi anti-HIV ilaçlarının formülasyonlarını geliştirmek için kullanılmıştır [90].

Kendinden nanoemülsifiye edici ilaç dağıtım sistemleri (SNEDDS), NNRTI ilacı nevirapin gibi hidrofobik ilaçların taşıyıcıları için kullanılan tek fazlı yağ-su-yüzey aktif madde sistemlerinin başka bir formülasyon türüdür (aşağıya bakınız) [Selvam ve Kulkarni, 2014]. Bugüne kadar, pulmoner epitele hedeflenen teslimat için bir nanoemülsiyon [68] ve antiviral ilaç favipiravir içeren katı lipit nanoparçacıklarının bir süspansiyonu [87] geliştirilmiştir. Şimdiye kadar, in vitro çalışmalarda elde edilen sonuçlar cesaret vericidir.

3.1.2. Polimer bazlı nanoformülasyonlar

Nanoformülasyonların hazırlanmasında çeşitli doğal ve sentetik polimerler kullanılabilir. Hidrofilik polimerler jelatin, albümin, aljinat, dekstran, kitosan, agaroz ve diğerlerini içerebilir. Nanoformülasyonlarda kullanılan hidrofobik polimerler, polilaktik asit (PLA), polilaktid-ko-glikolik asit (PLGA), polistiren, polikaprolakton (PECL), polimetakrilat (PMMA) ve diğerlerini içerebilir. Farmakokinetiği geliştirmek, potansiyel immünojenisiteyi azaltmak ve pH, sıcaklık ve diğer uyaranlardaki değişikliklere yanıt olarak ilacın uyaranla tetiklenen salınımını sağlamak için yüzey modifikasyonları uygulanabilir. P-gp ve diğer çoklu ilaç direnci (MDR) proteinlerini inhibe eden özel polimerler, özellikle onkoloji amaçları için geliştirilmiştir.

Polimer bazlı nanoformülasyonlar, polimerik miselleri, polimerik katı nanoparçacıkları, nanokapsülleri ve nanoküreleri içerir.

Polimerik miseller

Polimerik miseller, her biri bir hidrofobik ve bir hidrofilik alt birimden oluşan amfifilik kopolimerlerden yapılmış nano boyutlu yapılardır. Unimerler, hidrofobik bir çekirdek ve misel adı verilen hidrofilik bir kabuk ile yapılar oluşturmak üzere birleşirler. Hidrofobik çekirdek, zayıf suda çözünürlüğe sahip ilaçları içerirken hidrofilik kabuk ilaç kargosu, ilacın taşınmasından ve hedeflenen salınımından sorumludur.

Hidrofobik çekirdek oluşturucu polimerler, polyesterler, polikaprolakton, poli (l-amino asitler) ve diğerleri olabilir. Polietilen glikol genellikle hidrofilik kabuğun ana bileşenidir. Hidrofilik kabuğa sialik asit kalıntılarının eklenmesi gibi çeşitli modifikasyonlar denenmiştir. Bir çalışmada, viral girişi önlemek için influenza virüsünün hemaglutininini bağlamak için sialillenmiş dış kabuk kullanılmıştır [1].

Polimerik nanopartiküller

Polimerik nanopartiküller, çeşitli doğal veya sentetik polimerlerle üretilebilir. Nanokapsüller, ilacı çekirdeklerine hapseden polimerik nanopartiküllerdir. İlaç yüzeye adsorbe edildiğinde veya nanoparçacık matrisine gömüldüğünde, yapı nanosfer olarak adlandırılır. Efavirenz, lopinavir, ritonavir ve diğerleri gibi daha yeni anti-HIV ilaç formülasyonları geliştirmek için polimerik nanopartiküller kullanılmıştır.

Polimer ilaç konjugatları

Polimer ilaç konjugatları, bir polimer ve kovalent olarak bağlı bir ilaçtan oluşur. İlaç tipik olarak küçük bir moleküldür ancak daha büyük bir molekül olabilir, örn. bir protein. Polimer ilaç konjugatlarının çoğu uygulamaları klinik onkolojide (örn. daunorubisin, doksorubisin, metotreksat, melfalan) ve oftalmolojide (örn. daunorubisin) [62, 20] ve aynı zamanda antiviral tedavidedir. PEGile interferonlar, uzun bir süre için, HCV’nin tek yüksek etkili tedavisiydi [17]. Zidovudin (AZT) konjugatları tipik olarak geleneksel AZT’den daha uzun plazma yarı ömürleri sergiler [38]. 2018’de Andersen vd., ART’nin anti-HIV ilaçlarının bir kombinasyonunun birincil insan T hücrelerine çok umut verici sonuçlarla verilmesi için N-(2-hidroksipropil) metakrilamid (PHPMA)-albümin kopolimerini kullandı.

Nanokapsüller

Bir nanokapsül, bir çekirdek (ilacın hapsedildiği yer) ve bir kabuktan oluşur. Nanokapsüller, lipozomlardan önemli ölçüde daha fazla miktarda ilaçla yüklenebilir ve kontrollü ve hedefe yönelik ilaç dağıtımı için kullanılabilir. Poli (izo-bütilsiyanoakrilat) çekirdekli, AZT trifosfatı ve polietilenimin kabuğunu tutan nanokapsüller tasarlanmıştır.

Nanosferler

Nanoküreler, ilacın içine alınmadığı, aksine matris içinde dağıldığı küresel yapılardır. Nanosferler, nanokapsüllerden daha küçüktür ve hızlı ilaç klirensine tabi tutulabilir. Asiklovirin nanokürelerdeki topikal formülasyonları, herpes simpleks virüsünün neden olduğu enfeksiyonların tedavisi için denenmiştir.

Lipid-polimer hibrit nanoformülasyonlar

Çoğu zaman, viral bir enfeksiyonun tedavisi için tek bir ilaç yeterli değildir. Öte yandan hastadan ikiden fazla ilaç alması istendiğinde hasta uyumu azalmaktadır. Bu nedenle, farklı fizikokimyasal özelliklere sahip birden fazla ilacın tek uygulama aracı ile verilmesi gerekebilir. Bu, lipid-polimer hibrit nanopartiküller kullanılarak elde edilebilir. Polimer çekirdek-lipid kabuk nanoparçacıkları, içi boş çekirdek/kabuk lipid-polimer-lipid hibrit nanoparçacıkları, lipid çift katmanlı kaplamalı polimerik nanoparçacıklar ve polimer kafesli nanoparçacıklar dahil olmak üzere çeşitli hibrit nanotaşıyıcı sistemler geliştirilmiştir. Temel olarak, hibrit lipit-polimer nanoformülasyonları, bir veya daha fazla dış lipit tabakası veya lipit-polimer tabakası içine alınmış bir iç polimerik çekirdekten oluşur. Polimer kafesli nanopartiküller, lipozom yüzeyinin polimerlerle çapraz bağlanma ile modifiye edildiği lipozom teknolojisine dayandıkları için biraz farklıdır. Lipid-polimer hibrit nanoformülasyonlar, ilaç yükleme ve yüksek kapsülleme verimliliği için çok yüksek kapasite sergiler.

Lipid-polimer hibrit nanoformülasyonlarının bir çeşidi, nanopartiküllerin yüzeylerinin hücre yüzeyi proteinlerini taklit edecek şekilde değiştirildiği biyomimetik lipid-polimer hibrit nanoformülasyonlardır. Bu kategori, virüs benzeri partikülleri (VLP’ler) ve virozomları içerir (aşağıya bakınız).
Uyarana dayalı lipid-polimer hibrit nanopartiküller, pH, sıcaklık ve manyetik alan gibi çeşitli uyaranlara yanıt olarak kapsüllenmiş ilacı salma yeteneğine sahip başka bir lipit-polimer hibrit nanoformülasyon çeşididir. Böylece istenilen siteye zamanında teslimat yapılabilir. 2012’de, tenofovirin yavaş intravajinal iletimi için ısıya duyarlı bir nanotaşıyıcı olarak metilselüloz stearat önerildi [38]. Benzer şekilde, theaflavin (hidrofilik olan bir antioksidan) ve nifeviroc’un (hidrofobik olan bir antiviral) birlikte verilmesi için HIV bulaşmasının ön-maruziyet profilaktiği olarak intravajinal uygulama için bir hibrit ısıya duyarlı hidrojel geliştirilmiştir. Antiviral ilaçların burun içinden verilmesi için ısıya duyarlı hidrojeller de denenmiştir.

Nanopartiküller farklı boyut ve şekillerde olabilir. Şekil bazlı lipid-polimer hibrit nanoformülasyonlar, nano ölçekli bir partikülün şeklinin hücre-hücre etkileşimi, ilaç alımı ve biyolojik dağılım üzerinde önemli bir etkiye sahip olabileceği gözlemine dayanmaktadır [8]. Örneğin, küresel olmayan nanoparçacıkların, kanser tedavisinde küresel parçacıklara kıyasla daha yüksek terapötik etkinlik sağladığı bulunmuştur [74]. Bu nedenle, ilaçların farmakokinetik özelliklerini iyileştirmek için farklı şekiller ve yapılar araştırılmıştır.

3.1.3. Dendrimerler

Dendrimerler, merkezi bir çekirdek, bir iç kabuk ve çeşitli modifikasyonlar taşıyan bir dış kabuktan oluşan, 2-10 nm çapında, oldukça dallanmış üç boyutlu sentetik nano mimarilerdir [83]. Çok basit bir dendrimerin şeması Şekil 4’te görülebilir.

Dendrimer çekirdeği, çeşitli moleküllerin tutulmasına izin verir ve yüzeydeki fonksiyonel gruplar, istenen hedeflerle etkileşime izin verir. Dendrimerler daha uzun sirkülasyon süreleri ve gelişmiş çözünürlük ve stabilite ve hedeflenen teslimat sergiler. Dendrimerler, yapı taşları moleküllerinin bir başlatıcı moleküle sıralı olarak eklenmesiyle sentezlenir. Şu anda ticari olarak temin edilebilenler, poliamidoamin, polipropilen imin ve poli-l-lisin dendrimerlerden yapılmış dendrimerlerdir. Dış kabuk kovalent olarak modifiye edilebilir (örneğin esterlenmiş, glikosile edilmiş vb.) veya proteinlere, peptitlere vb. konjuge edilebilir. Polianyonik karbosilan dendrimerler, HIV ve herpes simpleks virüslerine karşı bariyer koruması için topikal mikrobisitler olarak kullanılmıştır. Garcia-Gallego ve ark. 2015 yılında karbosilan dendrimerlerinin HIV-1’in epitel hücrelerine içselleşmesini ve periferik kan mononükleer hücrelerine girişini engelleyebileceğini gösterdi. Tiollenmiş dendrimerler, sürekli asiklovir salınımı sergiledi.

Şekil 4. Polietilenimin dendrimer üretimi.

3.1.4. Karbon bazlı nanoformülasyonlar

Karbon bazlı nanoformülasyonlar, karbon nanotüpleri, grafen oksit nanoparçacıklarını ve fullerenleri içerir.

Grafen

Grafen, grafitin iki boyutlu düzlemsel bir türevidir. Biyomedikal amaçlar için, grafen bazlı malzemeler, biyouyumluluğu artırmak ve toksisiteyi azaltmak için çeşitli fonksiyonel gruplarla modifiye edilir. Hem hidrofilik hem de hidrofobik ilaçlar kapsüllenebilir. Fonksiyonel gruplar, çeşitli biyolojik moleküllerin bağlanması için yerler sağlamak üzere tasarlanabilir.

Karbon nanotüpler (CNT’ler), bir veya daha fazla grafen levhadan yapılmış duvarları olan içi boş silindirik nanotüplerdir. Silindir, bir veya iki ucunda fulleren ile kapatılabilir. CNT’ler ilaç yükleme ve kontrollü salım potansiyeli açısından mükemmel özelliklere sahiptir, ancak pulmoner toksisite ve yüksek hidrofobiklik nedeniyle tıbbi uygulamaları oldukça sınırlıdır. Daha yeni CNT türleri, azaltılmış toksisite ve artan biyolojik olarak parçalanabilirlik sergiler.

Fullerenler

Fullerenler, nano boyutlu içi boş bir kafes oluşturan karbon yapılarıdır. Fullerenlerin, sterik blokaj yoluyla HIV, HCV ve influenza virüs replikasyonunu inhibe ettiği ve viral nükleoprotein ekspresyonunu inhibe ettiği bulunmuştur.

3.1.5. İnorganik nanoformülasyonlar

Kuantum noktaları (QD’ler), yarı iletken özelliklere sahip nanokristallerdir. İnorganik bir çekirdek (yarı iletken özelliklerinden sorumlu silikon, kadmiyum selenit, kadmiyum sülfür veya indiyum arsenitten yapılmış), hidrofilik bir kabuk ve bir kapaktan oluşurlar. Kuantum noktaları, önceden ayarlanmış dalga boylarında ışığı emip yayabildikleri için uygulamalarını ağırlıklı olarak biyomedikal görüntülemede bulur. İlaç taşıyıcı sistemler olarak, HIV tedavisinde modifiye QD’ler kullanılmıştır [42].

Metal ve metal oksit nanoparçacıkları

Metal nanopartiküller kendilerine ait mikrobisidal ve antiviral aktiviteye sahip olabilir. Bunlar gümüş, altın, bakır, titanyum, seryum oksitler ve diğerleridir. Metal nanopartiküllerin yüzeyi, moleküler etkileşimi, biyoyararlanımı ve konjuge ilacın salınımını iyileştirmek için çeşitli gruplarla işlevselleştirilebilir. Küçük enterferans yapan RNA’lar AuNP’lere konjuge edilmiştir ve ortaya çıkan formülasyon, dang virüsü replikasyonunu ve virionun salınmasını inhibe etmiştir. Gümüş nanopartiküllerin, hücre kültürlerinde hemaglütinasyonu ve H1N1 influenza A virüsünün neden olduğu apoptozu inhibe ettiği bulundu. Tannik asit ile konjuge gümüş nanopartiküllerin, HSV-2 enfeksiyonunu in vivo ve in vitro azalttığı gösterilmiştir. Çinko oksit nanoparçacıkları, viral aktivitenin baskılanması açısından umut verici sonuçlarla HSV-2 ile vajinal enfeksiyonların fare modellerinde incelenmiştir.
İnorganik nanopartiküllerin kullanımı, toksisite endişeleri nedeniyle büyük ölçüde sınırlıdır [43]. Daha yeni formülasyonlar geliştirilmektedir, ancak insanlarda klinik deneyler hala ciddi şekilde sınırlıdır.

3.1.6. Nükleik asit bazlı nanoteknolojiler

Aptamerler

Aptamerler, temel olarak, diğer nükleik asitler ve proteinler gibi diğer moleküllere spesifik olarak bağlanabilen kısa nükleik asit (oligonükleotitler) veya protein dizileridir (peptidler). Spesifik bir üçüncü kategoride, doğal ve kimyasal olarak modifiye edilmiş DNA veya RNA oligonükleotitlerinin bir kombinasyonu olan X-aptamerler yer alır. Aptamerler, nükleaz stabilitesini ve bağlanma afinitesini arttırmak için tiyofosfat omurgasına sahip olabilir [45].

Aptamerler en az 20 yıldır terapötik potansiyel için denenmiştir. Örneğin, PEGillenmiş aptamerler vasküler endotelyal büyümeyi hedeflemek için kullanılmış ve elde edilen preparasyon (pegaptanib, Macugen by Bausch & Lomb), maküler dejenerasyonda intravitreal enjeksiyon faktörü olarak onaylanmıştır [85]. Faktör IXa, trombin ve von Willebrand faktörü gibi kilit pıhtılaşma kaskad üyelerini hedefleyen aptamerler, potansiyel antikoagülanlar olarak test edilmiştir [57].

Onkoloji, terapötik aptamerlerin geliştirilmesi için çok geniş bir alandır. Nükleolin, prostat spesifik membran antijeni (PSMA), karsinoembriyonik antijen (CEA), MUC1, ErbB-2 ve prokarsinogenezde önemli rol oynayan diğer proteinlere karşı aptamerler de kanser tedavi stratejileri olarak araştırılmıştır [72, 43, 22, 86]. Bununla birlikte, kanser tedavisi için henüz hiçbir aptamer onaylanmamıştır.
Enfeksiyon hastalıkları alanında, aptamerlerin ters transkriptaz ve integraza bağlanarak HIV enfeksiyonunun çeşitli aşamalarını engellediği bulunmuştur [19, 71]. İnfluenza virüsünün hemaglutinin, aptamerler tarafından başarıyla hedeflenmiştir [53]. SARS-CoV ve SARS-CoV-2 için Aptamer tabanlı biyosensörler tasarlanmıştır [16, 70; 63]. 2021’de, aptamerler, spike proteinin ACE reseptörüne bağlanmasını önlemek için Sun vd. tarafından kullanıldı [82].

Antisens nükleotidler (ASO’lar)

Antisens nükleotidler, mRNA’ları bağlamak ve inhibe etmek için özel olarak tasarlanmış kısa, tek sarmallı, yapay olarak oluşturulmuş nükleik asitlerdir. Viral hastalıklarla mücadele etme potansiyeline sahip ASO’lar, virüsün enfektif potansiyelinin yayılması için kritik öneme sahip proteinleri kodlayan mRNA’ları hedefler. Bu ailenin ilk onaylanmış üyesi, sitomegalovirüsten (CMV) sorumlu ana erken proteinleri kodlayan bir diziyi tamamlayan 21 bp’lik bir oligodeoksiribonükleotit olan fomivirsen’dir (Vitravene, Novartis). Vitravene, 2002 yılında ‘ticari nedenlerle’ piyasadan çekilmiştir [Public Statement on Vitravene (fomivirsen) (europa.eu)].

Etki, farmakokinetik ve toksisite açısından kimyasal özelliklerinde farklılık gösteren üç nesil ASO vardır. Birinci nesil ASO’lar, hidrolize karşı direnci artırmak için bir fosforotiyoat omurgasına sahiptir. Fomivirsen birinci nesil bir ASO’ydu. İkinci nesil ASO’lar, şeker parçasının 2. konumunda sterik blokerler olarak hareket etmelerine izin verecek şekilde değiştirilir. Daha iyi bilinen ikinci nesil ASO’lardan biri olan Mipomirsen (Kynamro, Genzyme), piyasaya sürüldükten kısa bir süre sonra ciddi yan etkiler nedeniyle Avrupa İlaç Ajansı tarafından reddedildi [http://www.fiercebiotech.com/regulatory/ema-committee-shoots-down-sanofi-s-cholesterol-drug-mipomersen]. Üçüncü nesil ASO’lar (örneğin, Duchenne musküler distrofisinin tedavisi için AVI BioPharma International tarafından ExonDys olarak pazarlanan eterlipsen), önceki nesillere kıyasla üstün nükleaz direncine, artan hedef afinitesine ve farmakokinetiğine sahiptir.

2004 yılında, ilk insan beta-koronavirüs salgınından kısa bir süre önce, nedensel ajan SARS-CoV’ye karşı birkaç ikinci nesil ASO bildirilmiştir [56]. Virüsün ana poliproteininin (ORF1) ve 5′-UTR düzenleyici sekansının açık okuma çerçevesini hedeflemek için tasarlandılar. In vitro, önemli antiviral aktivite gösterdiler. Daha sonra, ORF1’in translasyon başlatma bölgesini hedefleyen ASO’lar ve birden fazla poliproteini (yaygın olarak ‘pseudoknot’ olarak adlandırılan) kopyalamak için çerçeve kaymasının meydana geldiği bölge tasarlandı [1]. Daha sonra, AVIBiopharma viral RNA’nın 3-UTR’sini hedefleyen ASO’lar geliştirdi [AVI BioPharma’s NeuGene antisense drugs inhibit SARS coronavirus (pharmabiz.com)]. 2020’de, altın nanopartiküllere (AuNP’ler) bağlı ASO’lara dayalı SARS-CoV-2 RNA’nın varlığı için hızlı ve hassas bir tespit sistemi rapor edildi [51]. ASO’lar birinci nesle aitti ve SARS-CoV-2’nin nükleokapsid fosfoprotein geni için spesifikti. Yazarlar, kolorimetrik çıplak göz tahlillerinin, özel ekipmana ihtiyaç duymadan SARS-CoV-2 viral genomunun birkaç kopyasını tespit edebildiğini iddia etti.

Küçük interferans yapan RNA’lar (siRNA’lar)

siRNA’lar, COVID-19 tedavisinde umut vaat eden küçük çift sarmallı RNA molekülleridir. siRNA ailesinin anahtar üyeleri, günümüzde genetik hastalıkların tedavisinde kullanılan patisiran ve givosiran’dır. Hem patisiran hem de givosiran birinci sınıf ilaçlardı [9]. FDA’nın tanımına göre, belirli bir tıbbi durumu tedavi etmek için “yeni ve benzersiz etki mekanizması” ile çalışan “sınıfında bir ilk” ilaçtır [FDA approves first-of-its kind targeted RNA-based therapy to treat a rare disease | FDA].

Patisiran (Onpattro, Alnylam), kalıtsal transtiretin (hTTR) amiloidozu olan hastalarda polinöropati tedavisi için onaylanmıştır [Onpattro | European Medicines Agency (europa.eu)]. Patisiran, bozunma ürünleri birçok doku ve organda biriken yanlış katlanmış bir protein üreten TTR geninin mutant bir formunun mRNA’sını hedefler. hTTR amiloidozunun tedavisi için Alnylam tarafından üretilen daha yeni bir siRNA ilacı revusiran’dır. Givosiran (Givlaari by Alnylam), ALAS1 genindeki mutasyonların neden olduğu genetik bir hastalık olan akut hepatik porfirinin tedavisinde kullanılan başka bir siRNA ilacıdır. Givosiran’ın, etkilenen hastalarda akut porfiri ataklarının insidansını azalttığına ve AHP’nin ana semptomu olan kronik ağrıyı azalttığına inanılmaktadır [Balwani ve ark., 2020]. Daha önce geliştirilen Ebola aşılarından biri olan TKM-Ebola (Arbutus Biopharma Corporation tarafından), LNP’lerde kapsüllenmiş siRNA’dan oluşuyordu. Ancak TKM-Ebola, alerjik reaksiyon riskinin artması nedeniyle klinik çalışmaların sonraki aşamalarına ulaşamadı.

Nanoteknoloji, üç Alnylam siRNA formülasyonunun tümü ile ilaç salımını iyileştirme gücünü zaten göstermiştir. Patisiran karaciğere (mutant genin normal olarak eksprese edildiği yerde) nükleaz direnci bozulmasını artıran ve hedef hücrelere iletimi kolaylaştıran bir lipid-nanopartikül formülasyonu içinde verilir. Givosiran ve revusiran’daki siRNA, hedefe daha iyi bağlanmayı sağlamak için siyalik asit kalıntıları içeren bir liganda kovalent olarak bağlıdır ve verimli hepatik uygulama için lipit nanopartiküller içine paketlenir. siRNA’lar, polimer taşıyıcılar veya katyonik lipitler (lipozomlar veya lipit nanoparçacıkları) kullanılarak hücrelere transfekte edilir.

Katı lipid nanopartiküller içinde paketlenmiş siRNA’lar, hayvan modellerinde kullanıldığında SARS-CoV-2’ye karşı oldukça etkili olmuştur [33, 4]. siRNA, özellikle SARS-CoV-2 genomunun korunmuş bölgelerini hedefler. Formülasyon, farmasötik maddenin SARS-CoV-2 replikasyonu için birincil bölge olarak tercihen akciğerlere verilmesine izin verir, ancak yazarlar, parametrelerin varyasyonu ile yüklü nanopartiküllerin karaciğeri, dalağı ve muhtemelen diğer dokuları hedefleyebileceğini göstermiştir. Bu çok yönlülük, çoklu sistem hastalığı olduğu ve hasarını akciğerlerin çok ötesine taşıyabileceği için COVID-19’da çok değerli olabilir. Şu anda (Ocak 2022 itibariyle), 18 ila 21 nükleotit arasında değişen 100.000’den fazla siRNA içeren, SARS-CoV-2’yi hedefleyen bir siRNA veritabanı oluşturulmaktadır [47]. Bunun COVID-19’a karşı yeni siRNA bazlı ilaçların tasarım sürecini hızlandırması beklenebilir.

3.2. Antiviral ilaçların dağıtımı için özel olarak geliştirilmiş nanoformülasyonlar

Modern antiviral tedavi çok etkilidir ancak sınırlamaları vardır. Birçok hasta çoklu ilaç rejimine ihtiyaç duyacaktır, ancak antiviral ilaçlar diğer reçeteli ilaçlarla olduğu gibi birbirleriyle de etkileşime girebilir. Bazı hastalar uzun süreli tedavi gerektirecektir (bazı çalışmalarda uzun süreli COVID sendromu insidansı %40-50’ye ulaştığı için COVID-19 bir istisna oluşturmaz [54]). Antiviral ilaçlar zayıf biyoyararlanımlara ve kısa yarı ömürlere sahip olabilir, bu da çoklu dozlama ihtiyacına ve sırasıyla zayıf hasta uyumuna neden olur. Düşük biyoyararlanımı telafi etmek için daha yüksek dozların uygulanması toksik etkilere neden olabilir. Birkaç gün veya haftadan fazla tedavi gerektiren hastalarda ilaç direnci gelişimi yaygındır. Birçok virüs, çoğu ilaç için tipik olarak erişilemeyen bölgelere yayılabilir (genellikle CNS, lenfatik sistem ve eklem sıvısı gibi virüs sığınakları olarak adlandırılır). Son olarak (ama önemi olmayan), virüs, proteinlerini ve nükleik asitlerini sentezlemek için konağın hücresel aygıtını kullandığından, virüse ve hedef hücrelere karşı antiviral ajanların farklı seçiciliğinin çok önemli olabileceği gerçeğidir.

İlaç dağıtımı için nanoteknoloji tabanlı yeni platformlar, bu sorunların çoğuna çözüm bulmada yardımcı olabilir. RNA içeren virüslerin neden olduğu hastalıkların ilaç tedavisi hakkında sahip olduğumuz en büyük veri miktarı HCV ve HIV ile ilişkili durumlar ve griptir. HIV ve HCV enfeksiyonlarının tedavisi için başarıyla kullanılan birçok ilaç SARS-CoV-2’ye karşı aktivite için denendi ve birçoğu COVID-19’da yeniden kullanıldı.

HCV ve HIV (ve bazıları COVID-19 için) tedavisi için onaylanan antiviraller, çok geniş bir şekilde, etki bölgelerine ve ana mekanizmalarına bağlı olarak birkaç sınıfa ayrılabilir:

1. Interferonlar (IFNs);
2. Giriş engelleyiciler;
3. Nükleozid/nükleotid analogları;
4. Non-nucleoside analogues;
5. Proteaz inhibitörleri;
6. İntegraz inhibitörleri;
7. Antisens nükleotidler;
8. Küçük interferans RNA’lar (siRNAs);
9. Diğerleri.

Şu anda COVID-19’a karşı aktivite için test edilen ASO’lar ve siRNA’lardan önceki bölümde zaten bahsedilmişti.

İkinci grup, “Diğerleri”, antimalaryaller (örneğin hidroksiklorokin), antihelmintikler (levamizol, ivermektin), antidepresanlar (fluvoksamin) vb. gibi normalde klinikte başka amaçlar için kullanılan çeşitli ilaçlardan oluşur. Önceki gruplara özgü aktiviteler sergileyebilirler (replikasyon inhibitörleri, proteaz inhibitörleri, vb.). Bunlardan bazıları, örneğin ivermektin, in vitro antiviral aktiviteye sahiptir, ancak in vivo sonuçlar henüz ortaya çıkmamıştır veya cesaret verici değildir [39]. Diğerleri (potansiyel proteaz inhibitör aktivitesine sahip bromheksin hidroklorür gibi) semptomatik hastalığı önleme açısından in vivo olarak bir miktar aktivite göstermiştir ancak etkiler sahada daha fazla araştırmayı haklı çıkaracak kadar önemli değildir veya erken faz klinik deneyler henüz bitmedi [48]. Klorokinin, SARS-CoV’nin virüs-endozom füzyonuna müdahale ettiği, ACE2 reseptörlerinin glikosilasyonunu inhibe ettiği [93, 94] ve fosfolipaz A2 aktivitesinin inhibisyonu ve sitokin üretimi ve salınımını bloke ederek anti-inflamatuar etkilere sahip olduğu gösterildi [2], ancak SARS-CoV-2 için önemli antiviral etkiler gözlenmedi. Seçici serotonin seçici geri alım inhibitörü (SSRI) grubunun bir antidepresanı olan Fluvoksamin, başlangıçta COVID-19 hastaları için bir tedavi olarak daha fazla umut vaat etti, ancak devam eden çalışmalar, fluvoksaminin hastalık şiddeti üzerinde bir etkisi olup olmadığını netleştirmek için daha büyük çalışmalara ihtiyaç duyulabileceği dışında hiçbir şey göstermemektedir [91]. İlacın etkili hedefli salınımını sağladığı bildirilen katı lipid nanoparçacıkları içeren bir fluvoksamin formülasyonu hakkında bir rapor 2019’da yayınlandı [35]. Bu çalışmalara dayalı ticari bir hazırlık henüz çıkmadı.

