インド：科学者が3Dプリントとバイオメディカル用途におけるグラフェンの驚異と毒性を研究

3D プリンティングにはハードウェア、ソフトウェア、さまざまな設計メカニズムが不可欠ですが、材料科学は今日でも主流に浸透し続けているこの高度なテクノロジーの中核をなしています。金属や炭素繊維を使った 3D プリントは現在特に人気があり、より手頃な価格で誰もが利用できるようになっていますが、当初は資金力と研究能力に優れた産業企業に限定されていました。グラフェンは「半金属」とも呼ばれ、その超軽量と驚異的な強度（ダイヤモンドや鋼鉄をはるかに上回る）により、奇跡的な能力に満ちた素材として宣伝されてきた。

現在、インドの研究者2人が論文「グラフェンの統合アプリケーション：バイオメディカル問題に重点を置いた」で研究結果を発表し、3Dプリンティングにおけるグラフェンの使用と、細胞への曝露によって生じる可能性のある毒性について調査している。グラフェンは、驚異的な強度、剛性、導電性などの優れた特性を備えた 2D 構造であるという点でユニークです。生体細胞の成長を促進するための足場の作成や、薬物送達、バイオイメージング、さらにはバイオセンシングなどのバイオメディカル用途で使用する場合、その安全性について懸念があります。

このユニークな材料の合成は、それぞれ化学アブレーション、電気化学酸化、プラズマ処理を使用するトップダウンまたはボトムアップのアプローチ、またはかなり大きなグラフェンシートを積み重ねることによって行われます。科学者が最近のレビューで指摘しているように、酸化グラフェン（GO）は、酸化度の低い形態であるRGOとともに、生物医学的用途に最も柔軟であると考えられており、どちらも水溶性が優れています。

「グラフェンの疎水性のため、安定した分散液の調製は未解決の問題のままです」と研究者らは述べた。「これは、グラフェン懸濁液を数時間超音波処理し、界面活性剤またはポリマーを使用することで達成できます。」

研究者たちは時が経つにつれ、さまざまな溶媒を調査し始めましたが、これもまた毒性の可能性を生じさせます。そのため、高速せん断混合技術を採用するなど、より環境に優しく純粋な方法で高品質のグラフェンシートを製造する傾向にあります。有毒である可能性のある化学物質の需要。グラフェンは、遺伝子やタンパク質を含む薬物送達、バイオセンサー、抗菌剤、組織工学用のグラフェン基板など、生物医学的用途において素晴らしい可能性を秘めているため、この分野での研究を継続することが重要です。

「GOの臨床応用を支える圧倒的な特性は、両親媒性、表面機能性、蛍光消光能力、表面増強ラマン散乱特性です。グラフェン欠陥部位の疎水性、大きな表面積、波形、粒界は、生物医学的用途で考慮すべき重要な要素です」と研究チームは述べています。

この研究/レビューと併せて、科学者たちは、3D プリントとグラフェンは互いに補完し合う形で相性が良く、グラフェンはポリマー材料 (特にバイオメディカル用途) の強化にも役立ち、そのためこの進化する技術で頻繁に使用されていることにも気付きました。

「3Dプリンティングの助けを借りて、さまざまな生体材料を調整して、複雑な組織工学アプリケーションに望ましい特性と複数の機能を実現できるだけでなく、手術に適した構造を作製することもできます。」
しかし、グラフェンが生物学的構造とどのように混ざり合うかについては依然として大きな関心が寄せられており、研究者は相互作用に影響を与える可能性のあるいくつかの要因を挙げています。
• 細胞の大きさと形
• 横サイズ
• 表面化学
• 不純物
• 凝縮「グラフェンと細胞膜の物理的相互作用が、グラフェン誘発毒性の主なメカニズムであると考えられています」と研究者らは述べています。「グラフェンシートの鋭いエッジは細胞膜に損傷を与え、細胞内容物の漏出につながる可能性があります。さらに、GO と RGO はどちらも、哺乳類細胞に細胞毒性、酸化ストレス、DNA 損傷を引き起こすことが知られています。」
研究者たちは、バイオメディカル産業を含むさまざまな用途でグラフェンに明るい未来を見出していますが、ヒトからヒトへの毒性の解決に取り組んでいる科学者や医療専門家にとって、克服すべき明白かつ重大なハードルがまだ残っています。
「欧州の新興および新たに確認された健康リスクに関する科学委員会は、グラフェンを有害物質のリストに含めました。グラフェンの毒性を考慮すると、埋めるべきギャップはまだ多くあります。毒性を評価する際には、サイズ、形状、凝集、層の厚さ、横方向の寸法、原子組成など、すべての物理化学的パラメータを考慮する必要があります。生物学的観点からは、濃度、期間、曝露経路、不純物の存在の影響を徹底的に調査する必要があります」と著者らは述べています。
「結論として、グラフェンはバイオメディカル用途に魅力的なナノプラットフォームを提供することが期待されていますが、まだ多くの問題に対処する必要があります。バイオメディカルまたは臨床用途にグラフェン誘導体を応用する前に、広範な安全性評価または検証を受けることが推奨されます。」

[画像/出典: Springer Link] 薬物および遺伝子送達アプリケーション a) アミン-PEG 官能化 GO を使用したドキソルビシンの送達。 b) PEI協調GO-FOR遺伝子サイレンシング技術（RISC-RNA誘導サイレンシング複合体）を使用したsiRNA送達およびmRNA分解出典：Additive Light

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