Tijdens de pandemie een wijdverbreid gebruik van nanodeeltjes is ingezet voor diagnostiek, persoonlijke beschermingsmiddelen, preventie en behandeling van ziekten. Het gebruik van nanodeeltjes in de biogeneeskunde zal naar verwachting verder toenemen vanwege de wens voor realtime monitoring van de menselijke gezondheid als naadloze mens/machine-interactie.
De meest bloeiende nanodeeltjes die toekomstige levens kunnen beheersen, zijn van grafeen afgeleide producten. Het nieuwe 2D-materiaal grafeen heeft voordelen in mechanische, thermische en elektrische eigenschappen en wordt gebruikt in draagbare sensoren en implanteerbare apparaten, terwijl het onderzoek en de ontwikkeling van de geoxideerde vorm grafeenoxide wordt gebruikt voor kankerbehandeling, medicijnafgifte, vaccinontwikkeling, ultra- lage concentratie diagnostiek, uitroeiing van microbiële contaminatie en cellulaire beeldvorming.
Tot nu toe is de wetenschappelijke literatuur over van grafeen afgeleide producten vooral gericht op de positieve aspecten. Tijdens de pandemie werd grafeenoxide bekend als een onveilig nanodeeltje dat aanwezig zou kunnen zijn in gezicht maskers en testen. Ondertussen zetten wetenschappers vraagtekens bij mogelijke verwoestende effecten van van grafeen afgeleide producten op de menselijke gezondheid en het milieu. De hype van van grafeen afgeleide producten heeft geleid tot een snelle introductie van product naar markt, terwijl betrouwbare en reproduceerbare gegevens over cytotoxische en genotoxische effecten ontbreken nog.
Grafeen onbeperkt
In 2010 ontvingen twee onderzoekers, Andre Geim en Konstantin Novoselov van de Universiteit van Manchester, de Nobelprijs voor Natuurkunde voor het isoleren van de ene koolstofatoomlaag die is afgeleid van grafiet in potloden, met behulp van een soort plakband. Het verbazingwekkende materiaal is de lichtste en dunste veelzijdige stof die de mensheid kent. Het is transparant, geleidend en selectief permeabel.
De C-atomen zijn stevig gebonden in een honingraat (hexagonaal) rooster. Op basis van de eigenschappen van grafeen wordt het materiaal op veel gebieden gebruikt, variërend van elektronica tot biogeneeskunde. In 2013 startte de Europese Commissie een Future and Emerging Technology-project, de Grafisch vlaggenschip, met een budget van een miljard euro voor een periode van tien jaar met 170 academici en industriële partners uit 22 betrokken landen, die nu veel grafeenproducten in de pijplijn hebben.
De productie van grafeen met een hoog volume en kwaliteit (puur, homogeen en steriel) tegen betaalbare prijzen om de mogelijkheden van van grafeen afgeleide producten in het dagelijks leven te implementeren, is echter nog steeds een uitdaging, evenals het verbeteren van de standaardisatie en validatie van de cellulaire systemen en biologische systemen om verschillende vormen van grafeen te testen op zijn toxiciteit.
Het EU Graphene Flagship Project erkent dat er nog steeds hiaten risicogerelateerde kennis te vervullen. De verwachting is dat toepassing van grafeen in de periode 2025-2030 tot wasdom zal komen. In de EU vervaardigde nanomaterialen moeten voldoen aan de REACH-regelgeving om toegelaten te worden voor industriële productie en commercialisering.
Een portaal naar mens-machine-interactie
Veel politici en deskundigen op het gebied van de volksgezondheid promoten de introductie van technologie in de gezondheidszorg als een belangrijk instrument om de preventie, diagnose en behandeling van ziekten te beheersen. Bovendien wordt gedacht dat het gunstig is om de kosten te verlagen en het tekort aan zorgprofessionals op te vullen.
Het beleid zou verschuiven van een focus op ziekte naar preventie, wat heeft geleid tot het idee van een Goede Gezondheidspas die gekoppeld kunnen worden aan een ID-kaart en vaccinatiepaspoort. Op deze manier kan elke persoon worden geïnstrueerd wanneer en hoe te handelen om ziekte te voorkomen en in goede gezondheid te blijven, zelfs wanneer hij naar andere landen reist.
A op grafeen gebaseerd sensorplatform met niet-invasieve en invasieve toepassing, waaronder draagbare sensoren voor het bewaken van biofysische, biochemische, omgevingssignalen en implanteerbare apparaten voor zenuw-, cardiovasculaire, spijsverterings- en bewegingssystemen, zal naar verwachting van enorme waarde zijn voor het implementeren van kunstmatige intelligentie.
In het Graphene Flagship-project worden verschillende skin patch-sensoren op basis van grafeen ontwikkeld om mensen in staat te stellen continu controleren en proactief veiligere keuzes maken. De eerste invasieve neurale interface in de hersenen met het vermogen om hersensignalen te interpreteren met een ongekende high-fidelity, waardoor een therapeutische respons wordt geproduceerd die is aangepast aan de klinische toestand van elke patiënt, zal naar verwachting binnenkort klinische proeven worden gestart. De innovatie is gekoppeld aan de € 1,3 miljard EU Menselijk Brein Project om het gebied van neurowetenschappelijk computergebruik en hersengerelateerde geneeskunde te verbeteren, in de verwachting dat er meer implanteerbare apparaten zullen worden ontwikkeld die het gedrag beïnvloeden.