COVID-19 pandemisi, virüsten etkilenenlerde ve sevdiklerinin hastalıkla mücadelesine tanık olanlarda önemli psikolojik sıkıntılara neden oldu. Böyle zamanlarda tipik olduğu gibi, medya tarafından geniş çapta ilan edilen ‘harika tedaviler’ ortaya çıktı. Bunların çoğu, uzun vadede, onları alanlara önemli bir fayda göstermedi. Bunun yerine, etkilenen birçok hasta “harika tedavilerini” kullandıktan sonra daha da kötüleşti ve sırasıyla uygun tedaviyi aramak için doğru zamanı kaçırdı. Hidroksiklorokin, ivermektin, bromheksin ve diğerleri, kısa (henüz) hak edilmemiş şöhret dönemlerini yaşadılar. Bunların hiçbiri önemli klinik faydalar göstermedi ve güvenilir ileri çalışmalar hastaneye yatış ve ölüm oranlarını düşürdüklerini kesin olarak kanıtlayana kadar COVID-19’lu hastalar tarafından kullanılmaları önerilmemelidir.

3.2.1. Interferonlar

İnterferonlar, normalde enfekte olmuş konağın bağışıklık sistemi tarafından üretilen sinyal proteinleridir ve virüsün hücre içinde replikasyonuna müdahale eder (dolayısıyla adları). Daha önce viral hepatit tedavisinde kullanılan IFN’lerin replikasyon için gerekli proteinlerin sentezine müdahale etme kapasitesi şu anda ağırlıklı olarak multipl skleroz ve çeşitli kanserlerin tedavisinde kullanılmaktadır. Temel bir nano ölçekli teknoloji olarak interferonların PEGilasyonu, ilacın hedefine etkili bir şekilde bağlanmasını sağlamak için klirens sürelerini artırmak için kullanılmıştır [89]. PegIntron (Merck tarafından üretilmiyor), 2016 yılına kadar hepatit B ve C tedavisinde kullanılan interferon alfa-2b’nin ticari bir müstahzarıdır. Pegasys (Genentech), bugüne kadar, yetişkinlerde hepatit B tedavisi için FDA ve EMA tarafından onaylanan tek PEGillenmiş interferon olmaya devam etmektedir [https://www.natap.org/2005/HBV/051605_02.htm; https://www.ema.europa.eu/en/documents/product-information/pegasys-epar-product-information_en.pdf]. PEG-interferon alfa-2a (lösemi, malign melanom, polisitemi vera, esansiyel trombositemi ve diğerlerinin tedavisinde kullanılan Roche by Roferone), ciddi yan etkiler ve daha güvenli ilaçların bulunması nedeniyle yakın zamanda durdurulan başka bir interferon ilacıdır [https://pharmac.govt.nz/medicine-funding-and-supply/medicine-notices/interferon-alfa-2a/]. İnterferon beta-1a (Rebif by Merck ve Pfizer) şu anda nükseden multipl skleroz tedavisinde onaylanmıştır [https://www.pfizer.com/news/press-release/press-release-detail/emd_serono_and_pfizer_announce_fda_approval_of_rebif_rebidose_interferon_beta_1a#:~:text=announced%20today%20that%20the%20U.S.,of%20multiple%20sclerosis%20(MS).].

Altın nanopartiküller, hepatit C virüsü (HCV) enfeksiyonunun klinik tedavisi için potansiyel bir interferon alfa taşıyıcısı olarak incelenmiştir [36]. Poli (laktik-ko-glikolik asit ve polimerlerden oluşan nanopartiküllere dayalı bir sürekli ilaç dağıtımı IFN-β-1a formülasyonu geliştirilmiş ve 2020’de in vitro olarak test edilmiştir [24]. Yazarlar, formülasyonun interferon verme etkinliğini arttırdığını ve IFN-β-1a’nın ilişkili yan etkilerini azaltma potansiyeline sahipti. COVID-19’lu hastaların tedavisinde IFN denemeleri hakkında çok sayıda rapor vardır [32, 64, 52]. IFN-alfa’nın viral saçılımı azalttığı ve COVID-19 ile ilişkili inflamasyonu baskıladığı, IFN-beta’nın daha hızlı viral klirens ile ilişkili olduğu gösterilmiştir [46]. Sodeifian ve arkadaşları, hayvan çalışmalarından elde edilen verilerin, IFN uygulamasının COVID-19’un erken evrelerinde veya hafif ila orta şiddette hastalıkta uygulanmasının koruyucu etkisinin olabileceğini gösterdiğine dikkat çekiyor, ancak daha sonraki aşamalarda ve ağır hastalıkta hastalara önemli zararlar verebilir [80]. IFN’lerin COVID-19’dan ölüm oranı üzerindeki etkisi, farklı çalışmalarda büyük ölçüde farklı olarak bildirilebilir. Şiddetli COVID-19 hastalarında IFN-beta kullanımına ilişkin bir randomize kontrollü çalışma, IFN alan grupta daha düşük bir ölüm oranı bildirdi, ancak hastalara standart antiviraller (lopinavir/ritonavir veya atazanavir/ritonavir) dahil başka ilaçlar da verildi. [44]. Başka bir çalışma, IFN beta kullanımının mortalitede anlamlı bir farklılık göstermediğini bildirdi [21]. Standart tedaviye ek olarak PEGillenmiş IFN-alfa 2b kullanımına ilişkin çalışmalar, bunun hızlı viral klirens ve iyileştirilmiş klinik durum ile sonuçlandığını göstermiştir [12]. Daha önce geliştirilen nanoteknoloji tabanlı sistemlerin, COVID-19 hastalarında antivirallerin etkin bir şekilde verilmesi için kullanılması mümkündür, ancak interferon kullanımından kaynaklanan tartışmalı sonuçlar, henüz büyük klinik deneylerin yapılmasını engellemiştir.

3.2.2.Nükleozid/nükleotid ters transkriptaz inhibitörleri (NRTI’ler)

NRTI’ler viral nükleik asidin replikasyonuna müdahale ederek çalışırlar, genellikle büyüyen polinükleotit zincirine eklendikten sonra zincirin uzamasını sonlandıracak bir nükleosit analoğu sunarlar ve virüsün nükleik asidinin replikasyonunu inhibe ederler. Ters transkriptaz inhibitörleri, HIV tedavisinde kullanımlarıyla ilgili olarak kapsamlı bir şekilde incelenmiştir. Antiretroviral tedavinin (ART) mevcut klinik uygulaması, iki (veya daha fazla) NRTI ve bir NNRTI veya bir proteaz veya integraz inhibitörünün bir kombinasyonundan oluşan birinci basamak anti-HIV tedavisini önermektedir. Hastanın özelliklerine bağlı olarak bir giriş inhibitörü eklenebilir, ancak pahalı olmalarına, uyum sorunlarına neden olabilir (örn. günde iki kez subkutan uygulama, sorunlu olabilir) ve ciddi yan etkileri olabilir. Lamivudin, stavudin, zidovudin, emtrisitabin, zalsitabin, tenofovir ve diğerleri yaygın olarak kullanılan NRTI’lerden bazılarıdır.

NRTI’ler ve NNRTI’ler çok etkili ilaçlardır. Bununla birlikte, kısa yarılanma ömrü, yüksek ilk geçiş etkisi (düşük biyoyararlanım ile sonuçlanır) ve CYP sisteminin aktivitesindeki bireysel varyasyon nedeniyle serum seviyelerinde değişiklik gibi eksiklikleri vardır. Nükleozid analoglarının iletimini ve stabilitesini geliştirmek için çok çeşitli teknolojiler denenmiştir.
Nanoteknoloji, HIV enfeksiyonunun tedavisinde kullanılan NRT’lerin verilmesi için bir dizi yüksek verimli araç sağlamıştır. Lipozomlar, dendrimerler, miseller, katı lipid nanoparçacıkları, nanosüspansiyonlar ve polimerik nanoparçacıkların tümü HIV’de ilaç dağıtımını iyileştirmek için kullanılmıştır [73, 29].

Anti-COVID-19 antivirallerinin dağıtımını iyileştirmek için nanoteknolojinin kullanımıyla ilgili veriler hala seyrek ancak bu alan hızla genişliyor. COVID-19’da kullanılan antivirallerin çoğu NRTI’dir. Bunlar: favipiravir (bir guanozin analoğu); molnupiravir (bir pirimidin ribonükleozit analoğu) ve remdesivir (bir adenosin analoğu). Çoğu, yüksek komplikasyon riski taşıyan hafif ila orta dereceli hastalığı olan hastalar için onaylanmıştır ve hastalığın seyrinde erken başlanmalıdır. Ağır hastalığı ve solunum yetmezliği olan hastanede yatan hastaların tedavisi için yalnızca remdesivir onaylanmıştır [https://www.covid19treatmentguidelines.nih.gov/management/clinical-management/hospitalized-adults–therapeutic-management/] ancak daha sonra belirli ayakta tedavi gören hasta gruplarında kullanımı da onaylanmıştır [https://www.fda.gov/news-events/press-announcements/fda-takes-actions-expand-use-treatment-outpatients-mild-moderate-covid-19]. 2020’de yapılan bir çalışmada, tenofovir/emricitabin alan HIV pozitif hastalar, diğer tedavileri alanlara göre COVID-19 ve buna bağlı hastaneye yatış için daha düşük risk sergilemiştir [5]. Remdesivir yüklü polimer nanoveziküller, bir favipiravir nanoemülsiyonu ve ilacı doğrudan akciğer epiteline ulaştırmayı amaçlayan favipiravir yüklü SLNP’ler geliştirilmiş ve in vitro denenmiştir [68, 92, 87]. Bu alandaki in vivo çalışmalar henüz gelmedi.

3.2.3. Nükleosid olmayan ters transkriptaz inhibitörleri (NNRTI’ler)

Nükleosid olmayan ters transkriptaz inhibitörleri (NNRTI’ler), enzime tersinir ve rekabetçi olmayan bir şekilde bağlanarak HIV-1 ters transkriptazını doğrudan inhibe eder. Şu anda mevcut NNRTI’ler nevirapin (Viramune, Boehringer Ingelheim), delavirdin (Rescriptor, ViiV Healthcare) ve efavirenz (jenerik, Mylan ve Systiva, Bristol Myers Squibb). Nano bazlı formülasyonlar, biyoyararlanımı ve NNRTI’lerin kontrollü salınımını geliştirmek için denenmiştir. Manyarara vd. 2018’de pediatrik kullanımlar için bir nevirapin nanoemülsiyonu geliştirdi. Biyoyararlanımını artırmak amacıyla nevirapinin kendi kendine nanoemülsifiye edici ilaç dağıtım sistemi (SNEDDS) başarıyla geliştirilmiştir [60]. NNRTI’ler, moleküler yerleştirme çalışmaları yoluyla anti-COVID-19 aktivitesi için değerlendirilmiştir, ancak COVID-19’daki klinik etkinlikleri kanıtlanmamıştır [15, 25].

3.2.4. Giriş inhibitörleri (füzyon blokerleri)

Giriş inhibitörleri, temel olarak, viral giriş noktasını bloke ederek bir virüsün hücreye girmesini engeller, örn. tercih edilen bir reseptör. Halen, HIV ve hepatit D enfeksiyonlarının tedavisinde maraviroc (Celzentry, GlaxoSmithKline), enfivurtid (Fuzeon, Genentech), bulevirtide (Hepcludex, Gilead Sciences) ve diğerleri gibi giriş engelleyiciler kullanılmaktadır. 2015 yılında, farelerde HIV barınaklarına enfivurtidin verilmesi için amfifilik polimer ile kaplanmış bir demir oksit nanoparçacıkları kullanıldı [23]. 2020’de, ilaçların virüs barınaklarında tutulan T hücrelerine ve makrofajlara verilme potansiyelini incelemek için nükleozid olmayan bir ters transkriptaz infibitörü (efavirenz) ve enfivürtidin bir kombinasyonu ile yüklenen polimer-lipid hibrit nanopartiküller (PLN) kullanıldı.

3.2.5. Proteaz inhibitörleri (PI’ler)

Proteaz inhibitörleri, ayrı proteinler oluşturmak için viral poliproteini parçalayan proteazı inhibe eder. PI’ler, yukarıdaki nükleozid analogları grubuna benzer şekilde, HIV tedavisinde yaygın kullanımları nedeniyle çok iyi çalışılmıştır. Yine, nükleozid analoglarına benzer şekilde, PI’ler kapsamlı bir ilk geçiş metabolizmasına tabidir ve CYP’nin substratlarıdır, bu nedenle farklı bir kişi tarafından alınan aynı dozda aynı ilacın düzeylerinin geniş bir varyasyonu vardır. Bu kısmen, ritonavir veya kobisistat gibi serum seviyesi arttırıcılar (esas olarak CYP3A blokerleri) ile birlikte uygulanarak üstesinden gelinir. Lopinavir (katı lipid nanopartiküller, polimer bazlı nanopartiküller), atazanavir (nanoemülsiyon, nanosüspansiyon), darunavir (lipid nanopartiküller), nelfinavir (polimer- bazlı nanopartiküller) ve diğerleri [55, 66, 88, 28, 79, 7, 18]. Sakinavir ile konjuge kuantum noktaları, virüs sığınaklarında ilacın biyoyararlanımını iyileştirmek için denenmiştir [42].

Proteaz inhibitörleri, HIV için standart antiretroviral tedavinin değiştirilebilir bileşenlerinden biridir, çünkü ART’deki ters transkriptaz blokerlerine proteaz veya integraz inhibitörü eklenebilmektedir. Ancak PI’ler, SARS-CoV-2 enfeksiyonu için yeni bir ilacın zirvesine yükselmiş görünüyor. 2020 yılında Beck ve ark. HIV enfeksiyonlarının tedavisinde kullanılan farklı sınıflardan bir grup ilacın (remdesivir, efavirenz, ritonavir ve dolutegravir) potansiyel anti-COVID-19 aktivitesini tahmin etmek için derin öğrenmeye dayalı bir ilaç-hedef etkileşimi tahmin modeli kullanmıştır [10 ]. Atazanavirin, SARS-CoV-2’nin viral proteazına en yüksek afiniteye sahip olduğunu buldular. Yeni bir oral ilaç (Paxlovid, Merck) Aralık 2020’de yalnızca COVID-19 hastalarında kullanım için onaylanmıştır. Bir proteaz inhibitörü olan nirmatrelvir ve ART’de kullanılan iyi bilinen bir güçlendirme ajanı olan ritonavirden oluşur [59]. Kuşkusuz, oral preparatın etkinliği hakkında yeterli veri toplandıktan sonra, kısa sürede daha iyi ve daha verimli nanoteknoloji temelli formülasyonlar geliştirilecektir.

3.2.6. İntegraz inhibitörleri

İntegraz inhibitörleri, RNA genomunun bir DNA kopyasının konakçı hücrenin genomuna yerleştirilmesini önleyerek çalışır. Tipik olarak dolutegravir (Tivicay, ViiV Healthcare), elvitegravir (Stribild, Gilead Sciences sabit doz kombinasyonunun bir parçası) veya raltegravir (Isentress, Merck) gibi bir integraz inhibitörü, HIV enfeksiyonları için ART’de anahtar bileşendir. Çözünürlüklerini artırmak ve kontrollü dağıtım için bütünleştirici inhibitörlerin nanoformülasyonları geliştirilmiştir. Miristoillenmiş dolutegravir, yavaş salım potansiyeli olan HIV enfeksiyonuna karşı uzun etkili bir formülasyon olarak önerilmiştir [90]. 2015 yılında, altın nanoparçacıklarının lenfositler ve makrofajlar tarafından kolayca içselleştirildiği gösterildi ve periferik mononükleer hücrelerde HIV replikasyonunu engelleyebilecek bir AuNP raltegravir konjugatı önerildi [26]. 2020’de dolutegravir’in, SARS-CoV-2’nin viral proteazı için potansiyel bir inhibe edici aktiviteye sahip olduğu belirlendi [10]. Alandaki çalışmalar devam etmektedir.

4. İlaç dağıtımı için kullanılan virüs kapsidleri

Virüs benzeri partiküller (VLP’ler), kapsidin veya viral zarfın viral proteinlerini, ferritin veya bakteriyel enkapsülin gibi doğal olarak oluşan çeşitli proteinlere dahil ederek oluşturulan kendi kendine birleşen partiküllerdir. Proteinler tipik olarak heterolog sistemlerde üretilir. VPL’ler, ilaçların geliştirilmesi, immünoterapiler, aşılar, gen terapileri, görüntüleme ve diğerleri dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalarda potansiyel olarak kullanılabilir. Virozomlar, viral zarf glikoproteinlerini (örn. hemaglutinin) içeren ek bir fosfolipid çift katmanına sahip VLP’lerdir. Şekil 5’te bir şematik görülebilir.

Proteinler, kapsüllenmiş ajanın belirli bir bölgeye hedeflenmesi ve/veya salınım zamanlamasını sağlamak için peptitler, toksinler, kemoterapötikler, siRNA, kuantum noktaları, vb. ile modifiye edilebilir veya konjuge edilebilir.

Doğal viral partiküller, pH veya sıcaklık değişikliği gibi tetikleyicilere yanıt olarak, virüs genomundan yoksun kapsidlerinin veya zarflarının birimlerini veya parçalarını serbest bırakabilir. Benzer şekilde, viral partiküller demonte edilebilir ve belirli koşullar altında VLP’lere yeniden birleştirilebilir [58]. VLP’ler, vahşi tip viral partiküllerin morfolojisine benzer, aynı tropizm ve hücre içi dağılımı sergiler, ancak onları aslında genomsuz virüs eşdeğerleri yapan virüsün nükleik asidini içermez. Böylece vezikülün kargosu (ilaçlar, antikorlar, floresan boyalar, kontrast ajanlar, vb.), virüs-hücre etkileşimine benzer hücre-hücre etkileşimleri kullanılarak hedef hücrenin belirli bir tipine iletilebilir. VNP’ler, katalizörler, biyomimetikler veya seçici olarak hedeflenen görüntüleme ajanları gibi yeni materyallerin geliştirilmesi için kullanılabilir [14, 58].

Şekil 5. Virüs benzeri bir parçacığın şematik gösterimi (fosfolipid zarfı gösterilmemiştir).

VLP’ler, Kanekiyo ve arkadaşlarının, yüzeyinde hemaglutinin trimerleri sunan nanopartiküller oluşturmak için kendiliğinden birleşen bir hemaglutinin-ferritin füzyon proteini oluşturduğu 2017 yılından bu yana insan hastalıklarına karşı aşı tasarlamak için kullanılıyor. Benzer şekilde, daha sonra RSV’nin F-antijenini sunan bir anti-RSV aşısı geliştirilmiştir [30].
Virüs benzeri parçacıklar, ilaçların güvenliğini ve etkinliğini artırmaya yönelik modern nano temelli yaklaşımlar arasında büyük bir umut vaat ediyor. VLP’ler genellikle aşı geliştirme sürecinde viral vektörlerden daha güvenlidir. VLP’lerin potansiyel bir dezavantajı, viral proteinlerin varlığından dolayı immünojenisiteleridir. Bununla birlikte, proteinler bakterilerde üretildiğinden, ekspresyonları tipik olarak, translasyonu takiben immün yanıt riskini azaltabilecek post-translasyon işlemeyi içermez [58, 3].

Yüksek toksisiteye sahip ilaçlar, VLP’ler kullanılarak hedefe güvenli ve verimli bir şekilde iletilebilir. Ashley ve arkadaşları, kemoterapötik ilaçları dışarı atmak için Pgp akış mekanizmasını kullandığı bilinen insan hepatoselüler karsinom hücrelerine (Hep3B) kapsüllenmiş doksorubisini vermek için VLP’ler kullandılar [6]. Sonuçlar, doksorubisin, sisplatin ve 5-florourasil yüklü viral partiküllerin, ilacın önemli ölçüde daha düşük seviyelerinde kanser hücrelerinin büyümesini engelleyebileceğini gösterdi.

VLP’lerdeki proteinlerin modifikasyonu (işlevselleştirme, dekorasyon) hedefe olan afinitelerini artırabilir ve ilacın salınımını iyileştirebilir. Avidin-biotin etkileşimi yoluyla hedeflemeyi sağlamak için VLP’lerin biotin parçaları ile süslenmesi 2007’de bildirilmiştir [67].

2020’de, fare modellerinde VLP’lere dayalı üç tip mRNA aşı adayı test edildi. VLP’ler, SARS-CoV-2’nin sivri ucunu, zarını ve zarf proteinini sundu. Eksprese edilen proteinler, lipid nanopartiküller içinde kapsüllendi ve kültürlenmiş hücrelere transfekte edildi, ardından VLP’ler, kültür ortamında hücreler tarafından salgılandı. Aşılanan farelerin antikor seviyeleri aşılamadan kısa bir süre sonra hızla düşmesine rağmen sonuçlar cesaret vericiydi [41]. 2022’de Yılmaz vd., kültürlenmiş hücrelerde ve hayvan modellerinde denenen SARS-CoV-2’ye karşı VLP bazlı aşının geliştirilmesi ve klinik öncesi değerlendirmesinin ilk sonuçlarını bildirdi. VLP’ler, SARS-CoV-2’nin 4 yapısal proteininin tümünü ifade etti. Sonuçlar, aşının güçlü bir T hücresi tepkisini tetiklediğini ve aşılanmış enfekte hayvanlarda viral yükü önemli ölçüde azalttığını gösterdi [96].

Covifenz (Medicago ve GSK tarafından) VLP’lere dayalı bir aşıdır. Faz III denemeleri Şubat 2022’nin başlarında tamamlandı. Üreticilere göre Covifenz, Health Canada tarafından kullanım için zaten onaylandı [Medicago’s Canada-made COVID-19 vaccine approved by Health Canada | Globalnews.ca].

Şubat 2022 itibariyle, COVID-19 tedavisi için VLP bazlı ilaç formülasyonları bildirilmemiştir veya onaylanmamıştır. Herhangi bir ürün onaylanmadan önce SARS-CoV-2 tedavisinde VLP’lerin olası uygulamaları ve ilgili koşullar hakkında gelecekteki araştırmalara ihtiyaç duyulabilir.

