دفع گرافن در بدن - ایران گرافن

در این بخش به موضوع ورود گرافن در بدن و دفع آن خواهیم پرداخت:

اکسید گرافن (GO)، یکی از مهم ترین مشتقات گرافن، به دلیل ساختار منحصر به فرد و خواص فیزیکی و شیمیایی برجسته، کاربردهای بالقوه زیادی دارد. از آنجایی که GO دارای بسیاری از گروه های عاملی حاوی اکسیژن آبدوست، مانند هیدروکسیل و اپوکسی در سطوح پایه و گروه های کربوکسیلیک و کربونیل در لبه ورقه ها است، GO می تواند به خوبی در یک محیط آبی، بدون افزودن تثبیت کننده های آب دوست، پراکنده شود.

با گسترش روزافزون استفاده از آن در زمینه مواد هیبریدی، حذف آلاینده های محیطی، حسگرها، نانوالکترونیک، باتری ها و ذخیره سازی هیدروژن، فوتوکاتالیست، زیست پزشکی و بیوتکنولوژی و غیره، GO به ناچار وارد محیط آبی می شود. با این حال، مطالعات اخیر به طور بالقوه سمیت بیولوژیکی و زیست محیطی GO را نشان می دهد. به عنوان مثال، لیائو و همکاران گزارش کردند که ذرات GO می توانند باعث سمیت سلولی در سلول های فیبروبلاست پوست انسان و گلبول های قرمز شوند.

چن و همکاران نشان داد که GO به کوریون جنین‌های ماهی زبرا چسبیده و آن را  می پوشاند، عمدتاً از طریق فعل و انفعالات گروه هیدروکسیل، کانال‌های منافذ غشای کوریونی را مسدود کرده و باعث هیپوکسی و تأخیر در تکامل نوزادان ماهی می‌شود. بنابراین، حذف GO از محلول های آبی بسیار ضروری است.

گرافن در بدن

سرنوشت نانو مواد وارد شده به بدن به طور کلی تحت تاثیر عوامل متعددی از جمله مسیری که طی می کند، شیمی نانومواد و محیط فیزیولوژیکی است. پایداری، خلوص و عملکرد سطحی نانوماده، زمانی که در معرض محیط غنی از پروتئین های خون قرار می گیرد، می تواند بر سرنوشت پس از تزریق آن تاثیر بگذارد.

در نتیجه ورود نانو ماده توسعه یک رابط جدید که از یک پوسته پویا از ماکرومولکول های خون تشکیل شده است، می باشد. این لایه، با توجه به غنی‌سازی پروتئین، معمولاً به عنوان تاج پروتئینی یا تاج بیومولکولی (BC)  نامیده می‌شود. BC برهمکنش‌ها با سلول‌ها، جذب و پاکسازی را تعیین می‌کند و بنابراین بر توزیع زیستی و تحویل به مکان‌های هدف مورد نظر تأثیر می‌گذارد.

آیا امکان دفع گرافن در بدن وجود دارد؟

با گسترش یافتن کاربردهای گرافن در حوزه های مختلف صنعت، امکان حضور آن در محیط های طبیعی چون آب و خاک و هوا دائما در حال گسترش است. از این رو موجودات زنده من جمله انسان روز به روز بیشتر در معرض گرافن قرار می گیرد. گرافن می تواند از طریق عناصر بیولوژیکی چون آب، غذا و تنفس وارد بدن موجودات زنده شود. از این رو نگرانی در معرض قرار گرفتن با گرافن از جمله مسائلی است که با پیشرفت فناوری های مبتنی بر گرافن مورد توجه قرار می گیرد.

حذف اکسید گرافن در بدن یک حوزه تحقیقاتی در حال انجام است، زیرا روش های بهینه برای پاکسازی آن هنوز در حال بررسی است. در حالی که پروتکل خاصی برای حذف اکسید گرافن وجود ندارد، ولی چند مسیر بالقوه حذف وجود دارد که در حال بررسی هستند:

متابولیسم و پاکسازی: زمانی که ذرات GO وارد بدن می شوند، می توانند متابولیسم و پاکسازی را از طریق فرآیندهای بولوژیکی طبیعی انجام دهند. مکانیسم های پاکسازی ممکن است شامل جذب و پردازش توسط سلول ها و اندام های مختلف مانند ماکروفاژها در سیستم ایمنی یا کبد و کلیه باشد. این اندام ها نقش مهمی در فیلتر کردن و دفع ذرات خارجی از بدن دارند.

