تاثیر گرافن بر ژنتیک - ایران گرافن

در این قسمت به تاثیر گرافن بر ژنتیک خواهیم پرداخت:

گرافن ماده ارزشمندی است که پتانسیل تاثیرگذاری بر تحقیقات ژنتیک و کاربردهای آن را به طرق مختلف دارد. در حالی که این میدان هنوز در مراحل اولیه خود است، پیامدهای بالقوه ای در حوزه ژنتیک برای آن آورده شده است:

توالی یابی و تجزیه و تحلیل DNA:

فناوری های مبتنی بر گرافن برای توالی یابی و تجزیه و تحلیل DNA نوید بخش است. از خواص الکتریکی و مکانیکی منحصر به فرد گرافن می توان برای توسعه پلت فرم های نوآورانه توالی یابی DNA استفاده کرد. نانو منافذ گرافن به عنوان ابزاری بالقوه برای خواندن توالی بندی سریع و دقیق DNA می تواند درک ما از ژنتیک را تا حد زیادی افزایش دهد و پیشرفت در پزشکی دقیق را تسهیل کند. تاثیر گرافن بر ژنتیک امروزه مورد توجه بسیاری از محققان در این حوزه می باشد.

سیستم های تحویل ژن:

انتقال کارآمد ژن برای کاربردهای مختلف ژنتیکی از جمله ژن درمانی و ویرایش ژن بسیار مهم است. مواد کربنی در حوزه های مختلف بخصوص گرافن بر ژنتیک به دلیل زیست سازگاری، مساحت سطح بالا و توانایی محافظت از مواد ژنتیکی در برابر تخریب، به عنوان حامل برای تحویل ژن پتانسیل زیادی نشان داده اند. عملکردی کردن سطوح گرافن می تواند تحویل هدفمند مواد ژنتیکی به سلول ها را تسهیل کند و راه هایی را برای مداخلات درمانی باز کند.

حسگرهای زیستی برای آنالیز ژنتیکی:

رسانایی الکتریکی استثنایی و حساسیت سطحی گرافن آن را به یک ماده ایده آل برای کاربردهای حسگر زیستی تبدیل کرده است. می توان از آن برای توسعه حسگرهای زیستی بسیار حساس برای تجزیه و تحلیل ژنتیکی استفاده کرد. با عملکردی کردن سطوح گرافن یا کاوشگرهای زیستی خاص، شناسایی و تجزیه تحلیل های توالی های ژنتیکی یا جهش های با حساسیت و ویژگی بالا امکان پذیر می شود. حسگرهای زیستی مبتنی بر گرافن می توانند در تشخیص و پایش بیماری های ژنتیکی متحول شوند.

مهندسی بافت و پزشکی بازساختی:

گرافن و مواد مبتنی بر گرافن پتانسیل را در مهندسی بافت و رویکردهای پزشکی بازساختی نشان داده اند. آن ها می توانند به عنوان داربست یا بستری برای رشد و تمایز سلول ها از جمله سلول های بنیادی عمل کنند. ویژگی های منحصربه فرد گرافن، مانند استحکام مکانیکی، هدایت الکتریکی، توانایی تقویت چسبندگی و تکثیر سلولی آن را به ماده ای جذاب برای ساخت بافت ها و اندام های مهندسی شده زیستی تبدیل می کند.

تحقیقات سرطان:

مواد مبتنی بر گرافن علاقه قابل توجهی را در تحقیقات سرطان، از جمله درک بیولوژی سرطان، تشخیص و دارورسانی به خود جلب کرده اند. گرافن را می توان در پلتفرم های حسگر زیستی برای تشخیص بیوماکروهای سرطانی ادغام کرد و به تشخیص زودهنگام کمک کرد. علاوه بر این، نانوحامل های مبتنی بر گرافن می توانند به طور بالقوه درمان های هدفمندی از کاربرد گرافن بر ژنتیک را ارائه دهند که منجر به درمان های دقیق تر و موثرتر سرطان می شود.

فناوری های ویرایش ژن:

خواص گرافن بر ژنتیک می تواند به طور بالقوه برای فناوری های ویرایش ژن مانند CRISPR-Cas9 مفید باشد. گرافن ممکن است به توسعه سیستم های تحویل بهبود یافته برای انتقال اجزای ویرایش ژن به سلول ها کمک کند. این می تواند ثبات، حفاظت و تحویل کارآمد ابزارهای ویرایش ژن را افزایش دهد، بنابراین به اصلاحات ژنتیکی دقیق کمک می کند.