---

Test LO 4.2

---

Kaynaklar

1. Ahn D., Lee W., Choi J.K., Kim S.J., Plant E.P., Almazán F., Taylor D.R., et al. (2011).  Interference of ribosomal frameshifting by antisense peptide nucleic acids suppresses SARS coronavirus replication. Antiviral Res, 91(1), 1-10.
2. Al-Bari M. (2015). Chloroquine analogues in drug discovery: new directions of uses, mechanisms of actions and toxic manifestations from malaria to multifarious diseases. J Antimicrob Chemother, 70, 1608–1621.
3. Aljabali A., Hassan S., Pabari R., Shahcheraghi S., Mishra V., Charbe N., Chellappan D., et al. (2021). The viral capsid as novel nanomaterials for drug delivery. Future Sci OA, 7(9), FSO744.
4. Ambike S., Cheng C., Feuerherd M., Velkov S., Baldassi D., Afridi S.Q., Porras-Gonzalez D., et al., (2022). Targeting genomic SARS-CoV-2 RNA with siRNAs allows efficient inhibition of viral replication and spread. Nucleic Acids Res, 50(1), 333-349.
5. Del Amo J., Polo R., Moreno S., Díaz A., Martínez E., Arribas J., Jarrín I., et al., and The Spanish HIV/COVID-19 Collaboration. (2020). Incidence and Severity of COVID-19 in HIV-Positive Persons Receiving Antiretroviral Therapy: A Cohort Study Ann Intern Med, 173(7), 536-541.
6. Ashley C., Carnes E., Phillips G., Durfee P., Buley M., Lino C., Padilla D., et al. (2011). Cell-specific delivery of diverse cargos by bacteriophage MS2 virus-like particles. ACS Nano, 5(7), 5729-45.
7. Augustine R., Ashkenazi D.L., Arzi R.S., Zlobin V., Shofti R. and Sosnik A. (2018). Nanoparticle-in-microparticle oral drug delivery system of a clinically relevant darunavir/ritonavir antiretroviral combination. Acta Biomater, 74, 344-359.
8. Auría-Soro C., Nesma T., Juanes-Velasco P., Landeira-Viñuela A., Fidalgo-Gomez H., Acebes-Fernandez V., Gongora R., et al. (2019). Interactions of Nanoparticles and Biosystems: Microenvironment of Nanoparticles and Biomolecules in Nanomedicine.Nanomaterials (Basel), 9(10), 1365.
9. Balwani M., Sardh E., Ventura P., Peiró P., Rees D., Stölzel U., Bissell D., et al., and ENVISION Investigators. (2020). Phase 3 Trial of RNAi Therapeutic Givosiran for Acute Intermittent Porphyria. Clinical Trial N Engl J Med, 382(24):2289-2301.
10. Beck B., Shin B., Choi Y., Park S. and Kang K. (2020). Predicting commercially available antiviral drugs that may act on the novel coronavirus (SARS-CoV-2) through a drug-target interaction deep learning mode. Comput Struct Biotechnol J, 18, 784-790.
11. Bigini P., Gobbi M., Bonati M., Clavenna A., Zucchetti M., Garattini S. and Pasut G. (2021). The role and impact of polyethylene glycol on anaphylactic reactions to COVID-19 nano-vaccines. Nature Nanotechnol, 16, 1169-1171.
12. Bhushan B., Wanve S., Koradia P., Bhomia V., Soni P., Chakraborty S., Khobragade A., et al., and Study Investigators Group. (2021). Efficacy and safety of pegylated interferon-α2b in moderate COVID-19: a phase 3, randomized, comparator-controlled, open-label study. Clinical Trial Int J Infect Dis, 111, 281-287.
13. Chakarov S., Petkova R., Russev G. (2008). Rapid and efficient method for production of T4 endonuclease V by heterologous expression in E. coli. Biotechnol Biotechnol Equip, 22(4), 1011-1012.
14. Chakravarty M. and Vora A. (2021). Nanotechnology-based antiviral therapeutics. Drug Deliv Transl Res, 11(3), 748-787.
15. Chang Y., Tung Y., Lee K., Chen T., Hsiao Y., Chang H., Hsieh T., et al. (2020). Potential Therapeutic Agents for COVID-19 Based on the Analysis of Protease and RNA Polymerase Docking. Preprint. February 2020, DOI:10.20944/preprints202002.0242.v1.
16. Cho S., Woo H., Kim K., Oh J. and Jeong Y. (2011). Novel system for detecting SARS coronavirus nucleocapsid protein using an ssDNA aptamer. J Biosci Bioeng, 112(6), 535-40.
17. Davoudi-Monfared E., Rahmani H., Khalili H., Hajiabdolbaghi M., Salehi M., Abbasian L., Kazemzadeh H. and Yekaninejad M. (2020). A Randomized Clinical Trial of the Efficacy and Safety of Interferon β-1a in Treatment of Severe COVID-19. Antimicrob Agents Chemother, 64(9), e01061-20.
18. Desai J. and Thakkar H. (2018). Darunavir-Loaded Lipid Nanoparticles for Targeting to HIV Reservoirs. AAPS PharmSciTech, 19(2), 648–660.
19. Ditzler M., Bose D., Shkriabai N., Marchand B., Sarafianos S., Kvaratskhelia M., Burke D. (2011). Broad-spectrum aptamer inhibitors of HIV reverse transcriptase closely mimic natural substrates. Nucleic Acids Res, 39(18), 8237-8247.
20. Duncan R., Vicent M., Greco F. and Nicholson R. (2005). Polymer–drug conjugates: towards a novel approach for the treatment of endrocine-related cancer. Endocr Relat Cancer, 12(Suppl. 1), S189–S199.
21. Estébanez M., Ramírez-Olivencia G., Mata T., Martí D., Gutierrez C., de Dios B., Herrero M., et al., and COVID 19 Central Defense Hospital “Gomez Ulla” Team. (2020). Clinical evaluation of IFN beta1b in COVID-19 pneumonia: a retrospective study. Preprint from medRxiv, 19 May 2020, DOI: 10.1101/2020.05.15.20084293.
22. Ferreira D., Barbosa J., Sousa D.A., Silva C., Melo L.D.R., Avci-Adali M., Wendel H.P., et al. (2021). Selection of aptamers against triple negative breast cancer cells using high throughput sequencing. Sci Rep, 11(1), 8614.
23. Fiandra L., Colombo M., Mazzucchelli S., Truffi M., Santini B., Allevi R., Nebuloni M., et al. (2015). Nanoformulation of antiretroviral drugs enhances their penetration across the blood brain barrier in mice. Nanomedicine, 11(6), 1387-1397.
24. Fodor-Kardos A., Kiss A., Monostory K. and Feczkó T. (2020). Sustained in vitro interferon-beta release and in vivo toxicity of PLGA and PEG-PLGA nanoparticles. RSC Adv, 10, 15893.
25. Frediansyah A., Tiwari R., Khan S., Dhama K. and Harapan H. (2021). Antivirals for COVID-19: A critical review. Clin Epidemiol Glob Health, 9, 90-98.
26. Garrido C., Simpson C., Dahl N., Bresee J., Whitehead D., Lindsey E., Harris T., et al. (2015). Gold nanoparticles to improve HIV drug delivery. Future Med Chem, 7(9): 1097–1107.
27. Giovannini G., Haick H. and Garoli D. (2021). Detecting COVID-19 from Breath: A Game Changer for a Big Challenge. ACS Sens, 6(4), 1408–1417.
28. Ghosh A., Osswald H., Prato G. (2016). Recent Progress in the Development of HIV-1 Protease Inhibitors for the Treatment of HIV/AIDS. J Med Chem, 59(11), 5172–5208.
29. Gong Y., Chowdhury P., Nagesh P., Cory T., Dezfuli C., Kodidela S., Singh A., et al. (2019). Nanotechnology approaches for the delivery of cytochrome P450 substrates in HIV treatment. Expert Opin Drug Deliv, 16(8), 869–882.
30. Ha B., Yang J., Chen X., Jadhao S., Wright E. and Anderson L. (2020). Two RSV Platforms for G, F, or G+F Proteins VLPs. Viruses, 12(9), 906.
31. Huang L., Luo Y., Sun X., Ju H., Tian J. and Yu B.Y. (2017). An artemisinin-mediated ROS evolving and dual protease light-up nanocapsule for real-time imaging of lysosomal tumor cell death. Biosens Bioelectron, 92, 724-732.
32. Hung I., Lung K., Tso E., Liu R., Chung T., Chu M., Ng Y., et al. (2020). Triple combination of interferon beta-1b, lopinavir-ritonavir, and ribavirin in the treatment of patients admitted to hospital with COVID-19: an open-label, randomised, phase 2 trial. Lancet, 395(10238), 1695-1704.
33. Idris A., Davis A., Supramaniam A., Acharya D., Kelly G., Tayyar Y., West N., et al. (2021). A SARS-CoV-2 targeted siRNA-nanoparticle therapy for COVID-19. Mol Ther, 29(7), 2219-2226.
34. Kinghorn A., Dirkzwager R., Liang S., Cheung Y., Fraser L., Shiu S., Tang M., Tanner J. (2016). Aptamer Affinity Maturation by Resampling and Microarray Selection. Anal Chem., 88(14), 6981-5.
35. Kumar A., Mancy S., Manjunath K., Kulkarni S. and Jagadeesh R. (2019). Formulation and Evaluation of Fluvoxamine Maleate Loaded Lipid Nanoparticle. Int J Pharm Sci Nanotechnol, 12(4), 4593-4600.
36. Lee M., Yang J., Jung H., Beack S., Choi J., Hur W., Koo H. et al. (2012).  Hyaluronic Acid–Gold Nanoparticle/Interferon α Complex for Targeted Treatment of Hepatitis C Virus Infection. ACS Nano, 6(11), 9522–9531.
37. Li H., Tatematsu K., Somiya M., Iijima M. and Kuroda S. (2018). Development of a macrophage-targeting and phagocytosis-inducing bio-nanocapsule-based nanocarrier for drug delivery. Acta Biomater, 73, 412-423.
38. Li W., Wu J., Zhan P., Chang Y., Pannecouque C., De Clercq E. and Liu X. (2012). Synthesis, drug release and anti-HIV activity of a series of PEGylated zidovudine conjugates. Int J Biol Macromol, 50(4), 974-980.
39. Lim S., Hor C., Tay K., Mat Jelani A., Tan W., Ker H., Chow T., et al., and I-TECH Study Group. (2022). Efficacy of Ivermectin Treatment on Disease Progression Among Adults With Mild to Moderate COVID-19 and Comorbidities: The I-TECH Randomized Clinical Trial. JAMA Intern Med, 2022 Feb 18. doi: 10.1001/jamainternmed.2022.0189. (online ahead of print).
40. Liu S., Wang Z., Xie H., Liu A., Lamb D. and Pang D. (2020). Single-Virus Tracking, From Imaging Methodologies to Virological Applications. Chem Rev, 120, 1936-1979.
41. Lu J., Lu G., Tan S., Xia J., Xiong H., Yu X., Qi Q., et al. (2020). A COVID-19 mRNA vaccine encoding SARS-CoV-2 virus-like particles induces a strong antiviral-like immune response in mice. Cell Res, 30(10), 936-939.
42. Mahajan S., Roy I., Xu G., Yong K.T., Ding H., Aalinkeel R., Reynolds J., et al. (2010). Enhancing the delivery of anti retroviral drug Saquinavir across the blood brain barrier using nanoparticles. Curr HIV Res, 8, 396–404.
43. Kawata Mahlknecht G., Sela M. and Yarden Y. (2015). Aptamer Targeting the ERBB2 Receptor Tyrosine Kinase for Applications in Tumor Therapy. Methods Mol Biol, 1317, 3-15.
44. Malhani A., Enani M., Saheb Sharif-Askari F., Alghareeb M., Bin-Brikan R., AlShahrani S., Halwani R., et al. (2021). Combination of (interferon beta-1b, lopinavir/ritonavir and ribavirin) versus favipiravir in hospitalized patients with non-critical COVID-19: A cohort study. PLoS One, 16(6), e0252984.
45. Mann A., Somasunderam A., Nieves-Alicea R., Li X., Hu A., Sood A., Ferrari M., et al. (2010). Identification of thioaptamer ligand against E-selectin: Potential application for inflamed vasculature targeting. PLoS ONE, 5, e13050.
46. Mary A., Hénaut L., Macq P.Y., Badoux L., Cappe A., Porée T., Eckes M., et al. (2020). Rationale for COVID-19 Treatment by Nebulized Interferon-β-1b–Literature Review and Personal Preliminary Experience. Front Pharmacol, 11, 592543.
47. Medeiros I., Khayat A., Stransky B., Santos S., Assumpção P. and de Souza J. (2021). A small interfering RNA (siRNA) database for SARS-CoV-2. Nature Sci Rep, 11, 8849.
48. Mikhaylov E., Lyubimtseva T., Vakhrushev A., Stepanov D., Lebedev D., Vasilieva E., Konradi A., et al. (2022). Bromhexine Hydrochloride Prophylaxis of COVID-19 for Medical Personnel: A Randomized Open-Label Study. Interdiscip Perspect Infect Dis, 2022, 4693121.
49. Mishra S., Malhotra P., Gupta A.K., Singh P.K., Mishra A.K., Javed S. and Kumar R. (2014). Novel method for screening of radioprotective agents providing protection to DNA ligase against gamma radiation induced damage. Int J Radiat Biol, 90(2), 187-192.
50. Mohammed S. and Shaaban E. (2019). Efficacious nanomedicine track toward combating COVID-19. Randomized Controlled Trial. N Engl J Med, 381(24), 2293-2303.
51. Moitra P., Alafeef M., Dighe K., Frieman M. and Pan D. (2020). Selective Naked-Eye Detection of SARS-CoV-2 Mediated by N Gene Targeted Antisense Oligonucleotide Capped Plasmonic Nanoparticles. ACS Nano, 14, 7617-7627.
52. Monk P., Marsden R., Tear V., Brookes J., Batten T., Mankowski M., Gabbay F., et al., and Inhaled Interferon Beta COVID-19 Study Group. (2021). Collaborators, Safety and efficacy of inhaled nebulised interferon beta-1a (SNG001) for treatment of SARS-CoV-2 infection: a randomised, double-blind, placebo-controlled phase 2 trial. Clinical Trial Lancet Respir Med, 9(2), 196-206.
53. Musafia B., Oren-Banaroya R. and Noiman S. (2014). Designing anti-influenza aptamers: novel quantitative structure activity relationship approach gives insights into aptamer-virus interaction. PLoS One, 9(5), e97696.
54. Nasserie T., Hittle M. and Goodman S. (2021). Assessment of the Frequency and Variety of Persistent Symptoms Among Patients With COVID-19: A Systematic Review. JAMA Network Open, 4 (5), e2111417.
55. Negi J., Chattopadhyay P., Sharma A.K., and Ram V. (2013). Development of solid lipid nanoparticles (SLNs) of lopinavir using hot self nano-emulsification (SNE) technique. Eur J Pharm Sci, 48(1–2), 231-239.
56. Neuman B., Stein D., Kroeker A., Bestwick R., Iversen P., Moulton H., and Buchmeier M. (2006). Inhibition and Escape of SARS-CoV Treated with Antisense Morpholino Oligomers. In: The Nidoviruses, 581, 567–571.
57. Nimjee S., Povsic T., Sullenger B. and Becker R. (2016). Translation and Clinical Development of Antithrombotic Aptamers. Nucleic Acid Ther, 26(3), 147-155.
58. Nooraei S., Bahrulolum H., Hoseini Z., Katalani C., Hajizade A., Easton A. and Ahmadian G. (2021). Virus-like particles: preparation, immunogenicity and their roles as nanovaccines and drug nanocarriers. J Nanobiotechno, 19, 59.
59. Owen D., Allerton C., Anderson A., Aschenbrenner L., Avery M., Berritt S., Boras B., et al. (2021). An oral SARS-CoV-2 M(pro) inhibitor clinical candidate for the treatment of COVID-19. Science 374(6575), 1586-1593.
60. Panner Selvam R. and Kulkarni P. (2014). Design and Evaluation of Self Nanoemulsifying Systems for Poorly Water Soluble HIV Drug. J PharmaSciTech, 4(1).
61. Puri A., Loomis K., Smith B., Lee J-H., Yavlovich A., Heldman E. and Blumenthal R. (2009). Lipid-based nanoparticles as pharmaceutical drug carriers: from concepts to clinic. Crit Rev Ther Drug Carrier Syst, 26, 523–580.
62. Rabowsky J., Dukes A., Lee D. and Leong K. (1996). The use of bioerodible polymers and daunorubicin in glaucoma filtration surgery. Clin Trial Ophthalmol, 103(5), 800-807.
63. Samson R., Navale G. and Dharne M.  (2020). Biosensors: frontiers in rapid detection of COVID-19. J Biotech, 10(9), 385.
64. Rahmani H., Davoudi-Monfared E., Nourian A., Khalili H., Hajizadeh N., Jalalabadi N., Fazeli M., et al (2020). Interferon beta-1b in treatment of severe COVID-19: A randomized clinical trial. Int Immunopharmacol, 88, 106903.
65. Rasmi Y., Saloua K., Nemati M., and Choi J. (2021). Recent Progress in Nanotechnology for COVID-19 Prevention, Diagnostics and Treatment.  Review Nanomaterials (Basel), 11(7), 1788.
66. Ravi P., Vats R., Dalal V., Nitin Gadekar N. (2015). Design, optimization and evaluation of poly-ɛ-caprolactone (PCL) based polymeric nanoparticles for oral delivery of lopinavir. Drug Dev Ind Pharm,41(1), 131–140.
67. Reches M. and Gazit E. (2007). Biological and chemical decoration of peptide nanostructures via biotin-avidin interactions.  J Nanosci Nanotechnol, 7(7), 2239-2245.
68. de M Ribeiro N. and Fonseca B. (2020). The role of pharmaceutical nanotechnology in the time of COVID-19 pandemic Review Future Microbiol, 15, 1571-1582.
69. Roberts D., Rossman J. and Jarić I. (2021). Dating first cases of COVID-19. PLOS Pathogens, June 24, 2021, https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1009620.
70. Roh C. and Jo S. (2011). Quantitative and Sensitive Detection of SARS Coronavirus Nucleocapsid Protein Using Quantum Dots-Conjugated RNA Aptamer on Chip. J Chem Technol Biotechnol, 86, 1475-1479.
71. Rose K., Alves Ferreira-Bravo I., Li M., Craigie R., Ditzler M., Holliger P. and DeStefano J. (2019). Selection of 2′-Deoxy-2′-Fluoroarabino Nucleic Acid (FANA) Aptamers That Bind HIV-1 Integrase with Picomolar Affinity. ACS Chem Biol, 14(10), 2166-2175.
72. Rosenberg J., Bambury R., Van Allen E., Drabkin H., Lara P. Jr., Harzstark A., Wagle N., et al. (2014). A phase II trial of AS1411 (a novel nucleolin-targeted DNA aptamer) in metastatic renal cell carcinoma. Invest New Drugs, 32(1), 178-187.
73. Roy U., Rodríguez J., Barber P., das Neves J., Sarmento B. and Nair M. (2015). The potential of HIV-1 nanotherapeutics: from in vitro studies to clinical trials. Nanomedicine (London, England), 10(24), 3597–3609.
74. Sabourian P., Yazdani G., Ashraf S., Frounchi M., Mashayekhan S., Kiani S. and Kakkar A. (2020). Effect of Physico-Chemical Properties of Nanoparticles on Their Intracellular Uptake. Int J Mol Sci, 21(21), 8019.
75. Shan B., Broza Y.Y., Li W., Wang Y., Wu S., Liu Z., Wang J., et al. (2020). Multiplexed Nanomaterial-Based Sensor Array for Detection of COVID-19 in Exhaled Breath. ACS Nano, 14(9):12125-12132.
76. Seo G., Lee G., Kim M., Baek S., Choi M., Ku K., Lee C., et al. (2020). Rapid Detection of COVID-19 Causative Virus (SARS-CoV-2) in Human Nasopharyngeal Swab Specimens Using Field-Effect Transistor-Based Biosensor. ACS Nano, 14(4), 5135-5142.
77. Sercombe L., Veerati T., Moheimani F., Wu S.Y., Sood A.K. and Hua S. (2015). Advances and Challenges of Liposome Assisted Drug Delivery. Front Pharmacol, 6, 286.
78. Shan B., Broza Y., Li W., Wang Y., Wu S., Liu Z., Wang J., et al. (2020). Multiplexed Nanomaterial-Based Sensor Array for Detection of COVID-19 in Exhaled Breath. ACS Nano, 14, 12125-12132.
79. Singh G. and Pai RS. (2016). Atazanavir-loaded Eudragit RL 100 nanoparticles to improve oral bioavailability: optimization and in vitro/in vivo appraisal. Drug delivery, 23(2), 532–539.
80. Sodeifian F., Nikfarjam M., Kian N., Mohamed K. and Rezaei N. (2022). The role of type I interferon in the treatment of COVID-19. J Med Virol, 94(1), 63-81.
81. Somvanshi S., Kharat B., Saraf S., Somwanshi S., Shejul S., and Jadhav K. (2020). Multifunctional Nano-Magnetic Particles Assisted Viral RNA-Extraction Protocol for Potential Detection of COVID-19. Mater Res Innov, 25, 169-174.
82. Sun M., Liu S., Wei X., Wan S., Huang M., Song T., Lu Y., et al. (2021). Aptamer Blocking Strategy Inhibits SARS-CoV-2 Virus Infection. Angew Chem Int Ed Engl, 60(18), 10266-10272.
83. Svenson S. and Tomalia DA. (2005). Dendrimers in biomedical applications-reflections on the field. Adv Drug Deliv Rev, 57(15), 2106-2129.
84. Tran S., DeGiovanni P-J., Piel B. and Rai P. (2017). Cancer nanomedicine: a review of recent success in drug delivery. Clin Transl Med, 6, 44.
85. Trujillo C., Nery A., Alves J., Martins A. and Ulrich H. (2007). Development of the anti-VEGF aptamer to a therapeutic agent for clinical ophthalmology. Clin Ophthalmol, 1(4), 393-402.
86. Tsogtbaatar K., Sousa D.A., Ferreira D., Tevlek A., Aydın H.M., Çelik E. and Rodrigues L. (2022). In vitro selection of DNA aptamers against human osteosarcoma. Invest New Drugs, 40(1), 172-181.
87. Tulbah A. and Lee W-H. (2021). Physicochemical Characteristics and In Vitro Toxicity/Anti-SARS-CoV-2 Activity of Favipiravir Solid Lipid Nanoparticles (SLNs). Pharmaceuticals (Basel), 14(10), 1059.
88. Venkatesh D., Baskaran M., Karri V., Mannemala S., Radhakrishna K. and Goti S. (2015). Fabrication and in vivo evaluation of Nelfinavir loaded PLGA nanoparticles for enhancing oral bioavailability and therapeutic effect. Saudi Pharm J, 23(6), 667–674.
89. Veronese F. and Mero A. (2008). The impact of PEGylation on biological therapies. BioDrugs, 22(5), 315-329.
90. Vyas T., Shah L and Amiji M. (2006). Nanoparticulate drug carriers for delivery of HIV/AIDS therapy to viral reservoir sites. Expert Opin Drug Deliv, 3(5), 613–628.
91. Wen W., Chen C., Tang J., Wang C., Zhou M., Cheng Y., Zhou X., et al. (2022). Efficacy and safety of three new oral antiviral treatment (molnupiravir, fluvoxamine and Paxlovid) for COVID-19：a meta-analysis. Ann Med, 54(1), 516-523.
92. Wu J., Wang H. and Li B. (2020). Structure-aided ACEI-capped remdesivir-loaded novel PLGA nanoparticles, toward a computational simulation design for anti-SARS-CoV-2 therapy. Phys Chem Chem Phys, 22, 28434-28439.
93. Vincent M., Bergeron E., Benjannet S., Erickson B., Rollin P., Ksiazek T., Seidah N., et al. (2005). Chloroquine is a potent inhibitor of SARS coronavirus infection and spread. Virol J, 2, 69.
94. Yang Z., Huang Y., Ganesh L., Leung K., Kong W., Schwartz O., Subbarao K., et al. (2004). pH-dependent entry of severe acute respiratory syndrome coronavirus is mediated by the spike glycoprotein and enhanced by dendritic cell transfer through DC-SIGN. J Virol, 78(11), 5642-5550.
95. Yarosh D. (2002). Enhanced DNA repair of cyclobutane pyrimidine dimers changes the biological response to UV-B radiation. Mutat Res, 509(1-2), 221-226.
96. Yilmaz I., Ipekoglu E., Bulbul A., Turay N., Yildirim M., Evcili I., Yilmaz N., et al. (2022). Development and preclinical evaluation of virus-like particle vaccine against COVID-19 infection. Allergy, 77(1), 258-270.
97. Zhao Z., Cui H., Song W., Ru X., Zhou W. and Yu X. (2020), A Simple Magnetic Nanoparticles-Based Viral RNA Extraction Method for Efficient Detection of SARS-CoV-2. bioRxiv, 2020, doi: 10.1101/2020.02.22.961268.

Özet

Nanotıp metodolojisi, belki de geleceğin en önemli “anahtar teknolojisi”ni oluşturmaktadır: başka hiçbir alan bu kadar çok umutla eşlik etmez ve nanotıpta beklenen gelişmeler kadar karşılaştırılabilir sosyal sonuçlar doğurmaz. Ve bu bağlamda, RNA teknolojilerinin terapötik, tanısal ve önleyici (immünolojik) alanlarda kullanılması (mRNA, cRNA veya hatta “serbest RNA” şeklinde olsun) kesinlikle önemli bir rol oynayacaktır. mRNA aşılarının kullanımı bu gelişmenin sadece başlangıcıdır. Burada etik sorun hala nispeten basit olsa da (özellikle saf güvenlik riskleri yalnızca ampirik olarak açıklığa kavuşturulabildiğinden ve bu nedenle biyoetiğin odağına girmediğinden), RNA teknolojisi aynı zamanda genetik mühendisliğine dayalı nanotıpın diğer alanlarında da bir yer edinir edinmez (nano-) etik sorular çemberi muazzam bir şekilde genişleyecektir.

Anahtar kelimeler: Biyoetik, nanoetik, teknoloji değerlendirmesi, ihtiyat ilkesi, sosyal kabul, mRNA aşılarının güvenliği, veri koruma.

1. Introduction: Nanotechnology and “Nanoethics”

Nanoteknolojik süreçler ve ürünler, uzun yıllardır genel halk¹  – tarafından büyük ölçüde fark edilmeyen önemli bir rol oynamaktadır. Ve bu aynı zamanda, giderek daha fazla genetik olarak tasarlanmış ürünlerin (genetiği değiştirilmiş bakteriler yoluyla elde edilen insan insülini gibi) teşhis ve tedavide kullanıldığı tıp alanı için de geçerlidir. Bu, sözde “somatik gen terapisi” için bile vazgeçilmezdir, çünkü burada terapötik olarak etkili gen dizilerinin, “hasta” genlerin arızalarını gen mekikleri (çoğunlukla üreme yeteneğinden yoksun hale getirilen virüsler) yardımıyla, örneğin hastalıklı organizmanın kendisinin üretemediği veya yeterli miktarlarda üretemediği hayati proteinleri kodlar. Bu durumda, nano ölçekteki varlıklar bir yanda “sağlıklı” gen dizisi şeklinde ve diğer yanda viral transfer sistemlerinin (vektörler) kullanımı yoluyla iki kez bile kullanılır.

Ancak, genellikle oldukça “egzotik” olan bu uygulama alanlarının dışında, halk nanoteknolojinin (ve burada özellikle genetik mühendisliği araçlarıyla) öneminin ancak tamamen yeni bir aşı sınıfının-Covid-19 veya SARS-CoV2 salgınıyla mücadele için mRNA aşısı-geliştirilmesiyle farkına varmıştır. Önceleri, genetik mühendisliği ürünleri genel olarak tarım ve gıda üretimi alanında dikkat çekiyordu ve daha sonra olası çevresel ve sağlık riskleri nedeniyle bazen çok güçlü bir şekilde eleştirildi. Bu nedenle, genetik mühendisliği ürünleri iyi bir üne sahip olmadığı için, yenilikçi mRNA aşılarının -en azından başlangıçta- birçok kişi tarafından büyük şüpheyle görülmesi şaşırtıcı değildir. Ek olarak, aşı kampanyalarının başlangıcında uzun süreli klinik çalışmaların olmaması nedeniyle bu aşıların potansiyel yan etkileri hakkında çok az şey biliniyordu (ve hala az biliniyor). Ancak mRNA aşısının etkinliği ve göreceli güvenliği, toplu aşılama kampanyaları sırasında kademeli olarak belirgin hale geldiğinde, bu yeni prosedürün halk tarafından kabulü de iyileşti. Ve yeni aşıların başarısının, diğer (tıbbi olmayan) uygulama alanlarında şimdiye kadar olduğundan daha fazla güvenilebilmesi için, genetik mühendisliğinin genel algısını ve kabulünü iyileştirmeye yardımcı olması mümkündür.² , Bununla birlikte, genetik mühendisliğine dayanan sözde “nano-tıp” ile bağlantılı tüm “kritik” sorular henüz netleştirilmemiştir: özellikle, tüm etik sorular değil. Genetik mühendisliği konusundaki tartışmalar, uzun bir süre daha biyoetikçileri ve nanoetikçileri meşgul etmeye devam edecektir.

Devam eden açıklama ihtiyacı, nanoteknolojilerin mikroskobik bir ölçekte uygulanmasıyla da ilgilidir, yani anında görünürlükten kurtulurlar ve dahası, yapıları ve mekanizmaları aynı zamanda oldukça karmaşık hücre ve organizma sistemine müdahale ederler ve mikroskobik boyuttadır ve hala ayrıntılı olarak anlaşılmaktan uzaktır. Her şeyden önce, hücre içindeki genler tarafından ifade edilen proteinlerin dinamik davranışını tanımlayan proteomik, henüz emekleme aşamasındadır. Bu nedenle, bir DNA veya RNA molekülünün bir organizmaya dahil edildiğinde gerçekten sadece istenen etkiye sahip olup olmayacağından (eğer varsa) veya olumsuz (istenmeyen) sonuçlara da sahip olup olmayacağından kimse emin değildir. Laboratuvarın dışında, yani doğrudan canlı insanlar üzerinde test edilen (mRNA aşılamasında olduğu gibi) güvenli “sınırlama” koşullarıyla, genetik olarak tasarlanmış ilaçların klinik veya hatta günlük tıbbi kullanımı, toplumla “gerçek bir deneyi” andırır [25]. Bu tür gerçek deneyler, aksi takdirde, yalnızca yenilikçi nükleer santrallerin veya benzersiz yapıların (örneğin, köprüler, çöplükler veya havaalanları) inşasından bilinir; bunların stabilitesi ve içsel dinamikleri, laboratuvar koşullarında çoğu zaman neredeyse hiç simüle edilemez.

Prensipte, bu nedenle, burada her zaman son derece dikkatli olunması gerekir: ancak pandeminin korkunç, genellikle ölümcül etkileri göz önüne alındığında, yenilikçi aşının halihazırda çok hızlı (ve bazen “acil onaylar” yoluyla) yaygın kullanımı vardı. Böylece daha kötüsünü önlemek için sipariş verin. Bununla birlikte, genel çalışma durumu çok belirsiz olmasına rağmen (özellikle uzun vadeli veriler henüz mevcut olmadığından), yeni aşının onaylanmasından önce elbette sorumlu kurumlar ve komiteler (ulusal etik kurullar dahil) tarafından her şeyden önce tüm etik yönlerin de dikkate alındığı ayrıntılı bir değerlendirme yapıldı: özellikle, ciddi pandemi durumu göz önüne alındığında, klinik çalışmaların uygulanmasını kısaltmaya izin verilip verilmeyeceği tartılmalıdır. Ancak onayın hafif ya da tamamen “körü körüne” verildiği söylenemez. Sonuç olarak, immünologlar, epidemiyologlar, enfeksiyon uzmanları ve virologlardan oluşan bilimsel topluluğun yanı sıra siyasi karar vericilerin önemli bir etik bilince sahip olduğu söylenebilir. Ve şu anda göründüğü gibi, mRNA aşısının kullanımı büyük bir başarı ve bir bütün olarak nanotıp için bir atılım olarak kabul edilebilir.

Nanoteknolojiler hangi ölçekte çalışır ve hangi amaçlara hizmet eder? Bu soruyu cevaplamak için görüşümüzü genişletmeli ve nanoteknolojik gelişmelerin tüm alanına bakmalıyız. Genel olarak nanoteknolojilerin insan saçının çapından 80.000 kat daha küçük (1 nanometre = 10^-9  metre) yapıları tanımladığını söyleyebiliriz. Bununla birlikte, malzemelerin nanomalzemeler olarak sınıflandırılması, örneğin, İngiliz hükümeti 200 nanometreye kadar bir boyut kabul ettiğinde, ABD 1.000 nanometreye kadar bir boyuta izin verdiğinde, genellikle farklılık gösterir [18]. Durum ne olursa olsun, bu teknolojiler her halükarda moleküler ve atomik düzeyde temel ilişkilerin keşfedilmesine ve umut verici özelliklere sahip yeni malzemelerin geliştirilmesine olanak sağlayacaktır. Bu nedenle nanoteknolojiler, geleceğe “biletlerimiz” olan 21. yüzyılın kilit teknolojileri olarak kabul edilir [16].

