Postępy w biomedycynie dzięki wykorzystaniu grafenu
Grafen jest najcieńszą, najbardziej wytrzymałą, a jednocześnie najlżejszą substancją, nieprzepuszczalną dla cząsteczek, ale poddającą się modyfikacjom chemicznym. Gdy dodamy do tego dużą powierzchnię i biokompatybilność, te unikalne właściwości czynią z grafenu bardzo obiecujący materiał dla różnych zastosowań biomedycznych. Pakiet roboczy Graphene Flagship dotyczący technologii biomedycznych, prowadzony przez prof. Kostasa Kostarelosa w www.nanomedicinelab.com (Laboratorium Nanomedycyny) Uniwersytetu w Manchesterze (Zjednoczone Królestwo) oraz prof. Jose A Garrido z Katalońskiego Instytutu Nanonauki i Nanotechnologii (Hiszpania), zgłębia wykorzystanie grafenu i materiałów pochodnych w opracowywaniu implantów nerwowych w celu rejestrowania i stymulowania aktywności elektrycznej mózgu, jak również w precyzyjnym dostarczaniu leków. Prof. Kostarelos wyjaśnia: „Celem tego pakietu roboczego jest opracowanie nowej generacji implantów nerwowych, łączących w sobie funkcje rejestracji i stymulacji z możliwościami terapeutycznymi”. Implanty nerwowe są postrzegane jako obiecujące podejście do wykrywania, monitorowania i leczenia (poprzez stymulację elektryczną) szeregu różnych zaburzeń sensorycznych i motorycznych ośrodkowego i obwodowego układu nerwowego. Implanty te służą jako łącze między tkanką nerwową, włóknami nerwowymi lub poszczególnymi neuronami i urządzeniami zewnętrznymi, służącymi do rejestrowania, monitorowania i stymulowania aktywności mózgu w celu wpływania na funkcję ośrodkowego układu nerwowego. Innowacyjne urządzenia grafenowe Praca badawcza wybitnych naukowców z całej Europy zaangażowanych w projekt Graphene Flagship koncentruje się na inżynierii materiałowej, technologii implantów i funkcjonalności pod kątem zastosowań w neurologii, okulistyce i chirurgii. Ich celem jest zastosowanie tych urządzeń w diagnostyce i leczeniu różnych chorób, takich jak padaczka, choroba Parkinsona, ślepota, reumatoidalne zapalenie stawów i cukrzyca. Grafen jest uniwersalnym podłożem, które może przybierać wiele form o różnych właściwościach, doskonałym do generowania materiałów dwuwymiarowych, które mogą być wykorzystywane w urządzeniach rejestrujących i stymulujących aktywność mózgu. Przewodność elektryczna i elastyczność jednowarstwowych nanocząsteczek grafenowych znacznie ułatwiają dokładną rejestrację aktywności elektrycznej w tkance nerwowej. Do elektrycznej stymulacji układu nerwowego – jak w przypadku pacjentów z chorobą Parkinsona, którzy nie reagują na lewodopę – naukowcy wybrali zredukowany tlenek grafenu. Tlenek grafenu wytwarza elastyczne, ale porowate substraty nanoskalowe o wysokiej kapacytancji, umożliwiające uzyskanie stymulacji przez dłuższy czas. Partnerzy tego pakietu roboczego badają technologię pozwalającą na opracowanie implantu siatkówki dla osób, które straciły wzrok z powodu schorzeń siatkówki. Kamera rejestruje obrazy z otoczenia i przekształca je w bodźce elektryczne, dostarczane poprzez mikroelektrody grafenowe. Ponadto dostrajalne właściwości zawiesiny grafenu i jej zdolność do funkcjonalizacji przy pomocy tlenu można wykorzystać do dostarczania leków. Leki przeciwzapalne, neuroprzekaźniki lub substancje przyciągające neurony są łączone z pokrytymi hydrożelem arkuszami grafenu i uwalniane z różną szybkością w momencie implantacji. Przyszłość grafenu w biomedycynie Badania nad wykorzystaniem grafenu i materiałów dwuwymiarowych do zastosowań biomedycznych rozszerzają się na różne dziedziny, począwszy od monitorowania urządzeń noszonych na ciele pacjenta, a skończywszy na dostarczaniu leków i diagnostyce nowotworów. Badania prowadzone w ramach pakietu roboczego dotyczącego technologii biomedycznych zasadzają się na niezwykłych właściwościach grafenu, które sprawiają, że jest on idealny do rejestrowania i stymulowania aktywności tkanek nerwowych w schorzeniach takich jak padaczka czy choroba Parkinsona. „Grafen niewątpliwie toruje drogę do powstania nowych metod diagnostyki i leczenia, przyczyniając się do poprawy jakości życia milionów pacjentów na całym świecie”, podsumowuje prof. Kostarelos. Odnosząc się do przyszłości, podkreśla on, że „współpraca z przemysłem jest niezbędna do ukierunkowania innowacji i wysiłków badawczych na zastosowania najbardziej obiecujące pod względem komercyjnym”.
Słowa kluczowe
Graphene Flagship, grafen, zastosowania biomedyczne, implant mózgu, implant siatkówki, protezy
