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機理系列B之卅七：肺接觸了石墨烯會有事嗎？

11-02

2018-10-22

當代最神奇材料之一石墨烯，於生物醫學領域上有各種潛在應用，歐盟 Graphene Flagship 相關機構最近更宣布，經測試後發現石墨烯可被存於人體肺臟中的天然酶降解，也就是能從體內排出，大幅降低了生物體內醫學裝置的隱憂。這次研究成果由法國國家科學研究院教授 Alberto Bianco 領導，團隊成員包括西班牙卡斯蒂利亞-拉曼恰大學、法國史特拉斯堡大學、瑞典卡羅琳學院。人體免疫系統細胞能著手解決石墨烯這一事實，將在生物醫學領域上帶來光明前景，團隊接下來準備進行體內測試。義大利有機化學科學家 Maurizio Prato 提醒，需進一步調查石墨烯被酶降解後的產物，它可能產生有害衍生物。zhuanlan.zhihu.com/p/43

最近，來自瑞士材料研究所（Empa）和阿道夫·梅克爾研究所（AMI）的研究人員已經對3D肺模型進行了研究，以檢查吸入石墨烯和類石墨烯材料後的影響。藉助這個三維肺模型，研究人員已經成功地模擬了血-氣屏障的實際情況以及石墨烯對肺組織的影響，儘可能真實的，不對動物或人類進行任何測試。這是一個代表肺泡的細胞模型。傳統的體外實驗只對一種細胞類型（即新建立的肺模型）的細胞培養物起作用，而細胞類型有三種，它們模擬肺內的情況，即肺泡上皮細胞和兩種免疫細胞：巨噬細胞和樹突狀細胞。

到目前為止，在體外試驗中被忽略的另一個因素是與空氣中石墨烯顆粒的接觸。通常，細胞在培養皿的營養液中培養，並以這種形式暴露於材料，如石墨烯。然而，在現實中，即肺屏障，這是完全不同的故事。「人類有機體通常通過呼吸與石墨烯顆粒接觸」，瑞士材料研究所顆粒-生物相互作用實驗室的 Tina Bürki 解釋說。這意味著顆粒被吸入並直接接觸肺組織。新的肺模型是這樣設計的：細胞在空氣-液體界面上的多孔濾膜上，研究人員藉助噴霧器在肺細胞上噴射石墨烯顆粒，以便儘可能地模擬人體內的過程。三維細胞培養因此有效地「吸入」石墨烯粉塵。

3D肺模型的這些測試現在已經產生了第一個結果。研究人員能夠證明，如果肺上皮細胞與氧化石墨烯（GO）或納米石墨烯血小板（GNP）接觸，不會對肺造成急性損傷。這包括反應，如突然細胞死亡，氧化應激或炎症。為了追蹤人體的慢性變化，SNSF 項目將運行三年；使用肺模型的長期研究是下一個議程。除了純石墨烯顆粒，研究小組成員還將肺細胞暴露於由複合材料製成的摩擦石墨烯顆粒，這些顆粒通常用於增強聚合物。為了儘可能真實地估計人類接觸石墨烯顆粒的數量，Jing Wang 在研究和量化複合材料的磨損。基於這些數據，研究小組將 3D 肺模型暴露於現實條件下，並能夠預測石墨烯和類石墨烯材料的長期毒性。

Ref.: graphene-info.com/resea

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