Aşağıda, tıbbi açıdan önemli nanoteknoloji alanına tekrar daha fazla odaklanacağız. Nanoteknolojilerin umut verici sayısız uygulamaları arasında, özellikle yüksek beklentiler ve umutlarla ilişkili olduğu için tıp alanı özel bir konuma sahiptir. Yeni kanser tedavileri klinik deneylerde zaten test ediliyor³ ve ilaçlar için yenilikçi nano-taşıma sistemleri, daha az aktif madde ile daha verimli tedaviyi mümkün kılıyor. Böylece istenmeyen yan etkiler azaltılmalıdır. Doktor muayenehanelerinde hızlı testler için minyatür mobil teşhis üniteleri ve hastalar için daha az stresli hastalıkların teşhisi için görüntüleme yöntemleri test ediliyor. İmplantlar veya diş teknolojisindeki yeni malzemeler için yenilikçi yüzey kaplamaları, tolerans ve dayanıklılığı önemli ölçüde artırmaya ve böylece maliyetleri düşürmeye yardımcı olabilir.
Tıp alanındaki uygulamaların genişliğinden bu küçük alıntı, nanoteknolojilerin büyük potansiyelini göstermektedir.⁴ . Oldukça az sayıda gözlemci burada “sağlık hizmetlerinde bir paradigma değişikliğinden” söz ediyor. AB’de, 7. Çerçeve Araştırma Programı kapsamında 2007-2013 dönemi için nanotıp projelerine yaklaşık 100 milyon Euro tahsis edilmiştir. MRNA aşılarının başarısı göz önüne alındığında, fon hacminin gelecekte daha da çarpıcı bir şekilde artması muhtemeldir. ABD’de de Gelişen Nanoteknolojiler Projesi ve Ulusal Kanser Enstitüsü [24] nanoteknolojilerin uygulanması için kapsamlı finansman programları geliştirmiştir. Ulusal ve uluslararası politika yapıcılar bu nedenle nanotıp alanında araştırma ve yer tanıtımına odaklanmaktadır.

2. Yeni bir biyoetik alt disiplini olarak “Nanoetik”

Bütün bunlar sadece temel araştırma ve ürün geliştirmeyi teşvik etmekle ilgili değildir, çünkü yeni Davranış Kurallarında [12], AB tüm araştırma projelerinin olası riskleri hesaba katmasını ve sosyal ve etik konulara dahil edilmesini şart koşmaktadır. Bunun nedeni, mevcut terapi biçimlerinin sınırlarını aşma olasılığının aynı anda yeni sınırlar hakkında soruları gündeme getirmesidir. Bu da, genellikle “biyoetik” olarak adlandırılan ve kendisinin birçok alt alanı olan özel bir etiğin (veya pratik felsefenin) uygulama alanını devreye sokar.
Nanoteknolojik süreçlerin gelişmesiyle bağlantılı olarak, biyoetik içinde “nanoetik” olarak adlandırılan yeni bir araştırma ve düşünme alanı oluşturulmuştur. Bu alan esas olarak yeni bir nanoteknolojinin etkilerini sürdürülebilirlik perspektifinden izlemek ve sonuçlarını toplumun refahı açısından değerlendirmekle ilgilenir. Nanoetik uzmanlığın odak noktası, bu nedenle, toplumun yaşam kalitesini iyileştirme anlamında “ortak iyinin çıkarı” üzerinedir.

Nanoetiği daha iyi sınıflandırabilmek için öncelikle biyoetiğin amaçlarını ve görevlerini anlamak gerekir. Nanoetiğin biyoetiğin bir alt alanını temsil etmesi gibi, biyoetik de biyoteknolojik süreçlerin uygulanması alanında Teknoloji Değerlendirmesinin (TA) bir alt alanı olarak anlaşılabilir. Bu, özellikle TA, biyomedikal, gıda teknolojisi veya tarımsal uygulama alanlarında genetik mühendisliği süreçlerinin uygulanmasıyla ilgili olduğunda geçerlidir. Bu bağlamda, TA’nın kapsamı dar anlamda sadece etik konuları değil, aynı zamanda güvenilirlik ve güvenlik konularını, ayrıca sosyal ve politik yönleri de sorarak,örneğin, “Yeni bir teknolojinin sosyal etkileri politik ve sosyal olarak kabul edilebilir mi?” Örneğin, bir gün genetik mühendisliğinin yardımıyla insan yaşamını normal ömrünün çok ötesine uzatmak mümkün olursa. Bu hiç arzu edilir mi? Toplumun geleceği için yıkıcı sonuçlar doğurabilecek temelde “kaygan bir yokuş”a girişmiyor muyuz? Genetik mühendisliği yoluyla tüm kalıtsal hastalıkları ortadan kaldırabilseydik veya insanların genetik yapısını istediğimiz gibi şekillendirebilseydik ya da optimize edebilseydik, insan imajımız için ne anlama gelirdi?

Başka bir deyişle, biyoetik veya biyoetik açıdan hassas TA alanı, biyoteknolojik süreçlerin uygulanmasından kaynaklanan tüm etik, yasal ve sosyal sonuçları (ELSI olarak kısaltılır) kapsar. Ve ancak bunları TA’nın daha geniş ELSI meseleleri bağlamında konumlandırarak, biyoetik soruları yeterince ele alınabilir, böylece etik yansıma bir “boşlukta”, yani diğer olgusal sorunlardan kopuk olarak yer almaz. Bu nedenle, teknolojinin herhangi bir uygulamasında ortaya çıkan temel etik ilkeler olabilir, ancak bunların belirli konu alanlarına (nanotıp gibi) anlamlı uygulamaları asla belirli bir teknoloji alanının özelliklerinden ayrılmamalıdır.

Bununla birlikte, biyoetik veya TA’nın amacı, yeni biyoteknolojik gelişmeleri basitçe yeni ve tehlike potansiyelleri açısından belirsiz oldukları için engellemek veya hatta engellemek değil, istenmeyen gelişmelere veya yeni biyoteknolojik yöntemlerin etik ve sosyal açıdan güvencesiz uygulamalarına zamanında dikkat çeken bir tür “erken uyarı sistemi” olarak hizmet etmektir. Bu nedenle, yeni biyoteknolojilerin araştırılması ve geliştirilmesinde (araştırma sürecine zaten dahil olan eşlik eden araştırmalar anlamında) başlangıçtan itibaren biyoetik yansımaları mümkün olduğunca dahil etmek önemlidir. Bu, yalnızca etik açıdan sorgulanabilir gelişmeleri engellemekle kalmaz, aynı zamanda gereksiz maliyetleri de önler ve biyoteknolojinin kamusal imajını korur. Her halükarda, etik düşüncenin sadece “ex post” değil de “ex ante” teknolojinin tasarımına katkıda bulunması ideal olacaktır [17]. Burada etik analiz ve değerlendirme öncelikle (1.) teknik yeniliğin amaç ve amaçlarına, (2.) araçlara ve araçlara (örneğin, hayvan veya saha testi) ve (3.) istenmeyen yan etkilere (yani, risk profilinin oluşturulması, örneğin olası toksisite ile ilgili olarak ve bilgi eksikliği karşısında ihtiyat ilkesine bağlılık) odaklanmaktır.

3. Yeni teknolojilerin tanıtılması açısından neden etiğe ihtiyacımız var?

Her etik her zaman belirli bir değer sistemine dayanır. Bir toplum için belirleyici olan bu değer belirlemelerine ve ideallerine atıfta bulunulmadan, diğer kişilerin önünde haklı gösterilebilecek hiçbir eylem kararı alınamaz. Her sorumlu eylem biçimi, her zaman, belirli bir karar için argümanlar olarak başvurulabilecek meşrulaştırılmış değer sistemlerinin bir ufku içinde gerçekleşir. Bu değerlerin birçoğu yasal düzenlemelere (kanunlar ve yönetmelikler) girmiştir ve bu nedenle mahkemelere yasal ihtilafların veya önlerine getirilen iddiaların karara bağlanmasında normatif kriterler olarak hizmet ederler. Batı kültüründe, kararların bulunması ve gerekçelendirilmesi için temel olarak hizmet eden ve örneğin genel insan hakları ve demokratik özgürlük hakları gibi alanlarda ifadesini bulan şey, her şeyden önce, genellikle Hıristiyan değerleriyle birleştirilen hümanist etiktir (devlete karşı savunma hakları olarak).

Değer sistemi temelinde etik, insanın belirli bir durumda ne yapması gerektiğini veya ne yapabileceğini sorar. Bu, koşulsuz olarak (istisnasız) uyulması gereken bazı temel değer ilkelerinin gözetilmesiyle ilgili olabilir (dolayısıyla “deontolojik etik”e göre beyaz yalanlara bile izin verilmez) veya belirli bir durumun olası istenmeyen sonuçlarıyla ilgili davranış olabilir (böylece “sonuççu etik”, eylemlerin potansiyel etkilerini değerlendirmeye çalışır). Bu bağlamda, etik, öncelikle, belirli bir eylem kararının lehinde veya aleyhinde argümanları rasyonel olarak tartarak (ancak her zaman başarılı veya mümkün olmayan) değerler çatışmalarını çözmeye hizmet eder. Son olarak, etik, insanların kendilerini yönlendirebilecekleri bir değer standardının (veya değer kanununun) oluşturulmasının mümkün olması için, genellikle bilinçsizce geçerli olan değer kavramlarının açık hale getirildiği alandır. Etik, belirli bir insan imgesinin ya da toplumsal bir idealin (“ütopya”) ifade edildiği “ideolojik” değer tutumlarının uygulanması için “tutum etiği” olarak hizmet edebilir veya “sorumluluk etiği” olarak tüm koşulları ve olası sonuçları bir değerlendirmeye tabi tutarak ilgili eylem durumunun ampirik özelliklerinin hakkını vererek girişimde bulunabilir. Her iki durumda da, etik her zaman adalet sorularına cevap vermek (örneğin, kıt malların veya fırsatların ve ödüllerin adil dağılımı hakkında) ve farklı çıkarları, yasal iddiaları ve beklentileri birbirine karşı tartarak olası zararlardan (örneğin, yaşam ve uzuv için) veya özgürlüklerin kısıtlanmasından kaçınmakla ilgilidir.

Bu, özellikle Corona pandemisi ile bağlantılı olarak sosyal açıdan sert “tecrit” önlemlerinin siyasi gerekçesi durumunda açıktı: demokratik devletin en yüksek yasal hakları ve en önemli görevleri arasında olan ekonomik faaliyet ve hareket özgürlüğü hakkı burada fiziksel bütünlük ve enfeksiyona karşı koruma hakkı ile çatışıyordu. Anayasalarda -Almanya Federal Cumhuriyeti Temel Kanununda olduğu gibi- bir temel haklar sıralaması bulunmamakla birlikte, salgın nedeniyle hangi temel hakka öncelik verilmesi gerektiğine dair bir karar verilmesi gerekiyordu. Sonunda, ağır hasta ve hatta ölen kişilerin diğer temel haklarını kullanamayacakları için, sağlığın ve yaşamın korunmasına etik önceliğin verilmesi gerektiğine karar verildi. Bir “kilitleme” veya hatta maske ve karantina zorunluluğu getirerek diğer sivil özgürlüklerin kısıtlanması lehine ek bir argüman, bunun sadece bireyler için bir kendini koruma meselesi değil, her şeyden önce kasıtsız olarak olabilecek üçüncü şahısları enfekte olmaktan koruma meselesi. Öte yandan, aşıyı reddedenlerin de dahil edilebilmesi için genel bir aşılama zorunluluğu getirmek daha zordur, çünkü böyle bir zorunluluk kendi kaderini tayin hakkına ciddi şekilde müdahale edecektir. Yeni mRNA aşılarının kabul edilebilirliğinin etik değerlendirmesi bu nedenle yalnızca bu aşıların güvenlik yönleriyle ilgili olmamalı, aynı zamanda bu aşıların kullanılacağı sosyal bağlamı da hesaba katmalıdır: gönüllü olarak mı yoksa bir nedenden dolayı mı? Yasal zorunluluk: Yeni aşıların ne olası aşı riskleri ne de uzun vadeli koruyucu etkisi yeterince bilinmiyorsa, aşı zorunluluğu nasıl haklı çıkarılabilir?

4. Nanoetik soru alanları: Kabul sorunları ve güvenlik riskleri

Yukarıda daha önce bahsedildiği gibi, giderek daha fazla nanoteknolojik yöntem ve ürünleri günlük tıbbi uygulamalarda yerini buluyor. Ve bu, temel olarak, bir hastalığın ortaya çıkmasını önlemek için kullanıldıkları sürece, mRNA aşılarının koruyucu tıp alanına girmesiyle birlikte, tıbbi teşhis⁵  ve tedavi veya profilaksi alanında genetik mühendisliğinin artan öneminden kaynaklanmaktadır. Bununla birlikte, viral patojenin önceden moleküler genetik aydınlatılması olmadan bu aşıların geliştirilmesi mümkün olmazdı, bu nedenle nano ölçekte yürütülen genetik mühendisliği burada hem viral patojenin tanımlayıcı dizilişinde hem de viral RNA’nın aşıların yapıcı gelişiminde kullanılmaktadır (özellikle immünolojik olarak aktif mRNA dizisinin insan organizmasına güvenli ve kararlı bir şekilde girebilmesi için nanolipid parçacıklarının bir kabuğunda paketlenmesi gerektiğinden). Bu nedenle, yeni aşıları tek başına biyoetik açıdan ele almak yeterli değildir: bir yandan tüm araştırma ve üretim süreci ve diğer yandan aşılamanın etkilerinin tamamı yansımaya dahil edilmelidir, sadece olası fizyolojik yan etkileri değil, aynı zamanda aşıların yaygın kullanımının sosyal ve ekonomik sonuçlarını da içerir. Aynı şekilde, bu yeni aşıların kullanılmamasının nelere yol açacağı da göz önünde bulundurulmalıdır. Teknolojiyle ilgili etik her zaman bir yandan riskleri ve diğer yandan yenilikçi bir teknolojinin fırsatlarını değerlendirmeye ve değerlendirmeye çalışmalıdır (bu nedenle yukarıda önerildiği gibi teknoloji değerlendirmesinin bir alt alanı olarak en iyi şekilde düşünülür).

Kaba bir yaklaşım olarak, (1) mRNA aşılarının tıbbi uygulamada geniş tabanlı bir aşı kampanyası şeklinde uygulanmasından kaynaklanan etik açıdan ilgili yönler, bu aşıların (2) nanoteknolojik boyut aralığında genetik mühendisliği prosedürlerinin uygulanmasından kaynaklanan etik açıdan ilgili yönlerinden ayırt edilebilir. Aşağıda, “Nanokod” projemiz bağlamında, (2)’de belirtilen etik yönlerin özellikle önemli olduğu, her iki soru grubu da ayrıntılı olarak ele alınacaktır.

4.1. Aşı kampanyasının tıbbi ve sosyo-etik yönleri

Covid pandemisinden etkilenen çeşitli toplumlarda, mRNA aşılarıyla aşılamanın kimin için yararlı, yani faydalı olduğu konusunda hala çok fazla tartışma ve hatta anlaşmazlık var. Özellikle “korunmasız grupların” mRNA aşıları ile aşılamadan fayda sağlayabileceği konusunda yaygın bir fikir birliği vardır: bu özellikle bağışıklık sistemi genellikle zaten önemli ölçüde zayıflamış olan yaşlı insanlar ve önceden belirli koşullara sahip kişiler için geçerlidir, bu nedenle özellikle Onlarda korona hastalığının şiddetli (muhtemelen ölümcül) seyri beklenebilir. Öte yandan hamile kadınlara, iyi sebeplerden dolayı aşı olmamaları tavsiye edilir. Bazı romatizmal hastalıkları olan kişilerde hiç veya en iyi ihtimalle orta düzeyde aşılama başarısının beklendiği de bilinmektedir. Son olarak, bir hastanın mevcut veya kronik hastalıkları nedeniyle düzenli olarak alması gereken aşı ve ilaçlar arasında olumsuz “çapraz etkiler” olup olmadığı da değerlendirilmelidir. Bununla birlikte, tüm bunlar etik sorular değil, yalnızca ampirik olarak ve ayrıca bireysel vaka (anamnez) ile ilgili olarak açıklığa kavuşturulabilen tamamen tıbbi veya farmakolojik sorulardır. Bu nedenle, herhangi bir yeni ilacın (aşılar dahil) klinik testi için olağan gereksinimler şuna karşılık gelir: ancak “aday” etkinlik ve güvenlik için tüm klinik testleri başarıyla geçtiğinde, ancak o zaman tıbbi uygulamada kullanım için patent korumalı bir pazarlama izni alabilir. Ve bu süreçte, her olası hasta için etkili veya güvenli değilse, yeni bir ilacın yalnızca sınırlı onay alması çok iyi olabilir. Bu nedenle, klinik deneyler her zaman farklı denek grupları üzerinde yapılmalıdır: örn. olası tüm riskleri tespit edebilmek için kadınlar ve erkekler, ergenler ve çocuklar, hamile kadınlar ve şeker hastaları vb. Kural olarak, bu tür klinik deneyler (ilk klinik öncesi aşamada laboratuvar hayvanları üzerinde yapılmış olsa bile) uzun yıllar sürer ve çoğu “aday” başarısız olur ve pazar olgunluğuna bile ulaşamadan terk edilmek zorunda kalır.

Yenilikçi mRNA aşısı söz konusu olduğunda ise, pandeminin aciliyeti ve olağanüstü tehlikesi nedeniyle, özellikle zaman kaybetmemek için uzun süreli çalışmalar yapılarak kısaltılmış bir klinik deneme prosedürü seçilmiştir. Ne de olsa, aşının kullanımı, daha sonra diğer yetişkinler için daha fazla aşı önerilerinin yapılabileceği kapsamlı deneyim (yani veri) toplamak için başlangıçta hassas gruplarla ve çok yaşlılarla sınırlıydı. Hasta popülasyonunun (tüm potansiyel yararlanıcıların) bu şekilde önceliklendirilmesi veya farklılaştırılması, olası olumsuz etkileri en aza indirmek için hem tıbbi hem de etik açıdan gereklidir. Ancak örneğin ergenler ve hatta çocuklar da aşılanmalı mı? Çocuklarda ve ergenlerde aşının koruyucu etkisinin boyutu veya böyle bir aşının yokluğunda covid hastalığının seyrinin hafifliği elbette ancak ampirik araştırmalarla belirlenebilir. Bu nedenle bu etik bir soru değildir. Buna göre, çocuklarda ve ergenlerde aşılamanın potansiyel yan etkilerinin (aşı semptomları) enfeksiyon durumunda olası ciddi hastalık semptomlarından daha fazla olup olmadığı da ancak ampirik olarak belirlenebilir. Belki de bir Corona enfeksiyonu ile başa çıkmayı çocukların ve ergenlerin normalde sağlam bağışıklık sisteminin “doğasına” bırakmak daha iyidir. Öte yandan, çocuklar ve ergenler de yetişkinlere Covid 19 virüslerinin taşıyıcısı olabilirler, bu nedenle çocuk ve ergenlerin aşılanmasının en azından virüs yükünü bir bulaşma sağlayacak şekilde azaltabileceği kanaatine varılabilir. patojenlerin aşılanmamış yetişkinlere oranı, hastalığın şiddetli seyrine maruz kalma riskini uygun şekilde azaltmalıdır.

Etik bir bakış açısıyla, burada, öncelikle aşılanmamış yetişkinleri (ve daha az kendi korumaları) korumaya hizmet eden çocukların ve ergenlerin aşılanmasına, yalnızca çocuk ve ergenleri aşılamanın olası zararlı yan etkileri, çocukların ve ergenlerin aşıdan sağlayabileceği sağlık yararlarından daha önemli değilse izin verilebilir.⁶ . Çocukların ve ergenlerin, aşılanmamış yetişkinleri enfeksiyondan daha iyi korumak için gereksiz potansiyel aşı risklerine maruz kalmaları söz konusu olmamalıdır.

Bununla birlikte, bu argümanın geçerliliği, yeni mRNA aşıları ile aşılamanın, aşının tehlikeli uzun vadeli etkileri açısından hem yeterince etkili hem de güvenli olduğuna dair yeterli ampirik kanıtın halihazırda mevcut olmasına bağlıdır. Bu durumda sorun, bunun tıp biliminin henüz deneyim kazanamadığı tamamen yeni bir aşı sınıfı olmasıdır. Bu nedenle, mRNA aşısının koruyucu etkisinin yüksek olduğunu ve (istatistiksel olarak önemsiz zararlı aşı reaksiyonlarının ötesinde⁷ ) aşının geç etkilerinin beklenmediğini kanıtlamak nihai olarak klinik araştırmalara bağlıdır (örneğin, mRNA molekülleri kalıcı olarak insan genomuna kilitlenebilir, bir noktada kanser veya bunamayı tetikleyebilir, doğurganlığı azaltabilir veya bağışıklık sisteminde kalıcı hasara neden olabilir). Ancak şimdiye kadar, araştırmacıların mRNA aşılarının hem yüksek etkinliğini hem de sağlık güvenliğini doğrulayabilmeleri oldukça cesaret verici görünüyor. Ve bu aynı zamanda olası uzun vadeli geç etkileri de içerir, çünkü mRNA molekülünün sadece bağışıklık sistemine viral antijen üretimi için bir plan olarak hizmet etmekle kalmayıp, aynı zamanda mRNA molekülünün ciddi bir endişe kaynağı olabilecek hiçbir fizyolojik mekanizma keşfedilmemiştir. ayrıca istenmeyen metabolik süreçleri veya hücresel doku değişikliklerini uyarır. Bunun nedeni, mRNA molekülünün görünüşte genomik hücre çekirdeğine girmemesi ve tekrar bozulmadan önce organizmada herhangi bir süre kalmamasıdır, yani nükleik bazlarına parçalanır ve böylece etkisiz hale gelir.

Ayrıca, koruyucu etkiyi hem sağlamak hem de artırmak için böyle bir aşının ne sıklıkta ve hangi aralıklarla tekrarlanması gerektiği konusunda şu anda hararetli bir tartışma var⁸ : yine bunlar aşı başarısının değerlendirilmesi için ancak immünolojik çalışmalar ve istatistikler temelinde yanıtlanabilecek sorulardır. Etik bir bakış açısından, yalnızca, aksi takdirde zararsız bir aşının koruyucu etkisini mümkün olduğunca artırmak için mümkün olan her şeyin yapılması gerektiği söylenebilir. Bu aynı zamanda aşının daha da geliştirilmesi için de geçerlidir: örneğin, yeni virüs varyantlarına modifiye edici adaptasyonu.⁹ .

As already indicated above, questions of efficacy and safety are in principle not ethical but purely scientific questions. The situation is somewhat different with the question of whether the “precautionary principle” should always apply by insisting that the safety of a new drug be tested in advance. But this is already fulfilled by the requirement of multi-phase clinical trials, i.e. regulated in detail in pharmaceutical law. This aspect will therefore not be discussed in detail here, especially as it is dealt with in the training module “Legal and Social Aspects”. There, it is also discussed who (and in what respect) is to be held liable in the event of vaccine damage occurring (the treating physician, the manufacturer or the health authorities).

Bununla birlikte, “önlem” aynı zamanda daha büyük aşı stoklarının stoklanıp stoklanmaması gerektiği ve hayati aşıların üretiminin sırayla ulusal bir çerçeve içinde güvence altına alınmasının sağlanması gerekip gerekmediği sorusuyla da ilgilidir, diğer yandan maddelerin kalite güvencesini kendi başına izleyebilmek ve tedarik zincirlerinin “kopma” riskini kontrol edebilmek. Etik bir bakış açısına göre, devletin kendi nüfusuna yönelik sağlık hizmetleri aynı zamanda ilaç tedarikinde belirli bir ölçüde kendi kendine yeterliliği de içerir, bu nedenle lojistik ve ekonomik nedenlerle (maliyet tasarrufu) üretimi tamamen yurt dışına (örneğin Hindistan veya Çin’e) taşımak riskli kabul edilmelidir. Hekimleri etik açıdan son derece sorgulanabilir “triyaj” kararları vermeye zorlayabilecek kıtlık durumları yalnızca ulusal ve dolayısıyla nispeten özerk bir ilaç tedariki çerçevesinde önlenebilir (Askeri hastane tıbbından bilindiği gibi, aşırı durumlarda, kıt hale gelen ilaçların hangi yaralı hastalar için en umut verici şekilde kullanılabileceğine ve hangi hastalar için kullanılmayacağına karar verilmesi gerekir, böylece onlardan uzak dururlar). Bununla birlikte, bu sadece yüksek kaliteli ilaçların mevcut miktarını değil, aynı zamanda tıbbi bakımın diğer altyapısını da ilgilendirmektedir: örneğin, hastanelerdeki mevcut yoğun bakım yataklarının sayısı veya tıbbi ve hemşirelik personelinin hastaneyi işletmek cihazlar (vantilatörler gibi) ve hastalara fiziksel bakım sağlamak için gereken kapasitesi. Ancak bunlar, tıbbi bakımın organizasyonunu ilgilendiren genel tıp etiği sorularıdır ve bu nedenle mRNA aşılarının etik olarak doğru kullanımının kapsamının ötesine geçer, dolayısıyla burada daha fazla tartışılmasına gerek yoktur.
Diğer bir nokta, dağıtım adaleti ve yeni nanomedikal olanaklara erişim konuları ile ilgilidir: Örneğin, mRNA aşılarının başlangıçtaki kıtlığı göz önüne alındığında, finansal olarak güçlü ülkelerin onları fakir ülkelerden daha kolay elde edebileceği göz ardı edilemez. DSÖ, “Üçüncü Dünya” için belirli bir aşı kotası ayırmış olsa da, bunun tamamen yetersiz olduğu ortaya çıktı. Yeni aşı üreticilerinin çoğu, kâr amacıyla, daha yoksul ülkelerin aşıları patent ücreti ödemeden kendilerinin üretmelerine, yani kendi üretim tesislerini kurmalarına izin vermeyi de reddetti. Bu da gelişmekte olan ülkeleri ciddi bir dezavantaja sokuyor. Genel olarak, başlangıçta daha zengin ülkeler arasında nadir aşıların satın alınması için şiddetli bir rekabet vardı ve bu, etik bir bakış açısıyla olumsuz olarak görülmesi gereken bir durumdu, çünkü daha uyumlu bir yaklaşım adil dağıtımı sağlamak da mümkün olabilirdi. Temel olarak, burada, maliyetli nanoteknolojilerin daha yoksul yararlanıcılar için erişilebilir hale getirilmesinin nasıl sağlanabileceği sorusu ortaya çıkıyor, örn. “iki sınıflı bir ilacı” önlemek için.

Her durumda, mRNA bazlı aşıların etkinliği ve güvenliği söz konusu olduğunda, bu konuda yalnızca deneysel çalışmalar bilgi sağlayabilir. Etik, bu bağlamda ancak bir aşının faydasının hangi kriterlere göre değerlendirileceği sorulabildiği sürece söz sahibidir: Ciddi, hatta belki de ölümcül bir hastalığın önlenmesi, gerçekten yerine getirilmesi koşuluyla, burada kesinlikle belirleyici kriterdir. Geçmişte çiçek hastalığı ve veba ya da günümüzde zika humması veya Ebola gibi ciddi hastalıklara karşı, mevcut aşılar kesinlikle “tercih aracıdır”. Ancak, aşılamanın çok fazla ve çok aceleci olduğuna (örneğin mevsimsel gribe karşı) ve dolayısıyla “doğal” bağışıklık sistemimizin aşırı yüklenmeye (streslenmeye) ve dolayısıyla kendiliğinden “kendini iyileştirme gücünün” gelişmesini engellediğine yol açan bir azınlık görüşü de vardır. Her şeyden önce, aşı kampanyalarının büyük başarıları-özellikle daha az tehdit edici hastalıklar durumunda-modern farmakolojiye ve cihaz tıbbına çok fazla güveneceğimiz için nihayetinde “Pirus zaferleri” olduğunu kanıtlayabilirdi ve dolayısıyla sağlığı korumanın ve artırmanın diğer yollarını ihmal ederiz (“daha nazik”). Bununla birlikte, Covid-19 durumunda, özellikle henüz gerçekten etkili bir tedavi olmadığı için, olası bir enfeksiyonun bir miktar sakinlikle karşılanabilmesi için aşılamanın etrafında bir yol yok gibi görünüyor. Genel olarak, doğuştan gelen bağışıklık sistemini güçlendirmenin birçok yolu olabilir (sağlıklı bir diyet, yeterli egzersiz ve uyku ve stresi azaltan bir yaşam tarzı gibi), ancak gerçekten ciddi bir bulaşıcı hastalığa karşı, muhtemelen sadece uygun bir aşı yardımcı olacaktır. ilerlemek.

