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El grafeno ha sido aclamado como el material del futuro. Todavía, sin embargo, Se sabe poco acerca de si el grafeno afecta nuestra salud y de qué manera si ingresa al cuerpo. Un equipo de investigadores de Empa y el Instituto Adolphe Merkle (AMI) en Friburgo ha realizado los primeros estudios sobre un modelo pulmonar tridimensional para examinar el comportamiento del grafeno y los materiales similares al grafeno una vez que han sido inhalados.
De tensión, prueba lágrima, altamente elástico y conductor de electricidad:el grafeno tiene una sorprendente variedad de propiedades extraordinarias, que permiten aplicaciones revolucionarias en una amplia gama de campos. No es casualidad que la UE lanzara el proyecto insignia de grafeno, que cuenta con mil millones de euros de financiación y es la mayor iniciativa de investigación europea. Como parte de este enorme proyecto, Empa también aporta su experiencia a la mesa, ya que los aspectos potenciales de salud y el impacto en el organismo humano también juegan un papel clave dentro del alcance de esta investigación paneuropea sobre grafeno.
Estas actividades han dado lugar a un proyecto adicional financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de Suiza (SNSF), que se lanzó recientemente en Empa y AMI. Implica el uso de un modelo de pulmón celular 3-D, con la ayuda de la cual los investigadores esperan descubrir qué impacto pueden tener el grafeno y los materiales similares al grafeno en el pulmón humano en condiciones lo más realistas posible. No es poca cosa:después de todo, no todo el grafeno es igual. Dependiendo del método de producción y procesamiento, emerge una amplia gama de formas y espectros de calidad del material, que a su vez puede desencadenar diferentes respuestas en el pulmón
Los cultivos celulares tridimensionales "inhalan" partículas
El equipo de investigación encabezado por Peter Wick, Tina Bürki y Jing Wang de Empa y Barbara Rothen-Rutishauser y Barbara Drasler de AMI publicaron recientemente sus primeros resultados en la revista. Carbón . Gracias al modelo de pulmón 3-D, Los investigadores han logrado simular las condiciones reales en la barrera sangre-aire y el impacto del grafeno en el tejido pulmonar de la manera más realista posible, sin ninguna prueba en animales o humanos. Es un modelo celular que representa los alvéolos pulmonares. Las pruebas in vitro convencionales funcionan con cultivos celulares de un solo tipo de célula:el modelo pulmonar recientemente establecido, por otra parte, tiene tres tipos de células diferentes, que simulan las condiciones dentro del pulmón, a saber, células epiteliales alveolares y dos tipos de células inmunitarias:macrófagos y células dendríticas.
El modelo pulmonar en el Instituto Adolphe Merkle (AMI) en Friburgo. Crédito:AMI
Otro factor que prácticamente se ha ignorado en las pruebas in vitro hasta ahora es el contacto con partículas de grafeno en el aire. Generalmente, las células se cultivan en una solución nutritiva en una placa de Petri y se exponen a materiales, como el grafeno, ene sta forma. En realidad, sin embargo, es decir, en la barrera pulmonar, es una historia completamente diferente. "El organismo humano normalmente entra en contacto con partículas de grafeno a través de la respiración, "explica Tina Bürki del laboratorio de Interacciones entre partículas y biología de Empa.
En otras palabras, las partículas se inhalan y tocan directamente el tejido pulmonar. El nuevo modelo de pulmón está diseñado de tal manera que las células se asientan sobre una membrana de filtro porosa en la interfaz aire-líquido y los investigadores rocían partículas de grafeno en las células pulmonares con la ayuda de un nebulizador para simular el proceso en el cuerpo. lo mas cercano posible. El cultivo de células tridimensionales "inhala" efectivamente polvo de grafeno.
No se descubrió daño agudo
Estas pruebas con el modelo pulmonar 3-D ahora han arrojado los primeros resultados. Los investigadores pudieron demostrar que no se causa daño agudo al pulmón si las células epiteliales pulmonares entran en contacto con óxido de grafeno (GO) o nanoplaquetas de grafeno (GNP). Esto incluye respuestas como la muerte celular súbita, Estrés oxidativo o inflamación.
Para rastrear también los cambios crónicos en el cuerpo, el proyecto SNSF tiene una duración de tres años; Los estudios a largo plazo que utilizan el modelo pulmonar son los siguientes en la agenda. Además de las partículas de grafeno puro, Wick y su equipo también exponen las células pulmonares a partículas de grafeno frotadas hechas de materiales compuestos. que se utilizan clásicamente para reforzar polímeros.
También participa Jing Wang del laboratorio de Tecnologías Analíticas Avanzadas de Empa. Para estimar la cantidad de partículas de grafeno a las que los humanos están expuestos de la manera más realista posible, Wang está estudiando y cuantificando la abrasión de materiales compuestos. Basado en estos datos, el equipo expone el modelo de pulmón en 3D a condiciones realistas y es capaz de hacer predicciones sobre la toxicidad a largo plazo del grafeno y materiales similares al grafeno.
