Gekarteld grafeen kan schade berokkenen aan cellen

Uit een recente studie is gebleken dat grafeen, of beter de vorm dat het aanneemt, een aantal ernstige gezondheidsrisico’s met zich kan meebrengen en schade kan teweegbrengen in het menselijk lichaam. Gekarteld grafeen is scherp en dun, zo dun dat het dwars door de cellen kan snijden.

Grafeen, in feite een uitgerold koolstofnanobuisje dat een decennia geleden voor het eerst werd geïsoleerd, is ongelooflijk sterk, flexibel, rekbaar en geleidend. Uiteindelijk zal het gebruikt worden in kleine elektronische apparaten, zonnecellen, batterijen, medische hulpmiddelen en allerlei andere toepassingen.

Tot nog toe was er niet veel bekend van wat of welke effecten deze stoffen kunnen hebben éénmaal ze in het menselijk lichaam terechtkomen.

Er is een reëel gevaar dat deze nieuwe materialen worden ingenomen tijdens het productieproces, tijdens de levenscyclus van een product of andere kanalen, eventuele milieu kanalen. Grafeen kan onbedoeld worden ingeademd of opzettelijk worden ingespoten of ingebracht als componenten van nieuwe biomedische technologieën.

Dit onderzoek toont aan dat scherpe hoeken en puntige uitsteeksels langs de randen van grafeen vellen makkelijk celmembranen kunnen doorboren. Nadat het membraan is doorboord, kan het vel geheel de cel binnendringen waar het de normale functie kan verstoren. Eerdere computermodellen hadden deze mogelijkheid verdisconteerd, maar die modellen gaan uit van perfect vierkante stukjes grafiet.

Computermodellen zijn maar net zo goed als de variabelen die worden opgesteld. In werkelijkheid, na het peeling proces, komen ze in vreemd gevormde vlokken met puntige uitsteeksels, of oneffenheden genoemd, vlijmscherp.

“Op een fundamenteel niveau willen we de kenmerken van deze materialen begrijpen die verantwoordelijk zijn voor de manier waarop ze omgaan met cellen,” sprak Kane. “Als er kenmerken verantwoordelijk zijn voor de toxiciteit, dan kunnen de ingenieurs deze er misschien uit construeren.”

De nieuwe inzichten kunnen nuttig zijn om manieren te vinden om de mogelijke toxiciteit van grafeen te minimaliseren, zei Agnes Kane, voorzitter van de afdeling Pathologie en Laboratoriumgeneeskunde van Brown en één van de auteurs van de studie.

Annette von dem Bussche, assistent-hoogleraar pathologie en laboratorium geneeskunde, was in staat om het model experimenteel te controleren. Ze plaatste menselijke longen, huid en immuuncellen in petrischaaltjes samen met grafeen micro-velletjes.

Beelden van de elektronenmicroscoop bevestigden dat het grafeen – startende bij ruwe randen en hoeken – in de cellen drong .
De experimenten toonden ook aan dat ‘omvangrijke’ vellen grafeen tot 10 micrometer, volledig geïnternaliseerd kunnen worden door een cel.

“De ingenieurs en materiaalwetenschappers kunnen deze materialen in detail analyseren en beschrijven,” zei Kane. “Dat stelt ons in staat om de biologische effecten van deze materialen beter te interpreteren. Het is echt een geweldige samenwerking. ”

De volgende stap is om in groter detail te bestuderen wat er gebeuren kan éénnmaal een vel grafeen de cel is binnengedrongen. Kane vertelde wel dat deze eerste studie een belangrijke start was in het begrijpen van potentiele toxiciteit van grafeen.

“Dit gaat over het veilig ontwerpen van nanomaterialen,” zei ze. “Het zijn kunstmatige materialen, dus we moeten in staat zijn om dit slim aan te pakken en ze veiliger kunnen maken”

Uit een artikel van vorig jaar bleek dat ook ‘grotere’ vlakken grafeen
(30 micron) gezondheidsrisico’s met zich meebrengen.

Grafeen op zich is niet giftig. Noch man-gemaakt, maar man-geïsoleerd. Wat het probleem is. Deze man-geïsoleerde methode zorgt dat het grafeen danige vorm aanneemt dat het tot schade kan leiden bij de mens.

Terug aan de mens om die eruit te knutselen.

Bron: brown.edu
Foto: Kane lab/Brown University