Öte yandan özellikle Corona söz konusu olduğunda, bir virüsün (veya başka herhangi bir tehlikeli patojen: bir bakteri veya bir parazit) hayvanlardan insanlara sıçrayabileceği durumlar sınırlandırılarak hayvanlardan kaynaklanan salgın ve pandemilerin de engellenemeyeceği düşünülebilir. Gerçekten de, covid-19 patojeni, sonuçta, potansiyel olarak insanlara bulaşırsa tehlikeli olabilecek çok sayıda virüs için mükemmel konaklar olan Wuhan’daki bir pazarda pangolinlerin veya belirli yarasaların tüketime sunulması gerçeğiyle kolaylaştırılmış bir “zoonoz”dur (en azından, bir Çin laboratuvarından istemeden kaçtığını gösterecek çok az şey var¹⁰ ) Şöyle ki: Beslenme alışkanlıklarımızı değiştirmek ciddi bulaşıcı hastalıkların ortaya çıkmasını da önleyebilir. Buradaki fikir, insan uygarlığı ve doğasının değişim alanında, bulaşma riskini mümkün olduğunca sınırlamamız veya en azından kontrol etmemiz gerektiğidir. Gerçekten de, (yasadışı) yaban hayatı ticareti, örneğin teknoloji yoğun orman yönetiminin yeni biçimlerinin yanı sıra, daha önce büyük ölçüde el değmemiş vahşi alanlara izinsiz giriş yoluyla daha önce bilinmeyen patojenlerle insan teması olasılığını artırmaktadır. Ayrıca, çiftlik hayvanlarıyla (kümes hayvanları gibi) genellikle evlerde birlikte yaşama ve genellikle yetersiz yerel hijyen standartları (örneğin, içme suyu kalite kontrolü veya atık bertarafında) özellikle sosyolojik olarak ilgi çekicidir. Genel olarak, insan yerleşimleri ve buna bağlı yol yapımı, görünüşe göre giderek vahşi doğaya doğru genişliyor; tıpkı tersine, vahşi hayvanların (kuşlar ve böcekler dahil) atalarının doğal yaşam alanlarından giderek daha fazla yer değiştirmesi ve yerleşim yerlerine yerleşmesi gibi.

Bu nedenle, zoonotik hastalıklardan kaçınmak için, sınır bölgesindeki vahşi doğadaki çeşitli insan-doğa ilişkilerinin “epidemiyolojik yönetimi” giderek daha acil hale geliyor. Zoonotik potansiyele sahip yabani türlerin olası yayılmasının bilimsel olarak izlenmesine ek olarak, yasal ve pratik önlemler de gereklidir: örn. yerleşim ve altyapı geliştirme, yağmur ormanlarının ekonomik kullanımı, hijyenin iyileştirilmesi, (doğa odaklı) gıda üretimi ve sağlık eğitimi alanlarında. Tıbbi biyoetiğin çevre etiğiyle buluştuğu yer burasıdır. Ancak bunların hepsi, bir dereceye kadar, Covid 19 pandemisine karşı mRNA stratejilerinin ön saflarında yer alan daha geniş konulardır: çünkü bir kez bir pandemi patlak verdiğinde, zoonotik risklere karşı önleyici tedbirlerin tümü çok geç gelir, bu nedenle şimdi bir yandan bulaşıcı olayın daha fazla yayılmasını mümkün olduğunca kontrol altına almaya çalışın (örn. koruyucu maske takarak, koruyucu giysi kullanarak, elleri ve yüzeyleri dezenfekte ederek, kapalı alanları havalandırarak, geçici karantinaya alarak ve hatta geçici “tecrit”) ve ikinci olarak, geniş tabanlı aşı kampanyaları yoluyla. Ve ikincisi söz konusu olduğunda, mRNA aşılarının inanılmaz derecede hızlı bir şekilde operasyonel hazır hale getirilebileceği için şanslıyız ve bu kesinlikle sayısız hayat kurtardı.

4.2. Genetik Mühendisliği Ürünleri Olarak mRNA Aşılarının Nanoetik Yönleri

Yeni mRNA aşılarının pratik kullanımının genel tıbbi ve sosyo-etik sonuçlarını kısaca tartıştıktan sonra, şimdi bu aşıların genetik mühendisliği karakterinden doğabilecek olası sorunları ele alacağız: yani bu ajanların bir yanda, moleküler genetik ölçekte yapıcı işlemlerin sonucu (deyim yerindeyse “RNA mühendisliği”); ve diğer yandan, hücrelerin biyolojik işlevlerine veya canlı bir organizmanın (yani insan organizmasının) bağışıklık sistemine müdahale etmeyi amaçladıklarını. Yukarıda da bahsedildiği gibi, nanoetik alanı bu eğitim ünitesi kapsamında beşeri tıp alanı ile sınırlı olacaktır. Böylece – alanı daha da daraltmak – nanoetik, esas olarak (ancak sadece değil) mRNA aşılarının geliştirilmesi ile ilgili olacaktır. Aslında, RNA ve DNA moleküllerinin tüm “manipülasyonları”, yani gen dizilerinin (ve sonuçta mRNA molekülü, covid-19 virüsünün zarfı üzerindeki belirli bir sivri proteini, yani bir viral gen için kodlar) tüm yapıları nanoteknik prosedürler olarak kabul edilebilir. mRNA bazlı aşıların geliştirilmesi burada sadece özel bir durumdur. Bununla birlikte, genel olarak genetik mühendisliği prosedürleri veya bu prosedürlerin ürünlerinin tıbbi uygulaması için ortaya çıkan bu özel durumda etik sorular da ortaya çıktığı için, etik yansımanın odağını buna göre genişletmek, yani tüm spektrumu dahil etmek mantıklıdır. Etik değerlendirmede insan tıbbı alanındaki genetik mühendisliği temelli gelişmeler. Nitekim bu özel durumda da sağlık sektöründe genetik mühendisliği ile bağlantılı olarak ortaya çıkan etik soruların neredeyse tamamının gündeme geleceği ortaya çıkacaktır.¹¹ .

Özel bir disiplin olarak özel bir “nanoetik”in gerekli olduğu, ancak “biyoetik” veya “gen etiği”nin yalnızca daha ileri bir uygulaması olduğu sürece kesinlikle tartışılabilir ve bu nedenle nanobiyoteknoloji tarafından ortaya atılan sorular, diğer etik yansıma bağlamlarından zaten çok iyi bilinmektedir. Aslında, özünde tamamen farklı olan (nano-) teknolojiler bile genellikle oldukça benzer etik ve sosyal zorluklarla karşı karşıya kaldığından, etik yansımanın kesişen doğasını yanlış değerlendirmemek gerekir.

İlke olarak, (bulaşıcı) hastalıklarla mücadele için genetik mühendisliği yöntemlerinin kullanılması kesinlikle memnuniyetle karşılanmalıdır. Bununla birlikte, mRNA aşılarının genetik mühendisliği üretimi (yapımı) ve insan vücuduna transfer sırasında kullanımları ile bağlantılı olarak, yalnızca güvenlik sorunları değil, aynı zamanda örn. Bununla birlikte, mRNA aşılarının genetik mühendisliği üretimi (yapımı) ve bunların insan vücuduna transferleri sırasında ele alınması ile bağlantılı olarak, genetik mühendisliği (hem süreç olarak hem de ürünleri açısından) özellikle iyi bir üne sahip olmadığı sürece, yalnızca güvenlik sorunları değil, aynı zamanda sosyal kabul sorunları da ortaya çıkmaktadır: İnsanın, “hayatın planını” değiştirerek “Tanrı’nın yaratması”na, hatta “Tanrı’yı oynama”ya müdahale edeceği sıklıkla tartışılır (bununla birlikte, mRNA molekülleri söz konusu olduğunda durum pek böyle değildir, çünkü bunlar yalnızca insan bağışıklık sistemine kendi aktivitesi için şablonlar sağlarlar). Genetiği değiştirilmiş ilaçların çevresel uyumluluğundan bile bazen şüphe duyulur (örneğin, genetiği değiştirilmiş bakteriler yoluyla elde edilen insan insülini şeker hastaları tarafından kolayca kabul edilir). Her halükarda, ciddi enfeksiyonlarla savaşmak için mRNA moleküllerinin yapımını göz ardı etmek zordur, çünkü avantajları açıkça herhangi bir endişeden daha ağır basmaktadır. Genetik mühendisliğinin bu uygulamasının sağlık yararlarını tam olarak görememek ve takdir edememek için, teknolojinin temel bir muhalifi veya en azından genetik mühendisliğinin “ideolojik olarak” ikna edilmiş bir düşmanı olmak gerekir. GD bitkilerin tarımsal kullanımı söz konusu olduğunda, bu durum biraz farklı olabilir, çünkü güvenlik durumu ve “tarla koşulları” altındaki çevresel uyumluluk son sonuçta henüz netlik kazanmamıştır; ve ayrıca, çiftlik hayvanlarının üreme klonlanması ve organizmaların “sentetik biyoloji” veya “genom düzenleme” yardımıyla “yeniden yapılandırılması” durumunda, tüm risk ve etik sorular henüz açıklığa kavuşturulmamıştır (buna daha sonra döneceğiz).

Interestingly, in the case of the “tailor-made” mRNA vaccines, we are actually dealing with two nanostructures: on the one hand, the mRNA itself, i.e. the active substance, and on the other hand, the lipid nanoparticles into which the mRNA is “packaged” and subsequently introduced into the human organism. The nanotechnological procedure thus takes place on two different levels of construction, thus forming an exceedingly complex process.

İlginç bir şekilde, “kişiye özel” mRNA aşıları söz konusu olduğunda, aslında iki nanoyapı ile uğraşıyoruz: bir yanda mRNA’nın kendisi, yani aktif madde ve diğer yandan, mRNA’nın “paketlendiği” ve ardından insan organizmasına dahil edildiği lipid nanoparçacıkları.¹² The nanotechnological procedure thus takes place on two different levels of construction, thus forming an exceedingly complex process.

Bu eğitim modülünün odak noktası, farklı varyantlarında Corona virüsüne karşı aşıların araştırılması (ve bunların etik değerlendirmesi) olsa da, kişiye özel mRNA konaklarının tıbbi kullanımı, bulaşıcı hastalıklarla mücadele etmekten daha fazlasını yapabilir: yapay mRNA ürünlerinin gen tedavisi alanında yenilikçi yaklaşımlar için de başarılı bir şekilde kullanılabileceğine dair haklı umut; veya kanserin yanı sıra kardiyovasküler hastalıkların tedavisinde.^13> Ancak hastalıklı hücrelerin genetik materyaline mRNA kullanılarak hedefe yönelik bir şekilde müdahale edilebilmesi için uygun yerleştirme prosedürleri (“sil ve yapıştır”) gereklidir. İşte burada CRISPR-Cas “genom düzenleme” teknolojisi devreye giriyor. İşte burada CRISPR-Cas “genom düzenleme” teknolojisi devreye giriyor. Son olarak, en azından dolaylı bir şekilde, mRNA dizileri gelecekte tanı yöntemlerinin geliştirilmesinde de önemli hale gelebilir (örneğin, genom analizinde, tümör belirteçlerinin saptanmasında vb.). Bu nedenle, bu uygulama alanları daha sonra ele alınacaktır, çünkü mRNA nanoteknolojisinin tam bir değerlendirmesi, ancak bu teknik diğer RNA ve DNA tabanlı genetik mühendisliği uygulamalarının daha geniş bağlamında ele alınırsa etik bir perspektiften yapılabilir. Düşünme kapsamının bu genişlemesi, RNA teknolojisinin yakında daha fazla uygulama alanı açmasının muhtemel olması gerçeğiyle de doğrulanmaktadır: kanser veya gen terapisinde olduğu gibi, aynı zamanda teşhiste de. Ve en geç bu gerçekleştiğinde, sadece bu teknolojinin aşılama amaçlı kullanımıyla ilgili olmayan etik yönler de alakalı hale geleceğinden, etik düşüncenin odak noktası da genişlemek zorunda kalacaktır: çünkü ancak o zaman bu yöntemin muazzam potansiyeli ortaya çıkacaktır. Bununla birlikte, yeni bir teknolojinin sosyal etkileri üzerine herhangi bir etik düşüncenin mümkün olduğunca erken gerçekleşmesi gerektiğinden, bu sonuçları halihazırda RNA teknolojisinin çeşitli uygulama alanlarında değerlendirmeye çalışmak mantıklıdır. “İleriye dönük” bir nanoetiğin avantajı, aynı zamanda “proaktif olarak” odaklı bir teknoloji politikası hazırlamaktır, çünkü nanoetiğin erken bir aşamada yeni teknolojinin olası risklerine veya dezavantajlarına dikkat çekmesidir.
Her durumda, (RNA temelli) genetik mühendisliğinin beklenen farklı tıbbi uygulamaları, yapının kapsamına ve organizmadaki müdahalenin derinliğine veya amaçlarına bağlı olarak belirli bilimsel (ampirik) ve etik sorunları ortaya çıkarmaktadır. Bu problemlerin çeşitliliği ve ağırlığı, örneğin, ya farmakolojik olarak değerli proteinler üretmesi (örneğin, insan insülininin bakteriyel üretiminde) ya da terapötik ajanların insan vücuduna sokulması için “feribot” (vektörler)görevi görmesi amaçlanan bu moleküler yapıların ya da organizmaların manipülasyonu ile ulaşılan yapı düzeyine bağlıdır. Bununla birlikte, nano ölçekte tamamen tanı amaçlı uygulanmış olan genetik tıbbi prosedürler bile, genellikle çok kişisel olan veriler üretir (örneğin, belirli bir kişinin karakteristiği olan, o kişiyi kısmen “genetik olarak şeffaf hale getiren” genetik veriler) ve bu nedenle kötüye kullanılabilecek veriler üretir (örneğin, toplanan verilerin belirli genetik yatkınlıklardan kaynaklanan gelecekteki hastalıkları göstermesi halinde sigorta şirketleri tarafından veya ayrıca kanun yaptırımı bağlantısı olmamasına rağmen belirli kişileri belirlemek için hükümet yetkilileri tarafından). Bu durumda, veri koruma kanunu kapsamında uygun önlemler alınmalıdır: ör. verilerin anonimleştirilmesi veya en azından takma adlı hale getirilmesi için uygun prosedürler aracılığıyla ((veya ayrıca yüksek erişim engelleri yoluyla veya verileri sınırlı bir süre için tutarak). Ayrıca, örneğin epidemiyolojik amaçlar için genetik verilerin kullanımı, veri bağışçısının açık rızası olmadan gerçekleştirilmemelidir (“bilgilendirilmiş onay”) (bu, örneğin, genetik olarak anlamlı doku örneklerinin saklandığı ve değerlendirildiği klinik doku koleksiyonları veya araştırma biyobankları için geçerlidir).

Bu nedenle, mRNA tekniklerinin gelişiminin, tümü nano ölçekte etkili olan veya olacak olan moleküler genetik araçların geliştirilmesi bağlamında daha geniş bir bağlamda görülmesi gerektiği görülebilir: öyle olsun

(a) teşhis amaçlı (örneğin, kalıtsal hastalık yatkınlıklarının tespiti için genomik analizde);

(b) veya terapötik amaçlar için (örneğin, somatik veya hatta germline müdahale eden gen terapisinin performansında);

(c) veya immünolojik amaçlar için (örneğin, spesifik patojenlerle savaşmak için “uyarlanmış” mRNA dizilerinin yapımında);

(d) veya biyoyapıcı amaçlar için, amaç bütün organizmaları (tek hücreli organizmalar) teşhis veya terapötik olarak etkili ilaçların üretimi için kullanılabilecek şekilde tasarlamak olduğunda (örneğin, belirli bir organizmaya “yukarıdan aşağıya” yeni metabolik yollar dahil etmek için “sentetik biyoloji” alanında “genom düzenleme” yoluyla organizma da “aşağıdan yukarıya” düşünülebilir, DNA’sında veya RNA’sında doğada bulunmayan nükleik bazlara bile sahip olabilir).

Ne yazık ki, genetik mühendisliğinin tıpta kullanıldığı tüm ilgili alanları burada sunmak bu makalenin sınırlı kapsamında mümkün değildir. Bu nedenle, sonuç olarak, mRNA aşılarının insan organizmasına dahil edildiği vektörlere sadece bir göz atacağız. Aşıların kendilerine ek olarak, bu taşıma sistemleri, Covid-19 ile mücadele bağlamında nanoteknolojik yöntemlerin ikinci uygulamasını temsil ediyor.

5. “Nano Dağıtım Sistemleri”: İşlevler ve Riskler

mRNA ajanının insan bağışıklık sistemine güvenli bir şekilde taşınması aşılama başarısı için çok önemli olduğundan, bu husus ilk önce biraz ayrıntılı olarak ele alınacaktır. Yukarıda, mRNA aktif bileşeninin, insan bağışıklık sistemine kararlı bir şekilde girebilmesi ve covid-19’a karşı antikorlar üretimi için bir şablon (antijen) olarak hizmet edebilmesi için bir lipid nanoparçacıkları kabuğunda paketlenmesi gerektiğinden bahsedilmiştir. Bununla birlikte, bu, nano ölçekte çok farklı taşıma işlevlerini gerçekleştirebilen çok sayıda sözde “teslimat sisteminin” yalnızca bir örneğidir.
Nanomalzemeler insan vücudunda çok çeşitli şekillerde kullanılmaktadır. Aşağıdaki bölümde özellikle umut verici iki uygulama alanı tartışılacaktır: Birincisi, vücutta aktif maddelerin dağıtılmasına hizmet eden çeşitli nano-taşıma sistemleri (“nano dağıtım sistemleri”) grubu. Öte yandan, değişen manyetik alanların tümör hücrelerinin ısınmasını ve yok edilmesini sağladığı (hipertermi süreci) kanser tedavisinde çeşitli metalik nanopartiküller kullanılmaktadır. Burada, yalnızca ilk durum daha ayrıntılı olarak ele alınacaktır.

Nano ölçekli sistemler, vücuttaki aktif maddeleri taşımak için kullanılır (ilaç dağıtımı). Nanomalzemeler, aktif maddeyi, daha sonra kapsüllenmiş sistemler veya miseller olarak adlandırılan küçük koruyucu kabuklarla çevreler. Aktif maddelerin belirli uygulama alanlarına taşınabilecek şekilde biyolojik taklit [6] ile korunmasını veya gizlenmesini sağlarlar. Yapılarına bağlı olarak hücre duvarları, gastrointestinal duvar veya kan-beyin bariyeri gibi biyolojik engellerin üstesinden gelebilirler [19]. Alzheimer hastalığı gibi hastalıkları etkili bir şekilde tedavi etmek için hali hazırda kullanılabilir bir farmasötik yaklaşımı şimdiye kadar önleyen tam olarak kan-beyin bariyeridir. Buna göre, nanomalzemelerin kullanımıyla ilgili umutlar yüksektir. Amaca ve istenen uygulama alanına bağlı olarak nano-taşıma sistemleri farklı görevleri yerine getirir. Örneğin, suda az çözünen veya yağda çözünen vitaminleri ve aktif bileşenleri [2] sararak vücut için daha kolay erişilebilir hale getirirler.

Diğer işlemler, aktif bileşenlerin salınımının zamanlamasını veya vücutta çok hızlı ayrışan maddelerin yalnızca kullanım noktasında salınmasını veya çok uzun bir süre boyunca eşit olarak dağılmasını sağlar. Çok çeşitli kapsülleme sistemleri vardır, örn. kozmetikler için, yeni farmasötik ürünler için veya kontrast maddeler için. Birçok sistem vücut tarafından kolayca parçalanan doğal malzemeler kullanır, ancak nanoformları onlara daha fazla stabilite sağlar veya vücut tarafından daha kolay emilmesini sağlar. Bunlar arasında küçük yağ damlacıkları (nanolipid yapılar), kabuklu deniz ürünleri (kitosan) veya jelatin özlerinden elde edilebilenler gibi doğal protein bileşikleri bulunur. Birçok sistem, kanser tedavilerinde, uçuklarda ve tedavisi zor mantar hastalıklarında kullanılacak olan bozunabilir polilaktoglukonatlar (protein-şeker bileşikleri) veya dendrimerler (ağaç benzeri polimer yapılar) gibi doğayı kopyalar.

Diğer sistemler karbon gibi malzemelerle çalışır. Bunlar bozunmayan, nanometre boyutunda futbol benzeri yapılar (fullerenler) veya içinde aktif maddelerin taşınabileceği küçük karbon nanotüpler oluşturur [7, 22]. Araştırmacıların üzerinde çalıştığı bir diğer geliştirme adımı, hedef konumlarını “tanımak” için hücre tipleri, virüsler veya diğer patojenler için özel reseptörlerle donatılabilen hedefli dağıtım sistemleridir [30, 13]. Bu, aktif maddelerin amaçlanan eylem yerinde hareket etmesini sağlayacaktır, örn. karaciğer gibi belirli organlarda veya belirli tümör hücrelerinde, ancak vücudun diğer bölgelerinde değil. Genellikle tümör hücrelerine bağlanan monoklonal antikorlar kullanılır. Farklı dağıtım sistemlerinin ortak özelliği, iyileştirilmiş veya daha fazla hedeflenmiş alımın, ilaç miktarını ve istenmeyen yan etkileri önemli ölçüde azaltabilmesidir [1].
İlaç dağıtım sistemlerinin toplumsal yararları, öncelikle gelişmiş tıbbi tedavilerde ve hastalar için artan yaşam kalitesinde görülür [11]. Diğer fayda yönleri arasında sağlık bakım maliyetlerinde potansiyel azalma ve beklenen olumlu ekonomik gelişme yer alır. Bu faydaları ölçmek için çeşitli girişimler aşağıda özetlenmiştir.

Birincisi ve en önemlisi kanser tedavisine yönelik yaklaşımlardır. Kanser, 2005 yılında yaklaşık 7,6 milyon ölümle dünya çapında önde gelen ölüm nedenlerinden birini temsil etmektedir. Sanayileşmiş ülkelerde kanser, ikinci önde gelen ölüm nedenidir. DSÖ, kansere bağlı ölümlerin 2015 yılında 9 milyona, 2030 yılına kadar ise 11,4 milyona çıkacağını tahmin etmektedir [32]. Herhangi bir terapötik ilerleme, milyonlarca hasta ve aileleri için tedaviler veya gecikmeler anlamına gelebilir ve tedavi yöntemlerinin daha etkili olması, potansiyel olarak sağlık bakım maliyetlerinde bir azalmaya yol açabilir.
2004 yılında Alman Federal Eğitim ve Araştırma Bakanlığı için yazılan “Nanoteknoloji yanlısı Sağlık: Fırsatlar ve Riskler” araştırma raporunda [3], yazarlar virial karsinomlar örneğini kullanarak olası hesaplanan daha düşük yan etkiler daha az takip tedavisi gerektirdiğinden, nanomalzemelerin kullanımı yoluyla maliyet düşüşleri ile ilgili Amerikan çalışmalarına [14] atıfta bulunurlar. Bu, özellikle yan etkilere karşı daha yüksek duyarlılığa sahip yaşlı kadın hastalar için geçerliydi. Bununla birlikte, BMBF çalışması, çeşitli uluslararası tedavi yöntemlerinin ve sağlık bakım sistemlerinin zayıf karşılaştırılabilirliğinin yanı sıra ilaçlar ve prosedürler için olası fiyat eğilimleri nedeniyle potansiyel ekonomik tasarruf tahminlerinin dikkatle incelenmesi gerektiğini tavsiye etmektedir [3].
Genel olarak, istenmeyen yan etkiler ciddi bir sorundur. Örneğin ABD’de, bir yıl içinde tahmini 100.000 ölümden sorumluydular ve bu da onları en yaygın onuncu ölüm nedeni haline getirdi [33].
Farmasötik endüstrisinde nanomalzemelerin faydalarının çoğu nicel tahminleri, pazar büyümesinin projeksiyonları ile ilgilidir. 2005’ten 2012’ye kadar olan dönemde yılda yaklaşık %50’lik bir artış öngörüyorlar. Aynı zamanda, genel ilaç pazarında nanoteknolojinin giderek artan bir payı olduğu tahmin ediliyor. 2012 yılında 4,8 milyar ABD doları pazar hacmi tahmini, bu alandaki nanoteknolojinin pazar potansiyelinin iyimser değerlendirmesini göstermektedir [23]. Bu durumda, yüksek büyüme rakamlarının yüksek ilaç fiyatlarıyla ilişkili olup olmadığı sorusu açık kalacak ve bu da sağlık sistemindeki maliyet tasarruflarının bir kısmını ortadan kaldıracaktır.

Nano dağıtım sistemlerinin genel bir risk değerlendirmesi, yukarıda belirtildiği gibi kullanılan çok çeşitli uygulamalar ve malzemeler göz önüne alındığında mümkün değildir. Bu uygulama alanındaki nanomalzemelerin tehlikeliliği veya tehlikesizliği hakkındaki ifadeler her zaman bireysel durumla ilgili olmalıdır. Sadece kullanılan nanomalzemelerin formları değil, aynı zamanda olası bağlanma veya ayrışma süreçleri (aglomerasyon ve deaglomerasyon) da dikkate alınmalıdır [4].

Tıbbi alanda kullanıldığında, bir ürün onaylanmadan önce özel güvenlik testleri uygulanır. Tabii ki, bu aynı zamanda aktif bileşenler veya eksipiyanlar olarak nanomateryaller içeren ürünler veya tıbbi cihazlar için de geçerlidir. Aktif bileşenler, doğal veya sentetik olarak üretilmiş kimyasal elementler, bunların bileşikleri ve farmakolojik etki yaratan karışımlar veya çözeltiler olarak anlaşılır. Hayvanlar veya insanlar üzerinde uzun süreli toksik etkileri olup olmadığını (akut ve kronik toksisite), kansere neden olup olmadıklarını (kanserojenite), genetik materyali etkileyip etkilemediklerini (mutajenite) veya doğmamış çocuklar üzerinde olumsuz etkileri olup olmadığını (teratojenite)belirlemek için klinik öncesi çalışmalarda test edilmelidirler. Kural olarak, çevresel etkiler için ek bir risk değerlendirmesi gereklidir. Yardımcı maddeler ise ilaca belirli bir şekil vermek, dayanıklı hale getirmek, tatlandırmak, renklendirmek veya kullanımına göre başka bir şekilde geliştirmek için gerekli olan maddelerdir. Farmasötik birliği Interpharma, eksipiyan örnekleri olarak nişasta, şeker, jelatin, katı yağlar, sıvı yağlar, su ve alkolleri listeler [20].

Uygulama bağlamına bağlı olarak, nanomalzemeler, yalnızca bir taşıma sistemi olarak kullanılmaları halinde, aktif maddeler ve yardımcı maddeler kapsamına girebilir. Alman İlaçlar Yasası (AMG; 14. değişiklik AMG) ve Beşeri Tıbbi Ürünlerin Klinik Araştırmalarının Yürütülmesinde İyi Klinik Uygulamalarının Uygulanmasına İlişkin Yönetmelik (GCP Yönetmeliği), aktif maddeler ve eksipiyanlar için hangi güvenlik testlerinin yapılması gerektiğini kesin olarak belirtir. Bu, onay öncesi konsültasyon prosedürleri ve klinik denemeler, onay prosedürlerinin kendisi ve onaydan sonra yan etkilerin oluşumunu belgeleyen devam eden izleme ve raporlama (farmakovijilans) ile ilgilidir. Onay için gözden geçirme prosedürlerine, klinik araştırmaları onaylaması gereken etik kurullar tarafından yapılan istişareler dahildir.
Şu anda uzman çevrelerde, taşıma sistemleri olarak nanomalzemelerin eksipiyanlar için onay prosedürleriyle ne ölçüde test edildiği konusunda bir tartışma yürütülmektedir. Ancak 2002’den beri, Alman İlaç Yasası’nın 21. Bölümü kapsamındaki Pazarlama İzni Bildirimi yürürlüktedir ve ilaçların biyoyararlanımı ve biyoeşdeğerliği hakkında bilgi gerektirir. Bu nedenle, nanomateryallerin eksipiyanlarda kullanılmasından kaynaklanan gelişmiş biyoyararlanım, mevcut formülasyonlar değiştirilse bile yeni onaylarda belirtilmelidir.