تاثیر گرافن بر ژنتیک

در حال حاضر هیچ ضرر شناخته شده ای از گرافن بر ژنتیک وجود ندارد. با این حال، مانند هر فناوری جدید، ممکن است خطرات و محدودیت های بالقوه ای وجود داشته باشد که قبل از استفاده گسترده در ژنتیک و بیوتکنولوژی، باید به طور کامل بررسی شوند. برخی از نگرانی ها شامل سمیت بالقوه گرافن و تاثیر آن بر محیط زیست و همچنین نیاز به تحقیقات بیشتر برای درک کامل اثرات آن بر سیستم های بیولوژیکی است. علاوه بر این، هزینه بالای تولید گرافن ممکن است دسترسی به آن را برای استفاده گسترده در تحقیقات و کاربردهای و تاثیرات گرافن بر ژنتیک محدود کند.

با این حال اکسید گرافن، مشتق شده از گرافن بر ژنتیک، در تحقیقات مربوطه دارای معایب احتمالی است. گرافن یک نانو ماده کربنی صفحه دو بعدی است و اکسید گرافن(GO)  یک مشتق گرافن تک لایه کربنی است. GO هم خواص فیزیکی قابل توجه و هم خواص شیمیایی پایدار دارد. به دلیل خواص فیزیکوشیمیایی منحصر به فرد، GO، مشابه سایر نانومواد، طیف وسیعی از کاربردها در زیست شناسی و پزشکی مانند تشخیص بیماری، تحویل داروهای ضد سرطان، پروب های مولکولی و حسگرهای بیولوژیکی دارد.

GO به طور گسترده در علوم بیولوژیکی و کاربردهای پزشکی استفاده می شود و به یک آلاینده بالقوه نوظهور در محیط تبدیل می شو؛. بنابراین، علاقه زیادی در جامعه علمی برای درک اثرات نامطلوب بالقوه GO ایجاد شده است.

مطالعات نشان دادند که GO در غلظت های بالا با ایجاد آپوپتوز و تشکیل گرانولوم در ریه ها سمیت سلولی دارد، اما هیچ سمیت سلولی آشکاری برای سلول SH-SY5Y پس از قرار گرفتن در معرض 96 ساعت در غلظت کم (<80 میکروگرم بر میلی لیتر) وجود ندارد.

همچنین گزارش شده است که GO می تواند پاسخ ایمنی، استرس اکسیداتیو و سمیت ایمنی را در زبرا ماهی بالغ القا کند. علاوه بر این، قرار گرفتن در معرض GO بر فعالیت لاکتات دهیدروژناز تأثیر می گذارد، سمیت ایمنی سلولی را القا می کند و گونه های اکسیژن فعال تولید می کند که در نهایت منجر به استرس اکسیداتیو و آسیب DNA می شود. در این زمینه تاثیر گرافن بر ژنتیک می تواند منفی باشد.

مسیر ترمیم برداشتن پایه (BER) یک مکانیسم طبیعی اصلی برای ترمیم DNA در موجودات است که مسئول ترمیم بازهای آسیب دیده DNA است. اثرات نامطلوب نانومواد بر مسیر سیگنال دهی BER می تواند عواقب جدی در ارگانیسم ها و سلول های در معرض خطر ایجاد کند. به عنوان مثال مصرف خوراکی نانوذرات نقره(AgNPs)  باعث ایجاد تغییرات دائمی ژنوم و ایجاد نقص مسیر BER در موش‌ها می‌شود.

قرار گرفتن در معرض AgNPs باعث کاهش ژن‌های کلیدی مسیر BER در رده‌های سلولی IMR 90 ریه انسان می‌شود. علاوه بر این، همچنین تایید شده است که نانوذرات می توانند باعث آسیب DNA میتوکندری ناشی از استرس اکسیداتیو در C. elegans شوند. با این حال، مطالعات نشان می‌دهد که اثرات نامطلوب GO بر مسیر BER هنوز روشن نیست، که مانع از کاربردهای GO می‌شود. بنابراین، روشن کردن مسیر BER فعال سازی مرتبط با قرار گرفتن در معرض GO برای به دست آوردن بینش کامل از سمیت GO ضروری است، که برای استفاده منطقی از نانومواد گرافن بر ژنتیک بسیار مهم است.

در مجموع تحقیقات علمی بیشتری برای درک کامل چالش ها، اطمینان از ایمنی و بهینه سازی فناوری گرافن بر ژنتیک مورد نیاز است. همکاری بین محققان در علم مواد، ژنتیک و مهندسی زیستی برای بررسی بیشتر و باز کردن پتانسیل گرافن در تحقیقات ژنتیک و تاثیر آن بر سلامت انسان بسیار مهم است.

منبع:

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0045653517309517