دفع کلیوی: کلیه ها نقش بسزایی در دفع مواد خارجی از بدن دارند. مشاهده شده است که ذرات GO با اندازه معینی از طریق ادرار دفع می شوند که نشان دهنده پتانسیل کلیرانس کلیوی است. با این حال، تحقیقات بیشتری برای درک کامل مسیرهای دفع و کارایی ذرات GO مورد نیاز است.

پاکسازی ریوی: اگر ذرات GO استنشاق شوند، ممکن است از طریق ریه ها از بدن پاک شوند. سیستم تنفسی مکانیسم های دفاعی خاص خود را برای حذف ذرات خارجی مانند پاکسازی موکوسیلیاری و فاگوسیتوز توسط ماکروفاژهای ریه دارد. با این حال، سرنوشت دقیق ذرات GO در سیستم تنفسی نیاز به بررسی بیشتر دارد.

اخیرا بررسی هایی در مورد واکنش های بدن برای دفع اکسید گرافن در بدن موجدات زنده صورت گرفته است. یک از این تحقیقات توسط جاسم و همکاران در سال 2016 انجام شده است. طبق این تحقیق که روی موش ها صورت گرفته است، ورقه‌های اکسید گرافن تازه ساخته شده که با اکسید کردن گرافن برای پوشاندن سطح در گروه‌های اکسیژن ساخته می‌شوند، به سرعت و به طور موثر از بدن دفع می‌شوند. در واقع، بیش از 75 درصد از ورقه‌های اکسید گرافن تزریق شده به موش‌ها در عرض 24 ساعت از طریق کلیه‌ها از طریق ادرار از بدن خارج شد.

اما تیمی از دانشگاه منچستر در بریتانیا و CNRS Institut de Biologie Moléculaire et Cellulaire در استراسبورگ، فرانسه دریافتند که با گذشت زمان GO به توده های ضخیم تری تبدیل می شود که بر رفتار گرافن در بدن تأثیر می گذارد.

Dhifaf A. Jasim و Kostas Kostarelos از دانشگاه منچستر توضیح می‌دهند: «پیری مواد نازک عملکردی شده GO منجر به انباشته شدن دوباره تکه‌ها می‌شود که منجر به افزایش ضخامت مواد بدون تغییر ابعاد جانبی آنها می‌شود.

پس از برچسب‌گذاری رادیویی نمونه‌های تازه ساخته شده و قدیمی GO-  که به مدت 18 ماه در آزمایشگاه نگهداری می‌شدند، محققان پیشرفت هر نوع را بلافاصله پس از تزریق به موش‌ها و دوباره 30 دقیقه و 3 ساعت و 24 ساعت بعد با استفاده از تصویربرداری PET پیگیری کردند.

جاسم و کوستارلوس می‌گویند: «بخش قابل‌توجهی از ورقه ضخیم‌تر (GO 47.5 درصد از دوز تزریقی) 24 ساعت پس از تجویز، عمدتاً در طحال و کبد در بدن باقی می‌ماند. در مقابل، ورقه های نازک ترGO (76.9٪)  از طریق ادرار دفع می شوند.

محققان بر این باورند که این تغییرات به تفاوت ضخامت توده های GO مربوط می شود. وقتی توده های GO تازه، فقط 4 تا 8 نانومتر ضخامت دارند. اما توده های قدیمی GO تا چهار برابر ضخامت دارند (حدود 40 تا 50 نانومتر ضخامت). در داخل بدن این تفاوت ضخامت تأثیر عمیقی بر دفع دارد. توده های GO تازه ساخته شده نازک‌تر و انعطاف‌پذیرتر هستند و نفوذ به سد فیلتراسیون خون و ورود به ادرار را آسان‌تر می‌کنند.

برعکس، این مانع از ورود ذرات بزرگتر مانند GO قدیمی به ادرار جلوگیری می کند. GO قدیمی سفت تر است و نمی تواند به این راحتی از مانع عبور کند. بنابراین توده های GO قدیمی به میزان بسیار بیشتری در کبد و طحال انباشته می شوند.

با ادامه تحقیقات در این زمینه، الویت بندی ایمنی و ایجاد دستوالعمل های جامع برای استفاده از مواد مبتنی بر گرافن بسیار مهم است. توصیف دقیق مواد، مطالعات قرار گرفتن کنترل شده در معرض گرافن و رعایت مقررات ایمنی می تواند به حداقل رساندن خطرات احتمالی مرتبط با GO کمک کند و از توسعه برنامه های کاربردی ایمن و موثر اطمینان حاصل کند.

منبع:

https://www.materialstoday.com/carbon/news/graphene-oxide-slips-through-the-body/

https://www.researchgate.net/publication/328338305_Graphene_Oxide_Touches_Blood_In_Vivo_Interactions_of_Bio-Coronated_2D_Materials