İlaç dağıtım sistemlerine ilişkin çeşitli bilimsel makalelerde, genellikle işlev ve faydaların ayrıntılı açıklamaları bulunur, ancak olası risk potansiyellerine yalnızca birkaç referans verilir. Parçalanabilen ve parçalanamayan dağıtım sistemleri arasında bir ayrım yapılır. Uzmanların çoğu, yukarıda açıklanan yağ, protein veya şeker bileşikleri gibi parçalanabilir nanotaşıma sistemlerinin vücut tarafından daha büyük bileşiklerle aynı şekilde işlendiğini ve nano’ya özgü bir risk oluşturmadığını varsaymaktadır [7]. İfade edilen endişelerin temelinde, sanal olarak sırtlama prensibi ile ilaç dağıtım sistemleri ile organizmaya girebilecek, çevreden gelen toksik maddelerin olası aşırı doz ve sürüklenme etkileri yer almaktadır. Ancak bunların hepsi ampirik olarak yanıtlanması gereken sorulardır ve yalnızca dolaylı olarak etik açıdan önemlidir.
Bozunmayan (kalıcı) nanomalzemeler çok daha problemli olarak değerlendirilmiştir. Çeşitli çalışmalar, örneğin, tıpta taşıma sistemleri için kullanılmalarını önermeyen fullerenler [26] ve karbon nanotüpler için olumsuz sağlık etkileri olduğunu göstermektedir [34]. Ancak yine, nanotüpler üzerine yapılan son çalışmalar, bir risk değerlendirmesinin büyük ölçüde seçilen biçime ve uygulamaya bağlı olduğunu ve yalnızca vaka bazında yapılabileceğini göstermektedir. Bozunmayan, kalıcı nanomalzemeler için, insanlara zararsız olmaları gerekse bile, çevresel riskler hakkında da sorular ortaya çıkıyor. Burada çevreye atıldıktan sonra nasıl davrandıklarını, yani su, toprak ve hava üzerinde ne gibi etkileri olabileceğini incelemek gerekir. Ancak bu alandaki araştırmalar henüz emekleme aşamasındadır.
Tıpta nanotaşıma sistemleri için çeşitli etik ve sosyal sorunlar ortaya çıkmaktadır. Genel olarak, tıptaki uygulamalar, nanomalzemelerin sosyal risk değerlendirmesinde özel bir durum olarak kabul edilir. Bir toplumun hala var olan bilgi boşlukları göz önüne alındığında yeni teknolojileri kullanırken ne kadar risk almaya istekli olduğuna dair temel soru, tıp alanında çok bireyselleştirilmiş bir şekilde ele alınmaktadır [17]. Burada, bireyin sağlığı ve nanomalzemelerin kullanımından elde edilen potansiyel faydalar, bireysel yan etki risklerine karşı tartılır. Hastalığın ciddiyetine ve tedavideki önceki başarısızlıklara bağlı olarak, nanomalzemelerle tedavi umut verici bir yöntem veya “son çare” olarak görülüyorsa risk toleransı çok yüksektir. Bu kesinlikle özellikle kanser tedavileri için geçerlidir, ancak daha geniş anlamda nanomalzemelerin ilaçların etkinliğini arttırdığı ve yan etkileri azalttığı diğer uygulamalar için de geçerlidir.

Etikçiler, kan-beyin bariyerinin geçilmesine ve bunun sonucunda ortaya çıkan potansiyel uygulama alanlarına özel önem veriyorlar [21, 15]. Alzheimer hastalığı durumunda beyin performansını olumlu yönde etkileme olasılığı, sağlıklı insanlarda performansı artırmak için kullanılabilir. Bu nedenle, etik tartışmanın önemli bir konusu, insanların ilaçlarla terapötik olarak belirtilmeyen iyileştirilmesi (insan geliştirme) için bu uygulamanın kötüye kullanılması olasılığıdır. AB Davranış Kurallarında, sağlıklı insanları geliştirmeye yönelik prosedürler veya materyaller üzerine araştırmaları hariç tutar ve tüm AB projeleri için araştırma projelerinin etik ve sosyal yönleri üzerinde düşünmeyi zorunlu kılar [12].

Kötüye kullanım sorunu da askeri uygulamalarla bağlantılı olarak ele alınmaktadır. Burada asıl mesele, askerlerin uykuya ihtiyaç duymadan konsantrasyonu artıracak veya sürekli kullanabilecekleri ilaçlar ve daha geniş anlamda biyolojik savaş ajanlarının geliştirilmesinde nano taşıyıcı sistemlerin kullanılmasıdır [15]. Nanomalzemelerin askeri kullanımı veya yanlış kullanımı konusundaki tartışmalarla ilgili sorunlu olan şey, gerçek projeleri çevreleyen gizlilik nedeniyle ağırlıklı olarak spekülasyon alanında kalmasıdır.

Bireysel risk değerlendirmesine ve yanlış kullanım olasılıklarına ek olarak, nano-taşıma sistemleri için kritik soru çevreye olası giriştir. Çevre örgütleri ve etik uzmanları, çevre için risk değerlendirmesinin açık sorularını ele alır [29]. Bu, ürünlerin araştırılması, üretilmesi ve imha edilmesinin yanı sıra insan veya hayvan atılımları yoluyla çevreye olası girişi ile ilgilidir. Nanomateryallerin tıpta kullanımına ilişkin şu anda uzun vadeli çalışmalar olmadığı için olası tehlikeleri değerlendirmek zordur. Güvenilir bulgular elde edilene kadar, tüm ürün yaşam döngüsü boyunca insan ve çevre arasında nanomalzemelerle temastan kaçınma ilkesi hem ilaç hem de kimya endüstrilerinde geçerlidir. Bozunmayan karbon bazlı nanomalzemelerin (fullerenler ve karbon nanotüpler) kullanımına özellikle dikkat edilmektedir. Etikçiler bu nedenle nanomalzemelere karşı sorumlu bir yaklaşıma başvururlar ve gerekli onay kriterleri hakkında eleştirel bir tartışmaya odaklanırlar [15].

*

Covid 19 moleküler genetik stratejilerinin “hukuki yönleri” konulu eğitim ünitesi 6.2’de, daha sonra bazı etik konuların AB’nin yanı sıra farklı devletlerin mevzuatları tarafından nasıl ele alındığını göreceğiz.

____________________

¹ Nanoteknolojinin hala büyük ölçüde gölgede yer aldığı gerçeği kesinlikle eleştirel olarak görülebilir: nanomalzemeler nadiren pazarlanabilir ürünlerin bir bileşeni olmasa da, üreticinin şimdiye kadar neredeyse hiçbir yerde bilgi sağlaması gerekmedi (örneğin, gıda maddelerinde katkı maddesi bulunması durumunda bildirim yükümlülüğü). AB’de genetiği değiştirilmiş içerikli ürünler için geçerli olduğu gibi bir etiketleme zorunluluğu, bu nedenle, örneğin nanopartiküller içeren kozmetikler ve tekstiller için arzu edilir olacaktır [9].

² RNA aşılarının uygulama potansiyeli çok büyüktür: örneğin gelecekte, tüberküloz, AIDS ve sıtma gibi inatçı hastalıklarla etkili bir şekilde mücadele etmek için bunları kullanmak mümkün olabilir; yanı sıra yıllık grip aşısını önemli ölçüde iyileştirmek için [10].

³ Buradaki umutlardan bazıları çok ileri gidiyor: Vücuda tanıtılan moleküler makineler bir gün otonom teşhisler yapabilecek ve daha sonra örneğin arterlerde tespit edilen tortuları gidermek veya hasarlı dokuyu hedefe yönelik bir şekilde yeniden oluşturmak için harekete geçebilecek. Bununla birlikte, birçok insanı korkutan, tam olarak bu tür kullanışlı “nanorobotlar” fikirleridir. Bu robotlar kontrolden çıkarsa ne olur? Daha sonra tekrar devre dışı bırakılabilirler mi veya kendi bedenlerinden “geri çağrılabilirler” mi? Belli ki burada ciddi bir güven açığı var.

^{4 </supGöreceli olarak üretilmesi kolay mRNA aktif maddelerinin, “yetim hastalıklar” olarak adlandırılan nadir (ve genellikle kalıtsal) hastalıklar için iyileşme fırsatlarının açılmasına da katkıda bulunabileceği unutulmamalıdır. Özellikle bu hastalıklar, onlarla mücadele etmek pek karlı olmadığı için ilaç endüstrisi tarafından genellikle çok az ilgi görmektedir.}

⁵ Örneğin, yakın zamanda, “serbest” RNA’nın yardımıyla, tehlikeli bir gebelik komplikasyonu (“pre-eklampsi”) riskini erken bir aşamada belirlemeyi mümkün kılan anne adayları için bir kan testi geliştirilmiştir.

⁶ Ancak, çocukları (6 ila 11 yaş arası) aşılamak için bir öneri elbette yapılabilir: ve bu, özellikle savunmasız yaşlı yetişkinlerle teması olan çocuklar için geçerlidir. Sonuçta, hangi çocuk büyükanne ve büyükbabasını riske atmak ister? Bununla birlikte, aşılama kararı her zaman nihai olarak ebeveyn yetkisine sahip ebeveynlere aittir.

⁷ Örneğin, Moderna aşısı ile ara sıra yorgunluk, ateş ve kas ağrısı atakları meydana gelir.

⁸ Burada Corona aşısının mutlak koruma sağlayamaması (yani uzun süreli bağışıklığın sağlanması) belirleyici değildir: aşının enfeksiyon durumunda hastalığın semptomlarını önemli ölçüde azaltabileceğini kanıtlamak yeterlidir.

⁹ Burada RNA aşılarının çok hızlı bir şekilde geliştirilip modifiye edilebilmesi son derece yararlıdır. Translate Bio şirketinin CEO’su Ron Renaud’un dediği gibi: “Sırayı neredeyse göz açıp kapayıncaya kadar değiştirebilir ve şu anda dolaşımda olan patojen suşlarına uyarlayabilirsiniz” (Dolgin, 2021 [10]’den alıntılanmıştır)

¹⁰ Bununla birlikte, Wuhan’ın dünyanın en büyük koronavirüs koleksiyonuna sahip bir laboratuvara ev sahipliği yapması ilginçtir [5].

¹¹ Koronavirüs araştırmalarının “sentetik biyoloji”ye ve bir organizmaya yeni yetenekler kazandırıldığı “işlev kazanımı” (GoF) olarak adlandırılan araştırmalara yaptığı atıflar burada ayrıntılı olarak tartışılmayacaktır. Bununla birlikte, 2015 yılında biyolog Ralph Baric liderliğindeki bir araştırma ekibinin, bir yarasa patojeninden alınan spike proteinleri bir Sars-CoV türeviyle birleştirerek yapay bir koronavirüs ürettiğini belirtmekte fayda var: Bu tür yapıcı araştırma projeleri, değiştirilmiş organizmaların çevreye kaçamayacağına ve belki de orada bir salgına neden olmayacağına dair mutlak bir güvence olmadıkça zararsız değildir.

¹² Bu lipid nanoparçacıklarının önemi hafife alınmamalıdır. Norveçli uzman Nick Jackson’ın belirttiği gibi: “Lipid nanoparçacıkları sonunda RNA moleküllerinin geniş bir hastalık yelpazesine karşı kullanılmasına izin verdi” (Dolgin, 2021 [10]’den alıntı).

¹³ Gelecekte, örneğin, mRNA bazlı kanser terapileri, tümör hücrelerinin yüzeyinde “küçük moleküller” olarak adlandırılan reseptör blokerleri olarak etkili hale getirerek sinyalleri ve sinyal yollarını spesifik olarak bloke etmelidir. Burada mRNA dizisinin kolaylıkla bireysel olarak uyarlanabilmesi avantajlı olacaktır [28].

---

Test LO 6.1

---

Kaynaklar

1. Bilati, U., et al. (2005): Development of a nanoprecipitation method intended for the entrapment of hydrophilic drugs into nanoparticles. In: European Journal of Pharmaceutical Sciences. Volume 24, Issue 1, Jan 2005, pp. 67–75.
2. Bisht, S., et al. (2007): Polymeric nanoparticle-encapsulated curcumin (»nanocurcumin«): a novel strategy for human cancer therapy. In: Journal of Nanobiotechnology 2007, 5:3
3. BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung (2004): Nanotechnologie als Wachstumsmarkt.
4. Borm, P. J. A., et al. (2006): The potential risks of nanomaterials: a review carried out for ECETOC. In: Part Fibre Toxicol., Aug. 14, pp. 3-11.
5. Casper, J.A. (2021): Made in China? In: Die ZEIT, No. 43, 21. Oct. 2021.
6. Chow, E. K.-H., et al. (2008): Copolymeric Nanofilm Platform for Controlled and Localized Therapeutic Delivery. In: ACS Nano 2 (1), pp. 33–40.
7. Conano (2007): Comparative Challenge of Nanomaterials. A Stakeholder Dialogue Project.
8. Council of Europe(1996): Convention for the Protection of Human Rights and Dignity of the Human Being with Regard to the Application of Biology and Medicine: Convention on Human Rights and Biomedicine, Strasbourg.
9. Deutsches Ärzteblatt (2007): Nanotechnologie: Viele Chancen, unbekannte Risiken. A-548 / B-480 / C-464.
10. Dolgin, E. (2021): Siegeszug der RNA-Impfstoffe. In: Spektrum der Wissenschaft, 3/2021, pp. 53-57.
11. ETP – European Technology Platform on NanoMedicine (2006): Nanotechnology for Health. Strategic Research Agenda for Nanomedicine.
12. European Commission (2008): Commission’s recommendation on a Code of Conduct for Responsible Nanoscience and Nanotechnologies Research, 07 February 2008.
13. Farokhzad, O. C., et al. (2006): Targeted nanoparticle-aptamer bioconjugates for cancer chemotherapy in vivo.
14. Forbes, C., et al. (2002): A systematic review and economic evaluation of pegylated liposomal doxorubicin.
15. Gammel, S. (2007): Ethische Aspekte der Nanotechnologie. In: Interfakultäres Zentrum für Ethik in den Wissenschaften. Eberhard-Karls-Universität Tübingen.
16. Grobe, A., et al. (2008): Nanomedizin – Chancen und Risiken. Eine Analyse der Potentiale, der Risiken und der ethisch-sozialen Fragestellungen um den Einsatz von Nanotechnologien und Nanomaterialien in der Medizin. Gutachten im Auftrag der Friedrich-Ebert-Stiftung. Bonn (Germany).
17. Grunwald, A. (2004): Ethische Aspekte der Nanotechnologie. Eine Felderkundung. In: Technikfolgenabschätzung – Theorie und Praxis Nr. 2, 13. Jg., Juni 2004, pp. 71–78.
18. Hagengruber, R. / Dasch, Th. (2021): Was ist und wozu Nanoethik?
19. Hoet, P. et al. (2004): Nanoparticle – known and unknown health risks. In: Journal of Nanobiotechnology 2 (1), pp. 12–27.
20. Interpharma (2008): FQA Medikamente, Herstellung; available under: htts.//interpharma.ch/de/1718.asp
21. Kreuter, J. (2004): Influence of the Surface Properties on Nanoparticle-Mediated Transport of Drugs to the Brain. In: Journal of Nanoscience and Nanotechnology, Vol. 4, Nr. 5, Okt. 2004, pp. 484–488.
22. Marcato, P. D. / Durán, N. (2008): New Aspects on Nanopharmaceutical Delivery Systems. In: Journal of Nanoscience and Nanotehnology 8, pp. 1–14.
23. Moradi, M. (2005), zitiert nach: Hullmann, A. (2006): The economic development of nanotechnology – An indicator based analysis.
24. NCI 2008: National Cancer Institute (2008): Definition Soft Tissue.
25. Nordmann, A. (2013): Nanotechnologie. In: Handbuch Technikethik, ed. By Grunwald, A, et al., Stuttgart (Germany), pp. 338-342.
26. Sayes, C. M., et al. (2004): The Differential Cytotoxicity of Water-Soluble Fullerenes. In: NANOLETTERS, Vol. 4, No. 10, pp. 1881-1887.
27. Spektrum der Wissenschaft (2022): Kritiker überschätzen die Risiken extrem. Interview with Silke Stertz. April 2022, pp. 48-52.
28. Thiem, J. (2022): Kleiner Pieks mit großer Wirkung. In: zukunft Medizin, 2022, p. 14.
29. Tiefenauer, L. (2004): Nanotechnologie in der Medizin. In: Technikfolgenabschätzung – Theorie und Praxis Nr. 2, 13. , Juni 2004, pp. 52–57.
30. Torchilin, V. P., et al. (2003): Immunomicelles: Targeted pharmaceutical carriers for poorly soluble drugs. In: PNAS, Vol. 100, Nr.10, pp. 6039–6044.
31. UNESCO(1996): Vorläufiger Entwurf einer Allgemeinen Erklärung zum Menschlichen Genom und zu den Menschenrechten, Paris.
32. WHO – World Health Organization (2008): Cancer; available under:  http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs297/en/index.html
33. Woodrow Wilson Center (2007): Nano Frontiers. On the Horizons of Medicine and Healthcare. In: Issue 1, May 2007.
34. Yan, L., et al. (2007): The Latent Toxic Effects of Carbon Nanotube Serving As Biomedicine. In: Bioinformatics and Biomedical Engineering, 2007. The 1st International Conference on ICBBE 2007, pp. 342–345.

Özet

xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

Anahtar kelimeler: xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx

1. Giriş

COVID-19 salgını, modern tarihin en büyük küresel sağlık tehditlerinden biri haline geldi. Nanoteknoloji geliştirmedeki ilerlemeler, hızlı tanı testleri ve SARS-CoV-2’ye karşı hızla geliştirilen aşılar şeklinde rahatlama sağlamıştır [43]. Ancak küresel sağlık sorunlarına nanoteknoloji çözümlerinin geliştirilmesinde yasal hususlar dikkate alınmalıdır [43, 23]. Avrupa Birliği’nde (AB), bu, karşılanmamış tıbbi ihtiyaçlara yeni ve yenilikçi tıbbi çözümler sağlayabilen kilit bir teknoloji olarak kabul edilmiştir [44]. Nanomalzemeler veya en azından nanoteknoloji temelli iddialar içeren artan sayıda uygulama ve ürün bulunmaktadır. Nanoteknolojinin yeni ilaçların geliştirilmesinde kullanılması artık farmasötik araştırmaların bir parçasıdır [2, 35, 37, 47].

Nanoteknolojinin tıbbi amaçlarla uygulanmasına nanotıp denir. Nanomalzemelerin hastalıkların teşhisi, izlenmesi, kontrolü, önlenmesi ve tedavisi için kullanılması olarak tanımlanmaktadır [47]. Bununla birlikte, özellikle nanomateryallerin tanımının uygulanması, ürün etiketlemesinin uygulanması, güvenlik testi ve risk değerlendirmesi için yöntemlerin geliştirilmesi ve yasal amaçlar için nanomalzemelere ilişkin kalite verilerinin iyileştirilmiş mevcudiyeti ile ilgili olarak, düzenleyici konularla özel ilgisi olan daha fazla araştırmaya ihtiyaç vardır. [39]. Nanomalzemelerin tanımı çeşitli bilimsel ve uluslararası düzenleyici kurumlar arasında tartışmalı olsa da, ortak bir tanım bulmak için bazı çabalar sarf edilmiştir.

Küçük boyutları nedeniyle nanomalzemeler, geleneksel kimyasal eşdeğerlerinden farklı olan yeni fizikokimyasal özelliklere sahiptir. Bu fizikokimyasal özellikler, ilaç geliştirme için bir takım fırsatlar sunmaktadır. Nanomalzemelerin uygulanmasına ilişkin bazı örnekler şunları içermektedir:

• Nanoformülasyonun farmakokinetikte değişikliklere yol açabilen fizikokimyasal özellikleri, yani absorpsiyon, dağılım, eliminasyon ve metabolizma,
• biyolojik engelleri daha kolay aşma potansiyeli,
• toksik özellikler ve
• çevrede kalıcı olmaları ve
• insan vücudundaki yolları [2, 47].

Araştırma topluluğu nanotıp, etkinliği ve ilgili güvenlik konularını keşfetmeye devam ettikçe, nanotıbbın yeni nesil biyomedikal inovasyona ulaşmasını sağlamak için bilimsel ve düzenleyici boşlukları ele almak kritik olacaktır.

İlk olarak, nanomalzemelerin varlığı için net bir tanım yapmak uygundur. Avrupa Komisyonu (AK), Avrupa Komisyonu Ortak Araştırma Merkezi ve Gelişmekte Olan ve Yeni Tanımlanan Sağlık Riskleri Bilimsel Komitesi’ne dayalı bir tanım oluşturmuştur. Bu tanım, yalnızca bir malzemenin nanomalzeme olarak kabul edilip edilmediğini belirlemek için bir referans olarak kullanılır. Avrupa Komisyonu, kalite, güvenlik, etkinlik ve risk değerlendirmesi ile ilgili ek düzenleyici ve politika çerçeveleri için bir referans olarak kullanılması gerektiğini ileri sürmektedir [4]. EMA Çalışma Grubu, nanotıpları, nano ölçekte en az bir bileşene sahip olan ve spesifik nanoteknoloji uygulamasıyla ilgili tekrarlanabilir özelliklere ve karakterlere ve nanoteknolojinin beklenen klinik faydalarıyla bağlantılı amaçlanan kullanım (uygulama yolu, doz) için özelliklere sahip klinik uygulamalar için amaca yönelik olarak tasarlanmış sistemler olarak tanıtmaktadır (örneğin, tercihli organ/doku dağılımı) [35]. Önceki tanıma göre, bir nanomalzemenin varlığını belirlemenin üç temel yönü vardır, yani.

• Boyut,
• Parçacık boyutu dağılımı (PSD) ve
• Yüzey alanı [10].

İdeal olarak, bir nanomalzemenin karakterizasyonu, tasarımdan in vitro ve in vivo performansının değerlendirilmesine kadar yaşam döngüsünün farklı aşamalarında gerçekleştirilmelidir. Biyolojik sistemle etkileşim ve hatta numune hazırlama veya ekstraksiyon prosedürleri bazı özellikleri değiştirebilir ve bazı ölçümleri etkileyebilir. Ayrıca in vivo ve in vitro fizikokimyasal özelliklerin belirlenmesi nanomalzemelerin potansiyel riskini anlamak için önemlidir [7].

2. Genel yasal düzenlemeler

Bu nedenle nanoteknoloji, farmasötikler, biyoteknoloji, genomik, sinirbilim, robotik ve bilgi teknolojileri dahil olmak üzere bir dizi nano ölçekli teknolojiyi kapsayan çok geniş bir alandır. Bu nedenle düzenleyiciler, 2000’den beri nanopartiküllerin potansiyel risklerini ele almaya başlamıştır [41]. 2004 yılından bu yana, AB, nanoteknoloji riskleri hakkında kontrolü sıkılaştırmak ve düzenleyici yeterliliği ve bilgiyi geliştirmek için bir düzenleyici politika geliştirmektedir [30].

Şu anda biyositler, kozmetikler, gıda katkı maddeleri, gıda etiketleme ve gıda ile temas eden malzemeler için nanomalzemeler hakkında özel düzenlemeler bulunmaktadır [1]. Gözlem, nanoteknolojilerin kaçınılmaz olarak aşağıdaki gibi soruları gündeme getirmesidir.

• kamu güvenliği,
• potansiyel risk,
• çevresel etki sorunları,
• bilginin şeffaflığı,
• sorumlu nanobilim ve
• nanoteknoloji araştırması.

Nanoteknoloji, insani ilerleme ve gelişme için fırsatlar getirdiği için çift kullanımlı bir teknoloji olarak tanımlanır, ancak aynı zamanda insan sağlığı ve yaşamı ve çevre için ciddi bir tehdit oluşturabilir [1, 13, 30]. Çok genç bir alandır ve nanomalzemelerin özellikle uzun vadede insan vücudu ve çevre üzerindeki etkileri her zaman bilinmemektedir [38]. Nanomalzemeler biyolojik membranlara kolayca nüfuz edebildiklerinden biyolojik aktivitelerini arttırabilir ve bu nedenle toksik özelliklere sahip olabilir ve insanlar ve hayvanlar için tehlike oluşturabilirler.

Avrupa Birliği’ndeki ilgili yasal düzenlemeler nanoteknolojiyi doğrudan ele almamaktadır, bu nedenle nanomalzeme kullanımının olası zararlı etkilerini önlemek için yeni araçlar oluşturulmalıdır [38]. Sadece nanomalzemelerin özellikleri hakkında tam bilgi sahibi olunması şartıyla yapılabileceğinden, gelecekte toplu bir hukuk düzeni oluşturma olasılığı genellikle dikkate alınmaz. Bu nedenle, nanomateryallerin birleşik bir tanımının uygulanması, nanomalzemelerle ilgili ölçüm araçlarının geliştirilmesi, güvenlik testlerinin ve risk değerlendirme yöntemlerinin geliştirilmesi meselesidir.

AB mevzuatının amacı,

• halkın nanoteknolojinin yenilikçi uygulamalarına erişimini sağlamak ve
• aynı zamanda güvenliği ve sağlığın ve çevrenin korunmasını sağlamak.

3. Nanomalzemelerin güvenliği sorunu

Birkaç yatay ve sektöre özel mevzuattan oluşan Avrupa Birliği (AB) düzenleyici çerçevesi, nanomateryalleri açık veya örtülü olarak kapsar. Bu nedenle, nanomalzemeler ve özellikle bunlarla ilişkili potansiyel riskler, nanomalzemelerden açıkça bahsedilmese bile prensipte mevcut mevzuat kapsamındadır [39]. Ek olarak, yakın zamanda güncellenen ürüne özel AB mevzuatı ve yeni önerilen mevzuat, spesifik nanomateryal bilgi gereklilikleri, nanomalzemelerin belirli kullanımlar için yetkilendirilmesi ve nanospesifik özellikleri dikkate alan güvenlik değerlendirmesi dahil olmak üzere nanomateryalleri açıkça ele almaktadır [39]. Avrupa Komisyonu’nun nanomalzemeler mevzuatına ilişkin incelemesi, nanomalzemelerin bazılarının toksik olabileceği, bazılarının ise toksik olmadığı, normal kimyasallara/maddelere benzer olduğu sonucuna varmıştır. Potansiyel riskler, belirli nanomalzemeler ve belirli kullanımlarla ilgilidir. Nanomalzemelerin risk değerlendirmesi, ilgili bilgiler kullanılarak duruma göre yapılmalıdır. Risk değerlendirmesinin belirli yönlerinden daha fazla araştırmaya ihtiyaç duyulmasına rağmen, mevcut risk değerlendirme yöntemleri uygulanabilir [39].

Avrupa Komisyonu nanomateryal tanımı için bir tavsiye kabul etmiş olsa da, bu terim şu anda yasal olarak bağlayıcı bir şekilde açıkça tanımlanmamıştır, ancak tanımı ve uygulanması belirli yasal bağlama bağlıdır.

• İlk olarak, “[nanoteknoloji] ile ilgili gelecekteki yasayı, benzer önceki ürünler veya süreçlerle ilgili önceki yasalara dayandırmanın muhtemelen gerekli olup olmayacağı”, yani bunların biyoteknoloji ile uyumlu olup olmadığı sorusu ortaya çıkar [6, 33].
• Bazı yazarlar, nanomateryal kullanımının güvenliğini adli olmayan yollarla artırma olasılığını görmektedir [29].
• Bu alandaki değişimin dinamikleri nedeniyle, diğerleri yumuşak hukukun kullanımına acil bir ihtiyaç olduğunu düşünmektedir [29]. Uluslararası literatürde gündeme gelen temel soru, nanoteknolojinin yasal çerçeveye dahil edilip edilmeyeceği veya sözde yumuşak hukuk mekanizmalarının kullanılıp kullanılamayacağıdır.
• Şu anda, Avrupa Birliği’ndeki nanomalzemeler bağlamında, bilimsel araştırmanın adil yürütülmesine ilişkin tavsiyeler veya tek tip bir nanomalzeme tanımının uygulanması gibi hem bağlayıcı yasal düzenlemeler (yönetmelikler, direktifler) hem de bağlayıcı olmayan yasal düzenlemelerle ilgileniyoruz [45].¹ .

