I rischi per la salute del grafene

Durante la pandemia, le nanoparticelle sono state ampiamente utilizzate per la diagnostica, i dispositivi di protezione individuale, la prevenzione e il trattamento delle malattie. Si prevede che l'impiego delle nanoparticelle in ambito biomedico aumenterà ulteriormente, spinto dalla necessità di monitorare la salute umana in tempo reale e di realizzare un'interazione uomo-macchina senza soluzione di continuità.

Le nanoparticelle più in forte espansione che potrebbero governare le vite future sono i prodotti derivati ​​dal grafene. Il nuovo materiale 2-D grafene presenta vantaggi in termini di proprietà meccaniche, termiche ed elettriche ed è utilizzato in sensori indossabili e dispositivi impiantabili, mentre la ricerca e lo sviluppo dell'ossido di grafene in forma ossidata viene utilizzato per il trattamento del cancro, la somministrazione di farmaci, lo sviluppo di vaccini, ultra- diagnostica a bassa concentrazione, eradicazione della contaminazione microbica e imaging cellulare. 

Finora la letteratura scientifica sui prodotti derivati ​​dal grafene si è concentrata principalmente sugli aspetti positivi. Durante la pandemia, l'ossido di grafene è stato identificato come una nanoparticella potenzialmente pericolosa, presente nelle mascherine e nei test. Nel frattempo, gli scienziati si interrogano sui possibili effetti devastanti dei prodotti derivati ​​dal grafene sulla salute umana e sull'ambiente. L'entusiasmo per i prodotti derivati ​​dal grafene ha portato a una rapida immissione sul mercato, nonostante manchino ancora dati affidabili e riproducibili sugli effetti citotossici e genotossici .

Grafene illimitato

Nel 2010 due ricercatori, Andre Geim e Konstantin Novoselov dell'Università di Manchester hanno ricevuto il Premio Nobel per la Fisica per aver isolato l'unico strato di atomo di carbonio derivato dalla grafite presente nelle matite, utilizzando una specie di nastro adesivo. Il materiale straordinario è la sostanza versatile più leggera e sottile conosciuta dall'umanità. È trasparente, conduttivo e selettivamente permeabile. 

Gli atomi di carbonio sono strettamente legati in un reticolo esagonale a nido d'ape. Grazie alle sue proprietà, il grafene trova impiego in numerosi settori, dall'elettronica alla biomedicina. Nel 2013, la Commissione Europea ha avviato il progetto " Graphene Flagship" , un'iniziativa per le tecnologie future ed emergenti , con un budget di un miliardo di euro per un periodo di dieci anni e il coinvolgimento di 170 partner accademici e industriali provenienti da 22 paesi, che attualmente vantano numerosi prodotti a base di grafene in fase di sviluppo.

Tuttavia, la produzione di grafene ad alto volume e di qualità (puro, omogeneo e sterile) a prezzi accessibili per implementare le possibilità dei prodotti derivati ​​dal grafene nella vita quotidiana è ancora una sfida, oltre a migliorare la standardizzazione e la convalida dei sistemi cellulari e dei sistemi biologici per testare varie forme di grafene per la sua tossicità. 

Il progetto faro dell'UE sul grafene riconosce che permangono delle lacune nelle conoscenze relative ai rischi. Si prevede che l'applicazione del grafene raggiungerà la maturità nel periodo 2025-2030. I nanomateriali prodotti nell'UE devono essere conformi al regolamento REACH per poter essere autorizzati alla produzione industriale e alla commercializzazione.

Un portale per l'interazione uomo-macchina

Molti politici ed esperti di salute pubblica promuovono l'introduzione della tecnologia nell'assistenza sanitaria come uno strumento importante per gestire la prevenzione, la diagnosi e il trattamento delle malattie. Inoltre, si ritiene che sia vantaggioso ridurre i costi e colmare le carenze degli operatori sanitari. 

La politica passerebbe da un approccio incentrato sulla malattia a uno incentrato sulla prevenzione, il che ha portato all'idea di un "Passaporto Sanitario" che potrebbe essere collegato a una carta d'identità e a un passaporto vaccinale. In questo modo, ogni persona potrebbe essere istruita su quando e come comportarsi per prevenire le malattie e mantenersi in buona salute anche quando viaggia all'estero.

Si prevede che una piattaforma di sensori a base di grafene, con applicazioni sia non invasive che invasive, inclusi sensori indossabili per il monitoraggio di segnali biofisici, biochimici e ambientali, nonché dispositivi impiantabili per i sistemi nervoso, cardiovascolare, digerente e locomotore, sarà di enorme valore per l'implementazione dell'intelligenza artificiale.

Nel progetto Graphene Flagship vengono sviluppati diversi sensori cutanei a base di grafene per consentire alle persone di monitorare costantemente il proprio stato di salute e compiere scelte più sicure in modo proattivo . Si prevede che la prima interfaccia neurale invasiva per il cervello, in grado di interpretare i segnali cerebrali con una fedeltà senza precedenti e di produrre una risposta terapeutica adattata alle condizioni cliniche di ciascun paziente, entrerà presto nella fase di sperimentazione clinica. L'innovazione è collegata al progetto europeo Human Brain Project, del valore di 1,3 miliardi di euro , volto a potenziare il campo dell'informatica neuroscientifica e della medicina neurologica, con l'obiettivo di sviluppare un maggior numero di dispositivi impiantabili in grado di influenzare il comportamento.

