生物医学分野における新たなブレークスルー：ヒト酵素によって生分解可能な酸化グラフェン

I.グラフェンの構造と特性の紹介

ヨーロッパの主力グラフェン研究プロジェクトの研究者は最近、水中に懸濁した酸化グラフェンの懸濁液がヒト酵素の触媒作用下でどのように生分解性であるか、そしてこの分解のどれだけが懸濁液のコロイド安定性に関連するかを説明しました。この研究は、生物医学におけるグラフェンベースの材料の将来の応用にとって大きな指針となる重要性を持っています。

工業化に向かうすべての新しい材料と同様に、グラフェンベースの材料が引き起こす可能性のある健康と安全の問題は、幅広い専門家や一般の人々からかなりの関心を集めています。グラフェンベースの材料の開発と商品化はまだ初期段階であり、それらに関連する環境問題、健康と安全のリスクは、主にヨーロッパの主力グラフェンプロジェクトに関与する研究者によってまだ研究されています。旗艦プロジェクトは、一部が欧州委員会によって資金提供されている、学術的および産業的パートナーシップを持つ大規模な国際コンソーシアムです。その目的は主に、ヨーロッパが長期にわたる学際的な研究を通じて取り組む必要のある大きな技術的課題に焦点を当てて取り組むことです。

グラフェンを含む二次元材料の潜在的な健康と安全への影響は、進行中の研究の焦点です。グラフェンベースの材料の商品化に関しては、それらの持続性と環境への長期的な蓄積が重要な問題になります。そのため、グラフェン系材料などのエンジニアリング材料を安全に廃棄する方法が非常に興味深い課題となっています。グラフェンの場合、この2次元の酸化型炭素は、水中での分散性と生体適合性が高いため、薬物放出、生体工学、組織工学、バイオセンシング、およびその他の関連分野に大きな可能性を秘めています。

Go材料は生物医学技術において非常に効果的ですが、それらの毒物学的影響も体系的に研究および評価する必要があります。多くの関連する実験的研究は、場合によっては行く材料が生細胞に損傷を与え、体の免疫反応を弱める可能性があることを報告しています。しかし、まとめると、これらの実験の日付は不確実であり、場合によっては矛盾しています。

グラフェンとその化合物の多くは生体適合性がありますが、その分解性について報告されている研究はほとんどありません。このため、フランス国立研究評議会の専門家であり、主力プロジェクトの背後にいる研究者の1人であるAlbert biancoが率いるチームが、酸化グラフェン材料の酵素分解を詳細に調査しました。ジャーナルSmallに掲載された彼らの研究では、研究者らは、ヒト白血球由来のミエロペルオキシダーゼが、低濃度の少量の過酸化水素と組み合わされて、高度に分散した酸化グラフェンサンプルを完全に代謝できることを示しました。

小規模研究の筆頭著者は、ビアンコの研究グループのポスドクであるラジェンドラ・クラクラパティでした。 Kurapatiらは、ミエロペルオキシダーゼが3つの異なる酸化グラフェンサンプルを分解する能力に焦点を当てました。これらのサンプルは、水中での分散に応じて分類されました。ここでは、材料の濃度ではなく、分散について話していることに注意することが重要です。ミエロペルオキシダーゼの作用下では、go懸濁液の濃度が高いほど分解が困難になり、酵素の作用下でより安定したコロイドを完全に分解できることがわかった。化学的には、goの分散はグラフェン材料の表面の酸素含有基に依存し、それが材料の生分解性に影響を及ぼします。

彼らの結果を詳述した後、研究者たちは、ミエロペルオキシダーゼがどのように細菌や生体組織の炎症を引き起こす他の侵襲性物質を標的にするかについての大まかな概要から始めて、goが分解されるメカニズムについて議論し始めました。炎症の間、白血球のサブタイプである好中球が感染領域に蓄積し、ミエロペルオキシダーゼを分泌します。ミエロペルオキシダーゼは、塩化物イオンと過酸化水素の間の化学反応を触媒して、次亜塩素酸などの強力な酸化剤を生成します。これらの酸化剤は抗菌性があり、ポリエステルグラフト、細胞外糖、カーボンナノチューブを分解する可能性があります。著者らは、ミエロペルオキシダーゼによって触媒される化学反応によって生成されるこれらの酸化剤の高い酸化還元電位が、同じように懸濁液中の酸化グラフェン材料を分解することを示唆しています。材料が分解し始める可能性が最も高い場所は、グラフェン格子内の炭素原子が酸素原子と結合する場所に集中しています。さらに、カーボンナノチューブの場合と同様に、表面電荷がこのプロセスに影響を及ぼします。これは、電荷が酵素に強く結合し、分解を開始することを示唆しています。

「私たちの実験的研究は、goがミエロペルオキシダーゼによって完全に分解されることを示しており、結果はまた、人や他の生物が誤ってgoを吸入した場合、潜在的な健康リスクを制御できることを示唆しています。」ビアンコ氏は次のように述べています。「一方、生物医学的用途では、臨床生物医学材料としてのグラフェンベースの材料の使用は、それらの生分解性も考慮に入れます。私たちの研究は、グラフェンベースの材料を処理するための安全で環境に優しい新しい方法を提供します。 「同様に、これは、生物活性分子または医療用薬物の放出ベクターとしてのグラフェンベースの材料のさらなる開発にとって非常に重要な指針となります。

酸化グラフェンの分解の特定のメカニズムは、さらに研究および調査する必要がある主題ですが、最新の研究結果も明らかです。過酸化水素の存在下で、酸化グラフェンはミエロペルオキシダーゼの触媒作用の下で分解されます。さらに、分解の程度は懸濁液のコロイド安定性に依存し、これは、goの親水性がミエロペルオキシダーゼによって分解されるその能力の主要な要因であることを示唆している。したがって、生物医学的用途向けの材料を設計する際には、コロイドの安定性を考慮に入れる必要があります。

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