Yumuşak hukuk şunları içerir:

• Kararlar,
• Yönergeler,
• Beyannameler,
• Mesajlar,
• Programlar,
• Genellikle yasama prosedürlerinde yer alan yetkililer tarafından çıkarılan ve sonucu genel olarak geçerli bir yasal işlem olan planlar.

Yumuşak hukuk araçlarının inşası, gelecekteki katı yasal düzenlemeler için bir temel sağlamayı amaçlamaktadır.

• TLiteratür ayrıca nanoteknoloji ile ilgili fikri mülkiyet yönlerinin düzenlenmesi ihtiyacına da işaret etmektedir. Ayrıca, patent hukuku bağlamında, tıpkı biyoteknoloji buluşlarında olduğu gibi, insan sağlığına veya çevreye yönelik bilinmeyen potansiyel riskler nedeniyle nanoteknoloji buluşlarının patentleme dışında bırakılması gerekip gerekmediği sorusu ortaya çıkmaktadır [6, 33]. Daha sonra, eğer bu bir teknoloji ise, nanoteknolojinin karşı karşıya olduğu bazı problemler spesifik olacaktır ve bu nedenle “sadece tamamen yeni kurallar yaratılarak ele alınabilir” [18, 50].
• Bu arada, yasal araçların tasarımı için faydalı bilgiler toplamayı amaçlayan gönüllü programlar da önemlidir.
• AB organlarının konumuyla uyumlu olarak, bazı yazarlar nanoteknoloji alanında mevcut işbirliği biçimlerinin güçlendirilmesini ve devletlerin iç yasal düzenlemeler oluşturmaya teşvik edilmesini önermektedir [16, 17].
• Zor bir konu, nanoteknolojiyi gelecekteki çerçeve anlaşmalar kapsamında uluslararası düzeyde düzenleme yeteneğidir [28]. Bazı yazarlar, nanomateryaller farklı şekillerde kullanıldığından, nanoteknolojiyi uluslararası düzeyde düzenlemenin büyük bir zorluk olduğu konusunda hemfikirdir. Ancak gelecekte nanoteknoloji alanında kapsamlı düzenlemelerin oluşturulacağı görülüyor. Uluslararası düzeyde uygulanacak nanomalzemelerin işlenmesi için en iyi uygulamaların oluşturulması, bunu önemli ölçüde etkileyebilir. Nanoteknolojiler, çok çeşitli olası uygulamalara yansıyan disiplinler arası bir konudur. Günümüzde nanoteknolojiler, teknolojinin birçok alanını kapsamaktadır [28].

Nanoteknolojinin geliştirilmesi ve uygulanması veya maddenin moleküler düzeyde manipülasyonu üzerine ahlaki bir yansıma olarak tanımlanan nano-etik kavramı literatürde ortaya çıkmaktadır. Bu bağlamda nanoparçacıkların potansiyel zararlılığı konusunda ikilemler oluşmaya başlamıştır. Nanoteknoloji söz konusu olduğunda, onun kullanılabilirliği ve insanlığın refahı üzerindeki etkisi sorunu vardır. Nanoteknolojinin, dünyanın gelişmiş ve geri ülkeler veya kontrollü ve kontrollü ülkeler olarak bölünmesini güçlendiren başka bir unsur haline geleceği konusunda haklı bir korku var [43]² .

4. Nanoteknoloji alanındaki yasal düzenlemeler

4.1. Nanoteknolojinin düzenlenmesi için bir temel olarak ihtiyat ilkesi

Rio Deklarasyonu’nun 15. İlkesine göre, tam bir bilimsel kesinliğin olmaması, çevresel zararı önlemek için uygun maliyetli önlemleri ertelemek için bir neden olmamalıdır [42]. Kısacası, ihtiyat ilkesi, potansiyel çevresel risklere karşı “üzgün olmaktan daha güvenli” bir yaklaşımı yansıtır [36]. Diğer bir deyişle, mevcut bilgilere göre nanomalzemeler, bazıları toksik olabilirken bazıları toksik olmamaları bakımından doğal maddelere benzerdir [21]. Potansiyel risk, belirli nanomalzemeler ve belirli uygulamalarla ilgilidir. Bu nedenle, nanomalzemeler söz konusu olduğunda, bir risk değerlendirmesi gereklidir ve ilgili bilgiler kullanılarak vaka bazında yapılmalıdır. Şu anda, temel zorluk, nanomalzemelerin tespiti, karakterizasyonu ve analizi için onaylanmış yöntemler ve araçlar geliştirmek, nanomalzemelerle ilişkili riskler hakkında eksiksiz bilgi elde etmek ve nanomalzemelere maruz kalmayı değerlendirmek için yöntemler geliştirmektir.

Bugüne kadar yapılan çalışmalara rağmen, ilişkili riskleri nicel olarak değerlendiremiyoruz. Tek tek nanoparçacıkların toksisitesi büyük ölçüde değişir ve ortak bir kriter oluşturmayı zorlaştırır. Nanopartikül toksisitesi bireysel organizmalarla ilgili olarak değerlendirilir: memeliler, protozoa, kabuklular, algler ve bitkiler. Memelilere toksisitesi kemirgenlerde test edilmiştir. Mesleki olarak maruz kalan insanların sağlık durumunu değerlendirmek için birkaç girişimde bulunulmuştur. İnsan hücre dizileri üzerinde yapılan seyrek çalışmalar, önemli DNA hasarını gösterdi [27].

Nanomalzemelerin oluşturduğu riskler henüz tam olarak anlaşılmadığından, çok katmanlı ve çeşitli mevzuatlarla kapsanmalıdır. Nanomalzemelerin piyasaya arz edilmeden önce güvenli bir şekilde üretilmesini, kullanılmasını ve bertaraf edilmesini sağlamak için ihtiyatlılık ilkesi ve üretici sorumluluğu ilkesine dayalı olarak yeni düzenlemelerin hazırlanması gerekmektedir. İhtiyat ilkesi, insan, hayvan veya bitki sağlığına veya çevrenin korunmasına yönelik potansiyel risklere hızlı bir şekilde yanıt verilmesini sağlar. Komisyon’a göre, ihtiyat ilkesi, fenomen, ürün veya faaliyet, bilimsel ve nesnel bir değerlendirme yoluyla tanımlanan potansiyel güvenlik riskleri oluşturduğunda, böyle bir değerlendirme, böyle bir tehdidi makul bir kesinlikle tanımlamayı mümkün kılıyorsa, kullanılabilir [24].

Nanomalzemeler söz konusu olduğunda, kullanımlarından kaynaklanan riskler hakkında tam bir bilginin olmadığı durumla kesinlikle uğraşmak zorundayız. Bu ilke, birçok ülkenin hukuk sistemlerinde yer almaktadır. Avrupa Birliği, bunu Avrupa Birliği’nin İşleyişine İlişkin Antlaşma’nın (TFEU) 191(2) Maddesine dahil etmiş ve Üye Devletlerin bu ilkeyi mevzuatlarında uygulama yükümlülüğü ile sonuçlanmıştır. Bu hükmün uygulanması, potansiyel riskin değerlendirilmesine yardımcı olur. Ortamdaki elementlerde veya atıklarda nanoparçacıkların varlığı tespit edilebilse dahi, bunları ortadan kaldırmanın teknik olarak zor olacağı açıkça ifade edilmektedir. Bu nedenle çevre ve insan sağlığı için olası olumsuz sonuçları önlemek için bulaşma zincirinin sonunda alınan önlemler etkili olamamaktadır [21].

2009 gibi erken bir tarihte, Avrupa Parlamentosu Üye Devletlerin bilgi boşluklarını doldurmak ve değerlendirme yöntemlerini ve uygun ve uyumlu metroloji ve terminolojiyi hızla geliştirmek ve uygulamak için nanomalzemelerin kullanımından kaynaklanan risklerin yeterli değerlendirmesine yatırım yapmalarını tavsiye etti. Nanomalzemelerle ilişkili riskleri değerlendirmek için hiçbir yöntem yoktur, bu da bu alanda etkili düzenleyici mekanizmalar geliştirmeyi imkansız hale getirir [40].

Bilim adamları ancak daha ayrıntılı ve kapsamlı bilimsel araştırmalarla nanomalzemelerin potansiyel risklerini değerlendirebilir ve ihtiyat ilkesinin gerektirdiği şekilde uygun bir risk değerlendirmesi yapabilir [36]. Sonuç olarak, ihtiyat ilkesi yeni teknolojilerin geliştirilmesini destekler ve yalnızca çevreye zararlı yeni teknolojilerin kullanılmasını engeller. İhtiyatlılık ilkesi yeni teknolojileri engellemez. Bunun yerine, teknolojik ilerleme ve çevre güvenliği arasında daha ihtiyatlı bir denge kurarak çevreye şüphe götürmez yarar sağlar.

Ancak yasal olarak bağlayıcı olmayan düzenlemeler, bağlayıcı düzenlemelerin sahip olmadığı birçok avantaja sahiptir. İlk olarak, tarafların bağlayıcı olmayan düzenlemeleri kabul etmeleri için daha düşük engelleme eşiği nedeniyle engelleme eşiğine ulaşıldığından, belirli bir konuda fikir birliğine varmak daha kolay olabilir [3]. Bu düşük engelleme eşiği, olası düzenlemeler hakkında ortak bir söylem başlatmada çok yardımcı olabilir. İkincisi, yumuşak yasalar, müzakere ve uygulama açısından daha az maliyetli ve daha esnektir [46]. Üçüncüsü, bir yasanın zorlayıcı doğası, etkilenen bireylerin ona uyacağının garantisi değildir. Aksine, bireylerin yasal olarak bağlayıcı olmayan kurallara uymalarının, sosyalleşmelerinin, kişisel çıkarlarının, toplumlarının ahlaki kurallarının onları bunu yapmaktan nasıl alıkoyduğunun birçok nedeni vardır.
Uluslararası toplum, sadece çevreyi nanomalzemelerin olumsuz etkilerinden olumsuzlardan korumanın önemini akılda tutmamalı, aynı zamanda diğer yeni teknolojiler için gelecekteki düzenlemeleri de düşünmelidir. Yeni teknolojilerin ortaya çıkardığı riskler, geleceğin en büyük çevresel sorunlarından biri olacağından, uluslararası toplum bu yeni teknolojilerin ortaya çıkardığı zorlukları başarıyla çözme yeteneğini göstermelidir. Bu nedenle, nanomalzeme risklerinin etkin bir uluslararası düzenlemesi, yeni bir çevre hukuku çağına doğru önemli bir adım atmalıdır.

4.2. Avrupa Birliği’nde İşleyiş

Avrupa Komisyonu’nun (AK) “Nanobilimler ve nanoteknolojiler: 2005-2009 Avrupa için bir eylem planı. 2007-2009 için ikinci uygulama raporu” tebliğinde, nanoteknolojinin yaşam kalitesini ve endüstriyel rekabet gücünü artırmak için önemli bir potansiyel sunduğu belirtildi. Avrupa [26]. Geliştirilmesi ve kullanımı geciktirilmemeli, dengesizleştirilmemeli veya şansa bırakılmamalıdır [25]. O zaman, nanomateryallerle ilişkili riskleri kapsamak için yeni düzenleyici önlemlerin gerekli olup olmadığını araştırmak için nanoteknoloji alanındaki düzenleyici çerçevenin ilk incelemesi yapıldı.

İlk sonuçlar, mevcut düzenlemelerin prensipte sağlık konularını ve çevresel etkileri kapsadığını göstermiştir. Üye Devlet düzenleyicileri, ulusal mevzuatı değerlendirmek ve buradaki boşlukları belirlemekle görevlendirildi. O zaman bile, nanoteknolojiye önleyici bir yaklaşım önerildi. Nanomalzemeler hakkında tam bir bilgi birikimi olmaması durumunda, eşikler, madde ve içerik maddelerinin yetkilendirilmesi, tehlikeli atıkların sınıflandırılması, uygunluk değerlendirme prosedürlerinin güçlendirilmesi, kimyasal madde ve müstahzarların pazarlanması ve bunların kullanımına ilişkin mevcut yasal mekanizmaların kullanılması önerilmiştir. Bununla birlikte, sınırlı kaynaklar ve hızla gelişen teknoloji göz önüne alındığında, “belki haksız fiil sorumluluğu veya ceza kanunları şeklinde güçlü teşviklerle desteklenen” bir özdenetim yaklaşımının benimsenmesi daha olasıdır. [18].

2009 yılında, Avrupa Parlamentosu (AP), nanomalzemelerin düzenleyici yönleri hakkında, 17 Haziran 2008 tarihli “nanomateryallerin düzenleyici yönleri” başlıklı Komisyon Tebliğini de dikkate alan bir raporu kabul etti (COM (2008) 366). Rapor, Avrupa Komisyonu’nun nanoteknolojik gelişmenin faydalarını gördüğünü, ancak aynı zamanda bu gelişmenin insanlar ve çevre için oluşturduğu risklerin de farkında olduğunu gösteriyor. Avrupa Komisyonu, nanomalzemelerin potansiyel riskleri hakkındaki bilgilerin eksik olduğunu doğruladı. Spesifik nanomalzemelerin oluşturduğu risklere dair hiçbir kanıt yoktur ve nanomalzemelerle ilgili endişelerle ilişkili riskleri yeterince değerlendirmek için genel bir yöntem eksikliği vardır. Nanomalzemelerin kullanımıyla ilgili birçok şüphe göz önüne alındığında, bu alanın düzenleyici çerçeveye dahil edilmesi acil görünüyor.
Bu nedenle 2008 yılından bu yana Avrupa Komisyonu nanomalzemelerin kullanımına ilişkin mevcut düzenlemeleri gözden geçirmekte ve gelecekte yapılması gereken eylemleri belirlemektedir. Nanomalzemeler mevzuatının ikinci incelemesinde, Avrupa Komisyonu nanomalzemelerin güvenli kullanımını sağlamak için AB mevzuatını iyileştirme ihtiyacının altını çiziyor. Tebliğ, onlarca yıldır (örneğin, lastiklerde veya gıdalarda pıhtılaşma önleyici olarak) kullanılan günlük malzemelerden endüstride ve kanser tedavilerinde kullanılan gelişmiş malzemelere kadar değişen çeşitli doğa ve nanomalzeme türlerini vurgulamaktadır. Nanomalzemelerin tehlikeli özellikleri hakkında giderek daha fazla bilgi sahibi olunmaktadır.

Belirli uygulamalarla ilişkili riski değerlendirme ihtiyacını haklı çıkaracak şekilde kategorilere ayrılamazlar. Avrupa Komisyonu, maruz kalma veya tehlike açısından potansiyel riskler hakkındaki bilgilere dayalı stratejiler kullanarak, risk değerlendirmesine bireyselleştirilmiş bir yaklaşım benimsenmesi gerektiğini vurgulamaktadır. Son yıllarda, üye devletlerin çoğu nanomalzemelerin kullanımını düzenleyen mevzuat üzerinde çalışıyor. Nanomalzemelerin kullanımına ilişkin mevcut düzenlemeler temel olarak iki düzenlemeden oluşmaktadır:

• REACH Tüzüğü (Kimyasalların Kaydı, Değerlendirilmesi ve Yetkilendirilmesi) (Registration, Evaluation and Authorization of Chemicals) ((EC) No. 1907/2006 ve
• CLP Tüzüğü (Sınıflandırma, Etiketleme ve Paketleme) (Classification, Labelling and Packaging) ((EC) No. 1272/2008).

Nanomalzemeler zaten günlük kullanımda çok sayıda üründe kullanılmaktadır, ancak riskler henüz yeterince araştırılmamıştır, çünkü birçok nanomalzeme için potansiyel risklerini değerlendirmek için neredeyse hiç güvenilir veri yoktur. Bu bilgi açığını kapatmak aslında Avrupa kimyasallar mevzuatının görevidir. Bununla birlikte, kimyasalları ve ürünleri düzenleyen yasaların çoğu, şimdiye kadar nanomalzemelerin işlenmesiyle ilgili hiçbir spesifikasyon içermiyor veya sadece sınırlı.

Kimyasalların Kaydı, Değerlendirilmesi ve Yetkilendirilmesinin kısaltması olan REACH, insanların ve çevrenin sağlığa zararlı maddelerden korunmasında bir kilometre taşıdır. AB yönetmeliği, endüstrinin ilk kez Haziran 2007’den başlayarak kimyasallarının çevresel ve sağlık etkilerine ilişkin verileri sunmasını gerektirdi – bunların pazarlanması için bir ön koşul olarak [21]. O zamana kadar, bir kimyasalın yasaklanabilmesi için yasa koyucu tarafından zararlı etkilerinin kanıtlanması gerekiyordu. REACH artık ispat yükünü tersine çevirmiştir. İlke geçerlidir: veri yok, pazar yok.

REACH, tüketicilerin bilgi edinme haklarını da güçlendirdi. Tüketiciler, bir ürünün özellikle tehlikeli bir madde içerip içermediğini üretici veya distribütöre sorma hakkına sahiptir. Firmalar cevap vermek zorundadır.
REACH, özellikle tehlikeli maddelerin kullanımı için katı kurallar koyar. Ancak bu amaçla özel bir izin verildiği takdirde veya güvenli alternatiflerin bulunmadığı durumlarda kullanılmaya devam edilebilirler. Kimyasallar, aşağıdaki durumlarda “çok yüksek önem arz eden maddeler” olarak kabul edilir:

• Kansere neden olmak ve genetik materyale veya üreme yeteneğine zarar vermek,
• Çevrede bozulmayan, insan ve hayvanlarda birikmeyen ve toksiktir,
• pratikte çevrede bozulmazlar ve vücutta çok güçlü bir şekilde birikirler, ancak henüz toksik etkisi kanıtlanmamıştır,
• benzer tehlikeli etkilere sahiptir, örn. hormonal etkiler.

Buna ek olarak, AB Üye Devletleri, Avrupa Komisyonu, ECHA ve tanınmış paydaş kuruluşlardan uzmanlardan oluşan ECHA Nanomalzemeler Çalışma Grubu (NMWG), REACH’in uygulanmasıyla ilgili bilimsel ve teknik konularda ve bu konuyla ilgili Sınıflandırma, Etiketleme, Paketleme (CLP) ve nanomalzemeler ile ilgili mevzuat hakkında gayri resmi olarak tavsiyelerde bulunur. nanomalzemelere. Buna ek olarak, ECHA, REACH kapsamında nanomalzemelerin güvenliğini değerlendirmek ve yönetmek için en iyi uygulamaları ele almak için Halihazırda Kayıtlı Nanomalzemelerin (GAARN) Değerlendirilmesine ilişkin bir Çalışma Grubu düzenledi. ECHA, yeni veya güncellenmiş rehberlik geliştirirken bu uzman gruplarının bulgularını dikkate alır. Bilimsel komitelerin çalışmaları aynı zamanda EFSA, Avrupa İlaç Ajansı (EMA) ve ECHA gibi diğer AB organlarının çalışmalarını da besler. Bilimsel Komitelerin tüm bilimsel görüşleri internette yayınlanır.

Uluslararası Çevre Hukuku Merkezi (CIEL) ve savunma kuruluşu ClientEarth ile birlikte Almanya’daki BUND, nanomalzemelerin düzenlenmesi için kendi teklifini sundu [5]. Bu öneri, yeni, yatay bir AB düzenlemesi sağlar. Bir yandan nanomalzemelerin düzenlenmesi için genel ilkeler, diğer yandan da bireysel AB düzenlemelerinin, özellikle de Avrupa kimyasallar yönetmeliği REACH’in somut uyarlamalarını içerir.

Bu, REACH hükümlerine ilişkin olarak BUND’un talep ettiği şeydir:

• AB Komisyonu tarafından 2011 yılında tüm ilgili yasalarda önerilen nanomalzeme tanımının benimsenmesi. Ancak bunlar şimdiye kadar bağlayıcı değildi.
• Tüm nanomalzemeleri ve nano ürünleri raporlamak için genel bir yükümlülük. Bunlar AB çapında bir nano sicilde tutulacaktır.
• İçindekiler listesindeki ürünlerde nanomalzemelerin etiketlenmesi.
• REACH’te nanomalzemeler için boşlukları kapatmak.

Bir nano-kayıt [5].

4.3. Yönetmelikler

Nanomalzemelerle ilgili hükümler de yönetmeliklerde bulunabilir. Nanoteknolojiler tıpta da kullanıldığı için, insan kullanımına yönelik tıbbi ürünlerle ilgili Topluluk koduna ilişkin bir direktif 2001 yılında ortaya çıkmıştır (Direktif 2001/83/EC) [41]. Tıbbi ürünlerin ruhsatlandırılması için prosedürler de oluşturulmuştur ((EC) No. 726/2004) [8]. Güvenliği sağlamak için nanomateryaller ve nanomalzemeler içeren ürünler için bir kayıt oluşturulması tavsiye edilir. Böyle bir kayıt, nanomateryalleri piyasaya süren şirketlerin izlenmesini kolaylaştırır ve alıcılar için ürün verilerinin şeffaflığını sağlar. Avrupa Birliği’nin nanoteknolojiyi düzenlemek için tutarlı bir şekilde çalıştığı kabul edilmelidir.

Bireysel AB üye ülkeleri, halkı nanoteknoloji gelişmeleri hakkında daha iyi bilgilendirmeyi amaçlayan girişimleri uygulamaya başladı. Birleşik Krallık’ta, nanoteknoloji gelişiminin sosyal kabulü için bir temel sağlamak üzere DEEPEN (Etik Bağlılığı ve Gelişen Nanoteknolojilerle Katılımı Derinleştirme) projesi başlatıldı [11]. Hollanda’da, Avrupa Birliği’ndeki en önemli sosyal diyalog programlarından biri olan Nanopodium programıydı [49]. Belçika, araştırmacılar, şirketler ve toplum için nanoteknoloji üzerine ortak bir tartışma platformu oluşturmayı amaçlayan Nanosoc programını başlattı. Nanoteknoloji, biyoteknolojinin yarattığı türden bir tartışma yaratmasa ve toplumlar nanoteknolojinin teşhis ve tedavi olanakları konusunda daha olumlu olma eğiliminde olsa da, nanoparçacıkların vücut üzerindeki uzun vadeli etkileri hakkında giderek daha fazla ayrıntılı bilgi talep etmektedirler.

Almanya’da Nanologue projesi, nanoteknolojinin faydalarını ve sonuçlarını vurgulamak, kullanımıyla ilgili etik, sosyal ve yasal sorunları açıklamak ve halk ile diğer ilgili taraflar arasında diyaloğu teşvik etmek için başlatıldı [48]. Nanomalzemelerle ilgili sosyal kabul ve endişelerin ortadan kaldırılması, nanoteknolojinin geleceği ve gelişimi üzerinde olumlu bir etkiye sahip olacaktır. Sosyal diyalog, sivil toplum temsilcileri ve bilim insanlarının yanı sıra diğer paydaşları da içermelidir.

EU4Health programı, Avrupa’daki hastalar, tıp ve sağlık profesyonelleri ve sağlık sistemleri üzerinde önemli bir etkisi olan COVID-19 pandemisine AB’nin en iddialı sağlık politikası yanıtıdır [15]. EU4Health, 2021/522 (AB) Yönetmeliğine göre sağlık sistemlerini krizlere karşı daha dayanıklı hale getirmek için salt bir kriz müdahalesinin ötesine geçecektir. Oluşturulan program, AB ülkelerinden veya programla ilişkili AB üyesi olmayan ülkelerden uygun kurumlara, sağlık kuruluşlarına ve STK’lara finansman sağlayacaktır. EU4Health, bir Avrupa Sağlık Birliği’nin yolunu açar ve acil sağlık önceliklerine odaklanır [15].
Dört genel hedef altında formüle edilen on özel hedef şunlardır: Birlik’te sağlığın iyileştirilmesi ve geliştirilmesi; Hastalık önleme ve sağlığı geliştirme; Uluslararası düzeyde sağlık girişimleri ve işbirliği; Sınır ötesi sağlık tehditleriyle mücadele; Sınır ötesi sağlık tehditlerine karşı önlem, hazırlık ve hızlı müdahale; Ulusal stokların krizle ilgili temel ürünlerle desteklenmesi, Tıbbi, sağlık ve destek personeli rezervinin oluşturulması, İlaçlar, tıbbi cihazlar ve krizle ilgili ürünlerde iyileştirmeler, Mevcut ve uygun fiyatlı ilaçlar, tıbbi cihazlar ve krizle ilgili ürünler, Sağlık sistemlerinin güçlendirilmesi, dayanıklılıkları ve kaynak verimliliği, Sağlık verilerinin, dijital araçların ve hizmetlerin güçlendirilmesi; Sağlık sistemlerinin dijitalleştirilmesi, bakıma erişimin iyileştirilmesi, AB sağlık kanununun geliştirilmesi ve uygulanması ve kanıta dayalı karar verme ve ulusal sağlık sistemleri arasında uyum [15].

AB ülkelerine programın öncelikleri ve stratejik yönelimleri konusunda danışılır ve Komisyon ile birlikte “EU4Health Yönlendirme Grubu” aracılığıyla ulusal sağlık politikalarının tutarlılığını ve tamamlayıcılığını sağlar. Yıllık çalışma programlarının kabulünden önce, EU4Health Program Komitesi’nde görüş bildirirler.
Avrupa Komisyonu, yıllık çalışma programlarını hazırlar, kabul eder ve uygular. Ayrıca program hedeflerine yönelik ilerlemeyi izler ve raporlar. Programın uygulanmasıyla ilgili teknik veya bilimsel konularda ilgili merkezi olmayan kurumlar ve bağımsız sağlık profesyonellerinin görüşlerini alabilir. Sağlık ve Dijital Yürütme Ajansı (HaDEA) programı uygulayacaktır [15].

Son olarak, 2018 yılında Avrupa Komisyonu, 1 Ocak 2020’de yürürlüğe giren REACH Ek I, III, VI, VII, VIII, IX, X, XI ve XII’de değişiklikler yaptı [9]. Revize edilmiş REACH gereklilikleri kapsamında, kimyasal güvenlik değerlendirmesine odaklanarak tüm nanoformlar kayıt altına alınmalıdır. Maddelerin nanoformları ayrıca kayıt sürecinin bir parçası olarak tanımlanmalı ve karakterize edilmelidir. En önemlisi, çevre ve insan sağlığına yönelik riskler, yürürlükte olan veya geliştirilmekte olan OECD tarafından zorunlu kılınan kılavuzlar kullanılarak değerlendirilmelidir. Endüstri ve bilgi tabanı büyümeye devam ettikçe kılavuzların daha da iyileştirilmesi gerekebilir, ancak AB, her zaman olduğu gibi, insan sağlığı ve çevre kalitesinin korunması söz konusu olduğunda yüksek standartlar belirlemiştir.

5. Uluslararası gelişmeler

Bu alandaki gelişmelerden kaynaklanan potansiyel riskler birçok ülke tarafından görüldüğünden, nanoteknolojiyi düzenlemeye yönelik faaliyetler uluslararası alanda da üstlenilmiştir [23].

OECD tanımına göre, “düzenleyici çerçeveler, belirli bir grup kişiyi, eylemi veya nesneyi yöneten ve yasal yetkiye uygun olarak devlet organları tarafından çıkarılan norm ve kurallardan oluşur.” [34].
Küresel düzeyde, Ekonomik İşbirliği ve Kalkınma Örgütü, üretilen nanomalzemelerin, özellikle bunların güvenlik değerlendirmesi ve risk değerlendirmesinin tartışılması için küresel bir forum sağlamak ve bu teknolojilerin geliştirilmesi için sorumluları teşvik etmek için Kimyasal Güvenlik Çerçevesi kapsamında 2006 yılında stratejik bir program başlattı. OECD Üretilmiş Nanomalzemeler Çalışma Grubu (WPMN), üretilen nanomalzemelerin insan sağlığı ve çevre güvenliği yönleri konusunda uluslararası işbirliğini teşvik eder ve nanoteknolojinin güvenli kullanımını sağlamak için uygun yöntem ve stratejiler geliştirmeye odaklanır [12].

