Hälsoriskerna med grafen

Under pandemin en utbredd användning av nanopartiklar har använts för diagnostik, personlig skyddsutrustning, förebyggande och behandling av sjukdomar. Användningen av nanopartiklar inom biomedicin förväntas öka ytterligare på grund av en önskan om övervakning av människors hälsa i realtid som sömlös interaktion mellan människa och maskin. 

De mest blomstrande nanopartiklarna som kan styra framtida liv är produkter som härrör från grafen. Det nya 2D-materialet grafen har fördelar i mekaniska, termiska och elektriska egenskaper och används i bärbara sensorer och implanterbara enheter, medan forskning och utveckling av den oxiderade formen grafenoxid används för cancerbehandling, läkemedelsleverans, vaccinutveckling, ultra- lågkoncentrationsdiagnostik, utrotning av mikrobiell kontaminering och cellulär avbildning. 

Hittills är den vetenskapliga litteraturen om grafenhärledda produkter huvudsakligen fokuserad på de positiva aspekterna. Under pandemin blev grafenoxid känd som en osäker nanopartikel som kan finnas i ansiktsmasker och tester. Samtidigt ifrågasätter forskare möjliga förödande effekter av grafen-härledda produkter på människors hälsa och miljön. Hypen med grafenhärledda produkter har lett till ett snabbt spår från produkt till marknadssläpp samtidigt som tillförlitliga och reproducerbara data om cytotoxiska och genotoxiska effekter är fortfarande saknade. 

Graphene Unlimited

2010 fick två forskare, Andre Geim och Konstantin Novoselov från Manchester University, Nobelpriset i fysik för att ha isolerat det enda kolatomlagret som härrör från grafit som finns i pennor, med hjälp av ett slags tejp. Det fantastiska materialet är det lättaste och tunnaste mångsidiga ämnet som mänskligheten känner till. Den är transparent, ledande och selektivt permeabel. 

C-atomerna är hårt bundna i ett bikakenät (hexagonalt). Baserat på egenskaperna hos grafen används materialet inom många områden, allt från elektronik till biomedicin. 2013 startade Europeiska kommissionen ett projekt för framtida och ny teknik, Grafene flaggskepp, med en budget på en miljard euro under en tioårsperiod med 170 akademiker och industriella partners från 22 länder involverade, som nu äger många grafenprodukter i pipeline. 

Men produktion av högvolym och kvalitet grafen (ren, homogen och steril) till överkomliga priser för att implementera möjligheterna med grafen-härledda produkter i det dagliga livet är fortfarande en utmaning, liksom att förbättra standardisering och validering av de cellulära systemen och biologiska systemen att testa olika former av grafen för dess toxicitet. 

EU:s flaggskeppsprojekt för grafen erkänner att det fortfarande finns luckor att uppfylla riskrelaterad kunskap. Det förväntas att tillämpningen av grafen kommer att nå mognad under perioden 2025-2030. EU-tillverkade nanomaterial måste uppfylla REACH-reglerna för att bli godkända för industriell produktion och kommersialisering.

En portal till interaktion mellan människa och maskin

Många politiker och folkhälsoexperter främjar införandet av teknik i vården som ett viktigt instrument för att hantera förebyggande, diagnos och behandling av sjukdomar. Dessutom anses det vara fördelaktigt att minska kostnaderna och fylla bristen i brist på vårdpersonal. 

Politiken skulle överföras från fokus på sjukdom till förebyggande, vilket har lett till idén om en Bra hälsopass som kan kopplas till ID-kort och vaccinationspass. På så sätt kan varje person instrueras när och hur man ska agera för att förebygga sjukdomar och förbli vid god hälsa även när de reser till andra länder. 

A  grafenbaserad sensorplattform med icke-invasiv och invasiv applikation inklusive bärbara sensorer för övervakning av biofysiska, biokemiska, miljösignaler och implanterbara enheter för nervsystem, kardiovaskulära, matsmältnings- och rörelsesystem förutspås vara av enormt värde för implementering av artificiell intelligens. 

I Graphene Flagship-projektet utvecklas olika hudlappssensorer baserade på grafen för att ge människor möjlighet att kontinuerligt bildskärm och proaktivt göra säkrare val. Den första invasiva neurala gränssnitt i hjärnan med förmågan att tolka hjärnsignaler med oöverträffad hög tillförlitlighet, vilket ger ett terapeutiskt svar anpassat till varje patients kliniska tillstånd, förväntas gå in i kliniska prövningar snart. Innovationen är kopplad till EU:s 1,3 miljarder euro  Human Brain Project att förbättra området för neurovetenskaplig datoranvändning och hjärnrelaterad medicin och förväntar sig att fler implanterbara enheter som påverkar beteendet kommer att utvecklas. 

