Новый прорыв в биомедицине: оксид графена, биоразлагаемый ферментами человека

I. Введение в структуру и свойства графена

Исследователи из флагманского европейского исследовательского проекта графена недавно объяснили, как суспензия оксида графена, взвешенная в воде, является биоразлагаемой при катализе человеческого фермента, и насколько эта деградация связана с коллоидной стабильностью суспензии. Это исследование имеет большое значение для будущего применения материалов на основе графена в биомедицине.

Как и в случае со всеми новыми материалами на пути к индустриализации, проблемы со здоровьем и безопасностью, которые могут вызвать материалы на основе графена, вызвали значительный интерес со стороны широкого круга экспертов и общественности. Разработка и коммерциализация материалов на основе графена все еще находится на начальной стадии, и связанные с ними экологические проблемы, риски для здоровья и безопасности все еще изучаются, в основном исследователями, участвующими в флагманском европейском проекте по графену. Флагманский проект - это большой международный консорциум с академическим и промышленным партнерством, частично финансируемый Европейской комиссией. Основная цель состоит в том, чтобы сосредоточить внимание на крупных технологических проблемах, которые Европе необходимо решать с помощью долгосрочных междисциплинарных исследований, и решить их.

Возможные последствия для здоровья и безопасности двумерных материалов, включая графен, находятся в центре внимания текущих исследований. Когда дело доходит до коммерциализации материалов на основе графена, их стойкость и долгосрочное накопление в окружающей среде становится ключевым вопросом. Поэтому вопрос о том, как безопасно утилизировать материалы на основе графена и другие инженерные материалы, стал очень интересным. В случае графена эта двумерная окисленная форма углерода имеет большой потенциал для высвобождения лекарств, бионики, тканевой инженерии, биочувствительности и других связанных областей, все из-за ее высокой дисперсии и биосовместимости в воде.

Материалы Go очень эффективны в биомедицинских технологиях, но их токсикологические эффекты также необходимо систематически изучать и оценивать. В ряде связанных экспериментальных исследований сообщается, что в некоторых случаях гу-материалы могут повреждать живые клетки и ослаблять иммунный ответ организма. Но вместе взятые даты этих экспериментов неопределенны, а в некоторых случаях противоречивы.

Графен и многие из его соединений биосовместимы, но мало исследований сообщали о его способности к разложению. По этой причине группа во главе с Альбертом Бьянко, экспертом Французского национального исследовательского совета и одним из исследователей флагманского проекта, подробно изучила ферментативную деградацию материалов на основе оксида графена. В своем исследовании, опубликованном в журнале Small, исследователи показали, что миелопероксидаза из белых кровяных телец человека в сочетании с небольшим количеством перекиси водорода в низких концентрациях способна полностью метаболизировать образцы высокодисперсного оксида графена.

Ведущим автором небольшого исследования был Раджендра Акурапати, аспирант исследовательской группы Бьянко. Курапати и его коллеги сосредоточили внимание на способности миелопероксидазы разрушать три различных образца оксида графена, которые были классифицированы в соответствии с их дисперсией в воде. И важно отметить, что мы говорим здесь о дисперсии, а не о концентрации материала. Было обнаружено, что под действием миелопероксидазы, чем выше концентрация гу-суспензии, тем труднее она разлагается, а более стабильный коллоид может полностью разлагаться под действием фермента. Химически дисперсия go зависит от кислородсодержащих групп на поверхности графенового материала, что, в свою очередь, влияет на биоразлагаемость материала.

Подробно изложив свои результаты, исследователи начали обсуждать механизм деградации го, начав с широкого обзора того, как миелопероксидаза воздействует на бактерии и другие инвазивные материалы, вызывающие воспаление в биологических тканях. Во время воспаления нейтрофилы, подтип лейкоцитов, накапливаются в инфицированной области и секретируют миелопероксидазу, которая катализирует химическую реакцию между ионами хлорида и перекисью водорода с образованием сильных окислителей, таких как хлорноватистая кислота. Эти окислители обладают антибактериальными свойствами и могут разрушать полиэфирные трансплантаты, внеклеточные сахара и углеродные нанотрубки. Авторы предполагают, что высокий РЕДОКС-потенциал этих окислителей, образующийся в результате химической реакции, катализируемой миелопероксидазой, таким же образом разлагает материал оксида графена в суспензии. Места, где материал, скорее всего, начинает разрушаться, сосредоточены в местах соединения атомов углерода с атомами кислорода в решетке графена. Кроме того, на этот процесс влияют поверхностные заряды, как в случае углеродных нанотрубок. Это говорит о том, что заряд заставляет го сильнее связываться с ферментом, который затем инициирует деградацию.

«Наше экспериментальное исследование демонстрирует, что го полностью разлагается миелопероксидазой, а результаты также показывают, что если люди или другие организмы случайно вдохнут го, потенциальные риски для здоровья можно контролировать». Бьянко сказал: «С другой стороны, в биомедицинских приложениях использование материалов на основе графена в качестве клинических биомедицинских материалов также будет учитывать их биоразлагаемость. Наше исследование обеспечивает безопасный и экологически безопасный новый метод обработки материалов на основе графена. . »Точно так же это имеет большое значение для дальнейшего развития материалов на основе графена в качестве биоактивных молекул или векторов высвобождения для медицинских препаратов.

Конкретный механизм деградации оксида графена все еще требует дальнейшего изучения и изучения, но результаты последних исследований также очевидны. В присутствии перекиси водорода оксид графена разлагается под действием миелопероксидазы. Кроме того, степень разложения зависит от коллоидной стабильности суспензии, что позволяет предположить, что гидрофильные свойства го являются основным фактором его способности разрушаться под действием миелопероксидазы. Следовательно, стабильность коллоидов следует учитывать при разработке материалов для биомедицинских приложений.

Страница содержит содержимое машинного перевода.