Ossido di grafene e corpo umano 

L'ossido di grafene può entrare involontariamente nell'organismo per inalazione, contatto cutaneo e ingestione, poiché è in grado di disperdersi in molti solventi. Gli effetti tossici dell'ossido di grafene dipendono da diverse variabili, tra cui la via di somministrazione che influenza la distribuzione nell'organismo, la dose, il metodo di sintesi, le impurità derivanti dal processo produttivo, le dimensioni delle particelle e le proprietà fisico-chimiche, come il grado di ossidazione.

GO ha un'elevata capacità di adsorbimento di proteine, minerali e anticorpi nel corpo umano che trasforma la struttura e la forma di GO in una biocorona in grado di interagire con altre biomolecole e processi fisiologici. È stato suggerito che una differenza nella biocompatibilità sia dovuta alle composizioni differenziali della corona proteica formata sulle loro superfici che determinano la loro interazione cellulare e gli effetti pro-infiammatori. 

I numerosi risultati contraddittori dell'assenza di tossicità per possibili gravi danni a lungo termine, a seconda delle proprietà fisico-chimiche e delle condizioni sperimentali scelte, richiedono una migliore comprensione della sua tossicocinetica e dei meccanismi coinvolti nell'esposizione acuta ea lungo termine. 

Inoltre, il suo comportamento nei confronti delle barriere biologiche come la pelle, la barriera emato-encefalica e la barriera della placenta può variare. La degradazione intra ed extracellulare di GO è principalmente orchestrata dai macrofagi (cellule immunitarie) nei diversi organi. Il polmone, il cuore, il fegato, la milza e l'intestino sono gli organi che si trovano GO. In questo contesto è importante comprendere i possibili rischi della biopersistenza nell'organismo e dell'integrità della membrana cellulare compromessa, dei processi metabolici e della morfologia degli organismi. Il modo in cui viene prodotto il GO è di fondamentale importanza per il potenziale impatto sui sistemi biologici, la biodistribuzione e l'escrezione da parte del corpo umano. 

Ossido di grafene e ambiente

Indipendentemente dalla forma del grafene, numerosi studi hanno dimostrato che esso influenza un'ampia gamma di organismi viventi, tra cui procarioti, batteri, virus, piante, micro e macroinvertebrati, mammiferi, cellule umane e interi animali in vivo. Gran parte della letteratura scientifica attualmente disponibile indica che i nanomateriali a base di grafene sono citotossici.

Sebbene il meccanismo della loro citotossicità non sia stato ancora stabilito, lo stress ossidativo, la penetrazione cellulare e l'infiammazione sono stati i meccanismi più ampiamente riconosciuti per la tossicità dei nanomateriali a base di grafene negli organismi acquatici. Sfortunatamente, c'è ancora un enorme divario di informazioni prive dell'effetto sulla funzione degli organi, sugli effetti metabolici e sul comportamento. 

Una salute

Ora che la pandemia è giunta al termine, l'impegno per un approccio " One Health" è diventato la priorità, concentrandosi su sorveglianza, vaccini e sviluppo di farmaci utilizzando le nuove tecnologie. Tuttavia, esperti e politici sono preoccupati per l'enorme aumento del rischio biologico legato ai prodotti derivati ​​dal grafene, rilasciati nell'ambiente durante la pandemia negli ultimi due anni.

Poiché l'ossido di grafene (GO) può essere facilmente trasportato per via aerea e idrica dai rifiuti pericolosi, il possibile impatto negativo di un inquinamento da GO su tutti gli esseri viventi è sconosciuto e non può essere escluso. Sono stati osservati effetti di potenziamento del GO sulle capacità di interferenza endocrina del bisfenolo A nei pesci zebra maschi adulti . I bordi taglienti del GO, in grado di penetrare le membrane cellulari, potrebbero facilitare la penetrazione di microplastiche e altre sostanze sconosciute negli organismi.

Nuove malattie potrebbero svilupparsi a causa dell'alterazione di un fragile ecosistema globale in equilibrio, essenziale per la salute e per tutta la vita sulla Terra. Questo rischio per la salute pubblica aumenta di giorno in giorno a causa del forte incremento della malnutrizione, conseguenza dei lockdown che compromettono il corretto funzionamento del sistema immunitario e la capacità di degradare o detossificare i prodotti derivati ​​dal grafene.

La ricerca basata su prove scientifiche e le decisioni etiche devono prevalere su una rapida e indiscriminata produzione e commercializzazione di prodotti derivati ​​da ossido di grafene. La priorità dovrebbe essere concentrarsi sul miglioramento della disponibilità di un'alimentazione sufficiente e di qualità, sulla prevenzione della commercializzazione di prodotti non adeguatamente testati e sul ripristino della fiducia nella salute pubblica.