Grafeenoxide en het menselijk lichaam
Grafeenoxide kan onbedoeld het lichaam binnendringen via inademing, huidcontact en inslikken, omdat het zich in veel oplosmiddelen kan verspreiden. Giftige effecten van GO zijn afhankelijk van verschillende variabelen, waaronder de toedieningsweg die de distributie in het lichaam beïnvloedt, de dosis, de synthesemethode, onzuiverheden uit het productieproces en de grootte en fysisch-chemische eigenschappen zoals oxidatiegraad.
GO heeft een hoog adsorptievermogen voor eiwitten, mineralen en antilichamen in het menselijk lichaam, waardoor de structuur en vorm van GO wordt omgezet in een bio-corona dat kan interageren met andere biomoleculen en fysiologische processen. Er werd gesuggereerd dat een verschil in biocompatibiliteit te wijten is aan de differentiële samenstellingen van de eiwitcorona gevormd op hun oppervlakken die hun celinteractie en pro-inflammatoire effecten bepalen.
De vele tegenstrijdige resultaten van geen toxiciteit tot mogelijke ernstige schade op lange termijn, afhankelijk van de fysisch-chemische eigenschappen en de gekozen experimentele omstandigheden, vragen om een beter begrip van de toxicokinetiek en mechanismen die betrokken zijn bij acute en langdurige blootstelling.
Ook kan het gedrag ervan ten opzichte van biologische barrières zoals huid, bloed-hersenbarrière en barrière van de placenta variëren. Intra- en extracellulaire afbraak van GO wordt voornamelijk georkestreerd door macrofagen (immuuncellen) in de verschillende organen. De longen, het hart, de lever, de milt en de darm zijn de organen waar GO zich bevindt. In deze context is het belangrijk om de mogelijke risico's van de biopersistentie in het lichaam en de aangetaste celmembraanintegriteit, metabolische processen en morfologie van organismen te begrijpen. De manier waarop GO wordt geproduceerd is van cruciaal belang voor de mogelijke impact op biologische systemen, biodistributie en uitscheiding door het menselijk lichaam.
Grafeenoxide en het milieu
Ongeacht de vormen van grafeen a groot aantal studies hebben aangetoond dat grafeen in vivo een breed scala aan levende organismen aantast, waaronder prokaryoten, bacteriën, virussen, planten, micro- en macro-invertebraten, zoogdieren, menselijke cellen en hele dieren. Het grote deel van de beschikbare huidige literatuur geeft aan dat op grafeen gebaseerde nanomaterialen cytotoxisch zijn.
Hoewel het mechanisme van hun cytotoxiciteit nog niet is vastgesteld, zijn oxidatieve stress, cellulaire penetratie en ontsteking de meest algemeen erkende mechanismen voor de toxiciteit van op grafeen gebaseerde nanomaterialen in waterorganismen. Helaas is er nog steeds een enorm gebrek aan informatie over het effect op orgaanfunctie, metabolische effecten en gedrag.
Eén gezondheid
Nu de pandemie tot een einde is gekomen, streven naar Eén gezondheid is de prioriteit geworden, met de nadruk op surveillance, vaccins en medicijnontwikkeling met behulp van nieuwe technologie. Experts en politici staan echter huiverig tegenover de enorme toename van de biohazard met van grafeen afgeleide producten die de afgelopen twee jaar in het milieu zijn vrijgekomen tijdens de pandemie.
Aangezien GO gemakkelijk door de lucht en het water kan worden vervoerd uit gevaarlijk afval, is het mogelijke negatieve aspect van een GO-verontreiniging van alle levende wezens onbekend en kan niet worden uitgesloten. Er zijn versterkende effecten van GO op de hormoonontregelende capaciteiten van bisfenol A waargenomen in: volwassen man zebravis. Scherpe randen van GO die celmembranen kunnen binnendringen, kunnen de penetratie van microplastics en andere onbekende stoffen in organismen vergemakkelijken.
Er kunnen zich nieuwe ziekten ontwikkelen door een wereldwijd kwetsbaar, evenwichtig ecosysteem te verstoren dat nodig is voor de gezondheid en al het leven op aarde. Dit risico voor de volksgezondheid neemt met de dag toe door een sterke stijging van ondervoeding als gevolg van de lockdowns ondermijnen een goed werkend immuunsysteem en het vermogen om van grafeen afgeleide producten af te breken of te ontgiften.
Evidence-based onderzoek en ethische beslissingen moeten heersen over een intellectuele snelle weg van GO-afgeleide productproductie en release. Prioriteit zou moeten zijn om beter te focussen op manieren om de beschikbaarheid van voldoende en goede voeding te verbeteren, het vrijkomen van onvoldoende geteste producten te voorkomen en het vertrouwen in de volksgezondheid te herstellen.
Uitgegeven onder a Creative Commons Naamsvermelding 4.0 Internationale licentie
Stel voor herdrukken de canonieke link terug naar het origineel Brownstone Instituut Artikel en auteur.