Grafenoxid och människokroppen 

Grafenoxid kan oavsiktligt komma in i kroppen genom inandning, hudkontakt och förtäring eftersom det kan spridas i många lösningsmedel. Giftiga effekter av GO är beroende av flera variabler inklusive administreringsvägen som påverkar distributionen i kroppen, dosen, syntesmetoden, föroreningar från produktionsprocessen och dess storlek och fysikalisk-kemiska egenskaper som oxidationsgrad. 

GO har en hög adsorptionskapacitet för proteiner, mineraler och antikroppar i människokroppen som omvandlar strukturen och formen av GO till en bio-corona som kan interagera med andra biomolekyler och fysiologiska processer. En skillnad i biokompatibilitet föreslogs bero på de olika sammansättningarna av proteinet korona som bildas på deras ytor som bestämmer deras cellinteraktion och pro-inflammatoriska effekter. 

De många motsägelsefulla resultaten från ingen toxicitet till möjliga långvariga allvarliga skador, beroende på fysikalisk-kemiska egenskaper och de valda experimentella förhållandena, kräver en bättre förståelse av dess toxikokinetik och mekanismer för akut och långvarig exponering. 

Dessutom kan dess beteende mot biologiska barriärer som hud, blod-hjärnbarriär och moderkakan variera. Intra- och extracellulär nedbrytning av GO orkestreras huvudsakligen av makrofager (immunceller) i de olika organen. Lungan, hjärtat, levern, mjälten och tarmen är de organ som GO hittas. I detta sammanhang är det viktigt att förstå de möjliga riskerna med biopersistens i kroppen och påverkad cellulär membranintegritet, metaboliska processer och organismers morfologi. Sättet på vilket GO produceras är av avgörande betydelse för den potentiella påverkan på biologiska system, biodistribution och utsöndring av människokroppen. 

Grafenoxid och miljön

Oavsett form av grafen a stort antal studier har visat att grafen påverkar ett brett spektrum av levande organismer inklusive prokaryoter, bakterier, virus, växter, mikro- och makroryggradslösa djur, däggdjur, mänskliga celler och hela djur in vivo. Den stora delen av tillgänglig aktuell litteratur indikerar att grafenbaserade nanomaterial är cytotoxiska.

Även om mekanismen för deras cytotoxicitet ännu inte har fastställts, har oxidativ stress, cellpenetration och inflammation varit de mest kända mekanismerna för grafenbaserad nanomaterialtoxicitet i vattenlevande organismer. Tyvärr finns det fortfarande en enorm informationsgap som saknar effekt på organfunktion, metaboliska effekter och beteende. 

En hälsa

Nu när pandemin har kommit till ett slut, strävar efter En hälsa har blivit prioritet, med fokus på övervakning, vaccin och läkemedelsutveckling med hjälp av ny teknik. Men experter och politiker är ovilliga till den enorma ökningen av biohazard med grafen-härledda produkter som har släppts ut i miljön under pandemin de senaste två åren. 

Eftersom GO lätt kan transporteras med luft och vatten från farligt avfall är den eventuella negativa aspekten av en GO-förorening av alla levande varelser okänd och kan inte uteslutas. Förbättrande effekter av GO på den hormonstörande kapaciteten hos Bisfenol A har observerats i vuxen man zebrafisk. Skarpa kanter av GO som kan penetrera cellmembran kan underlätta penetration av mikroplaster och andra okända ämnen i organismer. 

Nya sjukdomar kan utvecklas genom att störa ett världsomspännande bräckligt balanserat ekosystem som är nödvändigt för hälsa och allt liv på jorden. Denna folkhälsorisk växer varje dag på grund av en kraftig ökning av undernäring som ett resultat av inlåsningar underminering ett välfungerande immunförsvar och förmågan att bryta ned eller avgifta grafen-härledda produkter. 

Evidensbaserad forskning och etiska beslut måste vara förhärskande över ett intellektuellt snabbspår av GO-härledd produktproduktion och release. Prioriteringen bör vara bättre fokus på sätt att förbättra tillgången på tillräcklig och bra näring, och förhindra frisättning av otillräckligt testade produkter och återställa förtroendet för folkhälsan.