Üretilen nanomateryalleri test etmeye yönelik WPMN programı kapsamında, OECD WPMN üyeleri, OECD üyesi olmayan ülkeler ve endüstri ile birlikte, fizikokimyasal özellikler, çevresel akıbet ve toksikoloji, memeli toksikolojisi ve malzeme güvenliği ile ilgili uç noktalar için seçilmiş bir üretilmiş nanomalzeme listesini test etmişlerdir [12]. Bu kılavuzlar kapsamında elde edilen veriler, kimyasalların değerlendirilmesinde OECD Karşılıklı Veri Kabulü (MAD) anlaşması kapsamındadır. MAD, bu test kılavuzlarının yasal olarak kabul edilmesi yoluyla kimyasal güvenlik yaklaşımlarının uluslararası uyumlaştırılmasının önemli bir bileşenidir. Bu nedenle, nanomalzemeler için geçerli olan OECD test yönergeleri kapsamında elde edilen nanomalzemelere ilişkin veriler, MAD tarafından eşit olarak kapsanmaktadır.

5.1. ABD

Amerika Birleşik Devletleri’nde, ABD Ulusal Araştırma Konseyi 2008’de nanoteknolojinin daha fazla düzenlenmesi için çağrıda bulunan bir rapor yayınladı.
Nanoteknoloji şirketleri tarafından üretilen geniş cihaz ve ürün yelpazesi, Gıda ve İlaç İdaresi, Çevre Koruma Ajansı, Ulusal Sağlık Enstitüsü veya Sağlık ve İnsan Hizmetleri Departmanı gibi birçok kurumu ya kendi düzenleyici yaklaşımlarını benimseyerek veya koordineli bir düzenleyici yaklaşım geliştirerek yoluna gönderebilir [50].
Bu alandaki liderliğinin bir parçası olarak, federal hükümet 21. Yüzyıl Nanoteknoloji Araştırma ve Geliştirme Yasası (“Yasa”), 15 U.S.C.A. §7501- §7509, dokuz kurumdan oluşan bir nanoteknoloji girişimi olan Ulusal Nanoteknoloji Girişimi için 2004 ve 2008 yılları arasında 4,7 milyar dolar yetki verdi: Ulusal Bilim Vakfı, Enerji Bakanlığı, Ulusal Havacılık ve Uzay İdaresi, Ulusal Sağlık Enstitüleri, Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü, Çevre Koruma Ajansı, Adalet Bakanlığı, İç Güvenlik Bakanlığı ve Tarım Bakanlığı. Bu ajansların programları dış ve hükümetler arası komiteler tarafından denetlenirken, Bilim ve Teknoloji Politikası Ofisi Ulusal Nanoteknoloji Girişiminin koordinasyonundan ve yönetiminden sorumludur (daha fazla bilgi için bkz. www.nano.gov). Kanunun ana hedeflerinden biri, nanoteknolojiyi koordineli ve verimli bir şekilde geliştirmek ve ticarileştirmek için hükümet ve sanayi arasında işbirliğine dayalı bir çaba yaratmaktır.

Şu anda nanoteknolojinin etkisini ele alan bir başka kuruluş da Amerikan Barolar Birliği’dir. Bölümün Nanoteknoloji Daimi Komitesi şu anda nanoteknoloji ile ilişkili potansiyel riskleri ve tehlikeleri belirlemeye çalışmak için ve bilim adamlarının, savunucuların ve yasa koyucuların nanoteknolojinin etik ve sosyal etkilerini tartışabilecekleri forumlar düzenlemektedir [12]. Orta vadede, en iyi yaklaşım, düzenlemeleri veya korumalardaki değişiklikleri daha ılımlı bir şekilde ve sorunların ele alınmasından elde edilen deneyime dayanarak tartışmaktır. Uzun vadede, nanoteknoloji olgunlaştıkça ve bir endüstri olarak yerleştikçe, koşulların günümüz dünyasındakilerden o kadar farklı olması muhtemeldir ki, mevcut herhangi bir “öneri, hedefi büyük bir farkla aşmaya mahkumdur.”

Nanoteknoloji ile ilgili olarak kabul edilen başlıca mevzuata genel bakış, ABD hükümetinin bugüne kadarki önceliğinin nanoteknoloji araştırma ve geliştirmesini teşvik etmek ve finanse etmek olduğunu göstermektedir.
Muhtemelen, nanotıpların düzenlenmesiyle ilgili en büyük sorun, FDA gibi düzenleyici kurumların, nanotıplarla aynı farmakodinamik ve farmakokinetik aktiviteye sahip olmayan yığın malzemelere dayalı güvenlik verileri kullanmasıdır [22]. Bu, toplanan güvenlik ve etkinlik verilerinin, onay alındıktan sonra klinik durumlarda nanotıbbın kullanılması durumunda gerçekte neler olabileceğini temsil etmediği anlamına gelir. Nanoversiyon olmayan bir düzenleme düzenleyici standartları karşılayabileceğinden, nanotıpların güvenlik ve etkinlik parametreleri için düzenlemelerin oluşturulmasında sorunlara yol açar, ancak bir nanotıp olmayabilir. Bu, bir nanotıbbın bir ülkede ilaç, başka bir ülkede tıbbi cihaz olarak sınıflandırılabileceği anlamına gelir, bu nedenle karşılanması gereken düzenlemeler sınıflandırmaya bağlı olarak değişir. Bu nedenle, ürünün pazarlanabilmesi için karşılaması gereken belirli güvenlik ve etkinlik standartları değişiklik gösterir, bu nedenle bazı ülkelerde düzenleyici standartları karşılamayan bir nanotıp kullanılabilir [29]. Oldukça karmaşık yapıları ve özellikleri nedeniyle, nanotıpların kalitesini, etkinliğini, kararlılığını ve güvenliğini tanımlayan sağlam ve tutarlı bir üretim süreci oluşturmak zordur.
Nanotıp ürünleri, ürüne özel olarak değerlendirilecektir. Üreticilere, düzenleyici konularda karşılıklı bir anlayış oluşturmak için nanoteknoloji ürünlerinin geliştirilmesinde FDA ile koordinasyon sağlamaları tavsiye edilir.

Değişen manzaradaki bu hareketsizlik, FDA’nın çok fazla eleştirilmesine yol açtı. Sonuç olarak, halihazırda onaylanmış yapı taşlarından oluşan nanoformülasyonlar, yeni ilaç onayı veya tam pazar öncesi incelemesi olmadan sistem üzerinden hızlı bir şekilde takip ediliyor gibi görünmektedir. Bu strateji son derece risklidir ve uygun olup olmadığını yalnızca zaman gösterecektir [19].
Nanoteknolojiyi düzenlemek için çok az yasama çabası olmuştur. Aslında, nanoteknolojinin düzenlenmesini doğrudan ele alan hiçbir yasa çıkarılmamıştır. Belki de gelişmekte olan bir teknoloji için doğru yaklaşım budur; ancak bunun nanoteknolojinin kör bir noktada gelişmesine izin veren bir yaklaşım olup olmadığını sorgulamaya yer bırakıyor. Bu kör noktanın nedeni, bu nanomalzemelerin güvenliğini belirlemek için birikmiş araştırma eksikliğidir.
Bu endişelere rağmen, mevzuat yoluyla düzenleme, düzenleyici bir çerçeve için bir çözüm olarak önerilmemektedir. Bu, mevzuatla düzenlemenin büyük bir riskin keşfedilmesine veya bir felaketten sonra alınması anlamına gelir. Bu nedenle, asbest endüstrisindeki gözetim ve düzenleme başarısızlıklarını görmek kolaydır, ancak şirketler hemen hemen tüm yeni inşaatlarda asbest kullanırken bu eksikliği görmek kolay değildi. Düzenleyici yasalar tipik olarak yalnızca bir felaket olayına verilen tepkiye veya ezici kanıtlara yanıt olarak çıkarıldığından, bu belgede önerilen düzenleyici çerçevenin geçerli bir unsuru olarak kabul edilmezler [14].³ .

5.2. Avustralya, Kanada ve diğer ülkeler

Avustralya ve Kanada da nanoregülasyonda oldukça aktif. Her iki ülke de önemli Çevre Sağlığı ve Güvenliği (ÇSG) araştırma programlarına sahiptir ve nanoteknoloji kullanımındaki sınırları belirlemek için yönetmeliklerine ilişkin derinlemesine incelemeler yayınlamıştır. Özel bir mevzuat çıkarılmamış olmasına rağmen, her iki ülke de nanoteknolojinin kullanımında ihtiyatlılık ilkesinin uygulanmasını sağlamaktadır.
Nanoteknolojiyle yoğun olarak ilgilenen Japonya, Çin, Kore ve Tayvan’ın da risk değerlendirmesi ve nanomalzemelerin ve nanoürünlerin risk yönetimi gibi EHS konularını ele alan çeşitli düzeylerde önemli araştırma girişimleri vardır. Nanodüzenleme üzerine küresel tartışmalara katılsalar da, bu ülkelerde bu konuyla ilgili herhangi bir özel girişimde bulunulmamıştır [14]. Halihazırda nanoteknoloji düzenleme faaliyetleri ulusal düzeyde odaklanmakta ve uluslararası düzeyde ortak araştırma programları niteliğindeki girişimler gözlemlenebilmektedir.

Health Canada, nanomalzemelerin çalışan bir tanımını oluşturmuştur; bu tanımda, “herhangi bir imal edilmiş ürün, malzeme, madde, bileşen, cihaz, sistem veya yapı, en az bir uzaysal boyutta nano ölçekteyse (1-100 nm) veya daha küçük veya tüm uzaysal boyutlarda nano ölçekten daha büyük ve bir veya daha fazla nano ölçekli fenomen sergiliyor.” [20]. Nanoteknoloji ürünlerinin onayı ile ilgili olarak, Kanada mevcut düzenleyici çerçeveye güvenmektedir. Health Canada, üreticilere, ürünün risklerini ve özelliklerini belirlemek ve değerlendirmek için geliştirme aşamasının başlarında uygun düzenleyici otoriteye danışmalarını tavsiye eder. Kanada’da, Nanoteknoloji ile ilgili konuları bir araya getirmek ve tartışmak için Sağlık Portföyü Nanoteknoloji Çalışma Grubu kurulmuştur. Health Canada ve Kanada Sağlık Araştırmaları Enstitüleri (CIHR) gibi düzenleyici kurumların temsilcilerinden oluşur. Sağlık ürünleri ve gıdalar için nanoteknoloji tabanlı biyomateryallerin gözden geçirilmesine ilişkin genel bir kılavuz belge de Health Canada tarafından yayınlanmıştır [20].

Japonya’da ilaçlar, Sağlık, Çalışma ve Refah Bakanlığı (MHLW)/İlaç ve Tıbbi Cihaz Kurumu (PMDA) tarafından düzenlenmektedir [31]. Japon düzenleyiciler henüz nanotıplar için bir tanım ve nanotıplara özgü düzenlemeler geliştirmediler. 2016 yılında lipozom ilaç geliştirme kılavuzu yayınlandı. Nanotıplar, vaka bazında genel bir ilaç mevzuatı olan Eczacılık İşleri Kanunu kapsamında düzenlenir. Düzenleyici kurumların ve gözden geçirenlerin nanotıplar hakkında veri topladığı ve analiz ettiği belirtilmelidir. MHLW/PMDA, özellikle blok kopolimer misel bazlı ilaçların ve nükleik asit (siRNA) yüklü nanoteknoloji bazlı ilaçların geliştirilmesine ilişkin yansıma kağıtları yayınlamada EMA ile işbirliği yapmıştır.

Asya’da bu alanda çok az düzenleme olmasına rağmen, Hindistan, Japonya, Çin ve Tayland gibi ülkeler şu anda nanoteknolojideki büyüyen sorunları ele almak için hükümet ve düzenleyici politikalar oluşturuyor. Hindistan’da, Bilim ve Teknoloji Bakanlığı ve Hindistan hükümeti nanoteknolojiyi düzenlemek için bir grup kurdu ve politika yapıcıların nanotıp düzenlemesi için bir yol geliştirmelerine yardımcı olmak için üç katmanlı bir düzenleyici çerçeve oluşturan bir dizi kılavuz hazırladı. Bu, nanotıp ile ilişkili riskleri ele alırken bu teknolojinin sürekli büyümesini sağlayacaktır.

6. Sonuçlar ve gelecekteki beklentiler

Spesifik düzenleyici yönergelerin olmamasına rağmen, birçok nanotıp piyasada bulunmaktadır ve sayıları istikrarlı bir şekilde artmaktadır. Bunlar esas olarak kanser tedavisinde kullanılır, çünkü kalıcı toksik bileşikler gerektirirler ve tümör manzarası çok zordur, bu da etkili ilaç tedavisini engeller. En iyi bilinenler arasında lipozomal preparasyonlar Doxil®, AmBisome® ve Abraxane® gibi albümin ilaç nanopartikülleri ve Eligard® gibi polimerik miseller ile daha yeni başarılar sayılabilir.

Nanotıpların resmi düzenlemesinin olmaması ve sağlıkla ilgili uygulamalar için nanomalzemelerin üretimi dünya çapında bir sorundur. Farklı devlet kurumları arasındaki tutarsızlık, bazı nanotıpların tıbbi cihazlar ve diğerlerinin uyuşturucu olarak sınıflandırılmasına neden olur. Bir yargı alanında uygun görülen şey diğer ülkelere çevrilmez ve bu nedenle küçük moleküller genellikle küresel olarak onaylanmazken, nanotıp topluluğu, gelişimin beklentiler doğrultusunda devam edebilmesi için birleşik bir yaklaşıma çok ihtiyaç duymaktadır. Kümelerin ve çalışma gruplarının oluşumu henüz bir fark yaratmadı çünkü nanomalzemeler yeni değil ve belirli hastalık veya koşullara yönelik tedavi ihtiyacı ve aciliyeti mevcut düzenleyici yapı ile karşılanamıyor.

Akademik topluluklar ve devlet kurumları tarafından ulusal karakterizasyon laboratuvarları kurmak için bazı çabalar gösterilmiş olsa da, FDA ve MHRA gibi kilit kurumlardan daha açık ve katı rehberliğe ihtiyaç vardır.
Bu nedenle, bu gündemleri ilerletmek ve araştırma topluluklarına resmi rehberlik sağlamak için nanomalzemeler düzenlemesi için küresel bir konsorsiyum oluşturulmalıdır. Son yirmi yılda nanotıp gelişimine milyarlarca dolar akıtıldı. Düzenleyicilerin açık liderliği ve rehberliği olmadan, bu çabalar ürün lansmanlarına yol açmayacaktır ve gelecekteki yatırımlar başka yerlerde yapılabilir.
Şu anda, Avrupa Birliği’ndeki nanomalzemeler bağlamında, bilimsel araştırmanın adil bir şekilde yürütülmesine veya tek tip bir nanomalzeme tanımının uygulanmasına ilişkin tavsiyeler gibi hem bağlayıcı yasal düzenlemeler hem de bağlayıcı olmayan yasal düzenlemelerle ilgileniyoruz.

Önemli bir önlem, nanoteknolojinin çeşitli ekonomik sektörlerde uygulanması nedeniyle ne yazık ki kolay olmayan nanoteknoloji alanındaki faaliyetlerin düzenlenmesidir. Özellikle, ilgili düzenleyici hükümlerin uygulanması için malzemelerin tanımlanmasını kolaylaştıracak “nano malzeme” teriminin birleşik bir tanımı aranmalıdır. Önemli zorluklar, esas olarak, tespit, karakterizasyon ve analiz için doğrulanmış yöntemlerin ve araçların tanıtımı, nanomateryal tehlikeleri hakkındaki bilgilerin tamamlanması ve nanomalzemelere maruz kalmanın değerlendirilmesi için yöntemlerin geliştirilmesi ile ilgilidir. Nanoteknoloji üzerine kamuoyu tartışmasının önemi, AB’deki çeşitli organlar tarafından vurgulanmıştır. Avrupa Komisyonu, Üye Devletlerin nanoteknoloji ile ilgili yararlar, riskler ve belirsizlikler hakkında kamuoyunda tartışmayı artırması gerektiğini belirtmektedir. Bireysel AB Üye Devletleri, halkı nanoteknoloji gelişmeleri hakkında daha iyi bilgilendirmeyi amaçlayan girişimleri uygulamaya başlamıştır. Toplumsal diyalog, sivil toplum temsilcilerini ve bilim adamlarını içermelidir.

_______________

¹ Bu aynı zamanda sorumluluk için de geçerlidir, bakınız [45]: “Tıbbi cihazlarla ilgili yeni AB yönetmeliği ile bu durum değişti. Avrupa Komisyonu’nun (sonbahar 2012) 78 yasama teklifinde, nanomalzemeler için özel bir tanıma ek olarak, etiketleme düzenlemeleri ve nanomalzemeler içeren Ürünler için bir sınıflandırma öngörülmektedir. Buna göre, nanomateryal içeren veya nanomalzemelerden oluşan tüm ürünler, nanomateryal kapsüllenmedikçe veya ürün amaçlandığı şekilde kullanıldığında serbest bırakılmayacak şekilde sabitlenmedikçe, Sınıf III’e (en yüksek tehlike kategorisi) atanacaktır. “

² Nanoadalet ve E3LSC zorlukları: Ancak bu, yalnızca teknik sorunları belirlemek ve bunların üstesinden gelmek için teknolojik çözümler geliştirmekle ilgili değildir. Küresel sağlık sorunlarının ele alınmasında ve mevcut pandemi ile mücadele için önlemlerin uygulanmasında en ciddi ahlaki başarısızlıklardan biri, COVID-19 nanoaşılarının dağıtımında ve kullanımında eşitlik eksikliği, yani bir patent sorunu olmuştur: yalnızca zengin nüfuslara ve ülkelere sahip olmakla kalmaz aşıların piyasaya sürülmesinde tercih edildi, ancak gelişmiş ülkeler, gelişmekte olan ülkelerdeki insanların büyük çoğunluğunun zararına olarak önceden sipariş edilen aşı dozlarını biriktirdi. Dünya Sağlık Örgütü (DSÖ) Genel Direktörü Dr. Tedros Adhanom Ghebreyesus, “Dünya felaket bir ahlaki başarısızlığın eşiğinde ve bu başarısızlığın bedeli dünyanın en yoksul ülkelerindeki hayatlar ve geçim kaynaklarıyla ödenecek. ”
Sosyopolitik meseleler, daha zengin toplumlar ile nanoteknolojiyi geliştiren veya bunlara erişen ülkeler ile yapamayan ülkeler arasındaki sınıf farklılıkları hakkında endişeler doğurabilir [50].

³ Gelişmekte olan yeni teknolojiler ve ürünler hakkında bilgiye erişmek için belirli bir yasal aracın olmamasına rağmen.. [ilaç onayı veya biyolojik onay gereksinimleri] ile karşı karşıya olan şirketler, FDA’ya ajansın anlaması ve verimli bir şekilde gözden geçirmesi için ihtiyaç duyduğu bilgileri sağlamak için önemli bir teşvike sahiptir çünkü ürünler de daha sonra çok farklı ağırlıktadır.

---

Test LO 6.2

---

Kaynaklar

1. Baran A. (2016). Nanotechnology: Legal and ethical issues. Economics and Management, 8, 1: pp. 47-54, doi: 10.1515/emj-2016-0005.
2. Bleeker E.A., de Jong W.H., Geertsma R.E., Groenewold M., Heugens E.H., Koers-Jacquemijns M., et al., (2013). Considerations on the EU definition of a nanomaterial: science to support policy making. Reg. Toxicol. Pharmacol. 65, 119-12, doi: 10.1016/j.yrtph.2012.11.007.
3. Beyerlin U., Marauhn T. (2011). International and Environmental Law, 220, 47.
4. Boverhof D. R., Bramante C. M., Butala J. H., Clancy S. F., Lafranconi M, West, J., et al., (2015). Comparative assessment of nanomaterial definitions and safety evaluation considerations. Regul. Toxicol. Pharmacol. 73, 137–150. doi: 10.1016/j.yrtph.2015.06.001.
5. BUND, Friends Of The Earth, Mensch & Umwelt, Höchste Zeit, Nanomaterialien zu regulieren!, 15.02.2022
6. Castro F. (2004). Legal and Regulatory Concerns Facing Nanotechnology. Chicago-Kent Journal of Intellectual Property, 4, 1, Article 5.
7. Choi H. and Han H. (2018). Nanomedicines: current status and future perspectives in aspect of drug delivery and pharmacokinetic. J. Pharm. Investig. 48, 43. doi: 10.1007/s40005-017-0370-4.
8. Commission Regulation (EC) No 507/2006 of 29 March 2006 on the conditional marketing authorisation for medicinal products for human use falling within the scope of Regulation (EC) No 726/2004 of the European Parliament and of the Council.
9. Commission Regulation (EU) 2018/1881 of 3 December 2018.
10. Commission Recommendation of 18 October 2011 on the definition of nanomaterial 2011/696/EU. Off. J. Eur. Union L. 275, 38–40.
11. DEEPEN – Deepening Ethical Engagement and Participation in Emerging Nanotechnology, Posted on 27/03/2014
12. DGUV, Nano-Portal: Sicheres Arbeiten mit Nanomaterialien, 07.08.2018, OECD-Dokument zu internationalen Entwicklungen im Bereich Nano-Sicherheit. www. abanet.org/scitech/specomm.html
13. Dorocki S. and Kula A. (2015). Spatial diversity of nanotechnology development in Europe. Development of industry in selected countries, 29, 1. doi: https://doi.org/10.24917/20801653.291.2.
14. Duvall M. N. (Editor), FDA Regulation of Nanotechnology, Taylor, footnote 23, p. 44. http://www.nanowerk.com
15. European Commission, Public Health, EU4Health 2021-2027 – A vision for a healthier European Union Regulation (EU) 2021/522
16. Falkner R., Breggin L., Jaspers N., Pendergrass, J. and Porter, R. D. (2010). International Handbook on Regulating Nanotechnologies, in: G. A. Hodge, D. M. Bowman, & A. D. Maynard (Eds.)
17. Falkner R., Stephan H., Vogler J. (2010). International Climate Policy after Copenhagen: Towards a ‘Building Blocks’ Approach. Global Policy, 1, 3: 252-262. doi: 10.1111/j.1758-5899.2010.00045.
18. Fiedler F. and Reynolds G. (1994). Legal Problems of Nanotechnology: An Overview, 3, S. Cal. L.J., p. 593.
19. Foulkes R., Man E., Thind J., Yeung S., Joya, A. and Hoskins C. (2020). The regulation of nanomaterials and nanomedicines for clinical application: current and future perspectives. Biomater. Sci., 8, 4653, doiI: 10.1039/d0bm00558d rsc.li/biomaterials-science
20. Government of Canada, Departments and agencies, Health Science and Research Reports and Publications – Science and Research Nanomaterial, Policy Statement on Health Canada’s Working Definition for Nanomaterial, 10.1.2022.
21. Hansen S. F. (2018). Registration, Evaluation, Authorisation, Categorisation and Tools to Evaluate. Nanomaterials – Opportunities and Weaknesses (REACT NOW), Technical University of Denmark.
22. Hertog J. (1999) General theories of regulation., in Encyclopedia of Law and Economics, Edward Elgar and the University of Ghent, UK, p. 223.
23. Karim E., Bakar bin Munir A. and Hajar Mohd Yasin, S. (2016) Nanotechnology and International Law Research Guide, Hauser Global Law School, Program. NYU Law School.
24. KOM (2000) 1 endg.
25. KOM (2009), 607.
26. Kommission der Europäischen Gemeinschaften, Mitteilung der Kommission an den Rat, das Europäische Parlament und denEuropäischen Wirtschafts- und Sozialausschuss, Nanowissenschaften und Nanotechnologien: Aktionsplan für Europa 2005-2009. Zweiter Durchführungsbericht 2007.
27. Langauer-Lewowicka H. and Pawlas K. (2014). Nanoparticles, nanotechnology – the potential environmental and occupational hazards, Medycyna Środowiskowa, 17(2): 7-14.
28. Marchant G. E. and Doug J. S. (2006). Transnationale Modelle für die Regulierung der Nanotechnologie. Zeitschrift für Recht, Medizin und Ethik, 714-725.
29. Matsuura J. H. (2012). Nanotechnology Regulation and Policy Worldwide, Boston/London.
30. Maynard A. D. (2007). Nanotechnology: the next big thing, or much ado about nothing? Ann Occup Hyg. 51(1): 1-12, doi: 10.1093/annhyg/mel071.
31. Ministry of Health, Labour and Welfare, MHLW Pharmaceuticals and Medical Devices Safety Information, Policy Information, Outline of the Law for Partial Revision of the Pharmaceutical Affairs Law (Act No.84 of 2013), 26.2.2022.
32. Nanotechnology and International Law Research Guide, in: Globalex.
33. Nogueira de Sousa Branquinho Nordberg, A. R (2009). Nanotechnology patents in Europe: Patentability Exclusions and Exceptions, Stockholm University.
34. OECD ‘Regulatory Frameworks for Nanotechnology in Foods and Medical Products: Summary Results of a Survey Activity’, OECD Science, Technology and Industry Policy Papers, No. 4 (24 April 2013), OECD Publishing, at 11 <http://dx.doi.org/10.1787/5k47w4vsb4s4-en>.
35. Ossa D. (2014). Quality Aspects of Nano-Based Medicines SME, Workshop: Focus on Quality for Medicines Containing Chemical Entities, London, Available online at: http://www.ema.europa.eu/docs/en_GB/document_library/Presentation/2014/04/WC500165444.pdf.
36. Picecchi D. (2018). Tiny Things with a Huge Impact: The International Regulation of Nanomaterials. Michigan Journal of Environmental & Administrative Law, 7, 2.
37. Pita R., Ehmann R., Papaluca M. (2016). Nanomedicines in the EU—regulatory overview, Oud M. (2007). A European perspective, in: G. A. Hodge, D. M. Bowman, & K. Ludlow (Eds.), New global frontiers in regulation, The age of nanotechnology, pp. 97-109. AAPS J. 18, 1576–1582, doi: 10.1208/s12248-016-9967-1.
38. Ponce Del Castillo A. (2009). The EU Approach to Regulating Nanotechnology, SSRN Electronic Journal, doi: 10.2139/ssrn.2264056.
39. Rauscher H., Rasmussen K., Sokull-Klüttgen B. (2015). Regulatory Aspects of Nanomaterials in the EU, https://doi.org/10.1002/cite.201600076.
40. Regulatory aspects of nanomaterials. 2008/2208(INI), (2010/C 184 E)
41. Richtlinie 2001/83/EG des Europäischen Parlaments und des Rates vom 6. November 2001 zur Schaffung eines Gemeinschaftskodexes für Humanarzneimittel (ABl. L 311 vom 28.11.2001).
42. Rio Declaration (1992). https://www.un.org/en/development/desa/population/migration/generalassembly/docs/globalcompact/A_CONF.151_26_Vol.I_Declaration.pdf
43. Salamanca-Buentello F. and Daar A. S. (2021). Nanotechnology, equity and global health. Natur Nanotechnology, 16, 358-361.
44. Soares S., Sousa J., Pais A. and Vitorino C. (2018). Nanomedicine: Principles, Properties, and Regulatory Issues. Front. Chem., https://doi.org/10.3389/fchem.2018.00360.
45. Spindler, G. (2009). Nanotechnologie und Haftungsrecht, in: Hendler/Marburger/Reiff/Schröder, Nanotechnologie als Herausforderung für die Rechtsordnung.
46. Timothy F., Malloy, (2012). Soft Law and Nanotechnology, A Functional Perspective. Jurimetrics 52, 347.
47. Tinkle S., McNeil S. E., Mühlebach S., Bawa R., Borchard G., Barenholz Y. C., et al., (2014). Nanomedicines: addressing the scientific and regulatory gap. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1313, 35–56. doi: 10.1111/nyas.12403.
48. URL 1: http//cordis.europa.eu/home_pl.html, 12.01.2022
49. Van Est R., Walhout B., Rerimassie V., Stemerding D. and Hanssen, l. (2012). Governance of Nanotechnology in the Netherlands –Informing and Engaging in Different Social Spheres. International Journal of Emerging Technologies and Society, 10, 6–26. http://www.swin.edu.au/ijets.
50. Wolfson J.R. (2003). Soziale und ethische Fragen der Nanotechnologie: Lehren aus der Biotechnologie und anderen Hochtechnologien, 22 Biotechnology, L. Rep., pp. 376.