5

Grafen panaceum XXI wieku?

Grafen, dzięki swoim unikatowym właściwościom, zadziwia nie tylko chemików i fizyków, ale również polityków i biznesmenów. Jak pokazują liczne prace naukowe szczególnie ciekawie rozwijają się badania nad wykorzystaniem grafenu w medycynie… Autorem wpisu jest Adrian Radoń. Nie samym grafenem… O dotychczasowym potencjale aplikacyjnym grafenu przeczytać możemy m.in. w opublikowanym na portalu Antyweb artykule Michała Kubiaka. […]

Grafen, dzięki swoim unikatowym właściwościom, zadziwia nie tylko chemików i fizyków, ale również polityków i biznesmenów. Jak pokazują liczne prace naukowe szczególnie ciekawie rozwijają się badania nad wykorzystaniem grafenu w medycynie…

Autorem wpisu jest Adrian Radoń.

Nie samym grafenem…

O dotychczasowym potencjale aplikacyjnym grafenu przeczytać możemy m.in. w opublikowanym na portalu Antyweb artykule Michała Kubiaka. Takie produkty jak rakiety tenisowe zbudowane z tworzyw kompozytowych zawierających grafen czy grafenowe materiały do druku 3D są już dostępne w sprzedaży. Kolejne produkty, jak na przykład bazujące na grafenowym materiale lampy LED już niedługo mają trafić do produkcji. Sam rząd Korei Południowej do 2020 roku planuje wdrożyć do komercyjnych zastosowań aż 85 technologii opartych na grafenie.

Jednak, jak się okazuje, nie samym grafenem świat nauki żyje. Wśród niezwykłych nanostruktur węglowych (czyli struktur, składających się z cząsteczek wielkości kilku do kilkuset nm) znaleźć można np. nanorurki przypominające grafen zwinięty w walec. Ponadto, już teraz prowadzone są liczne badania nad własnościami i możliwościami zastosowań tlenku grafenu (czyli utlenionego grafenu), grafenowych kropek kwantowych (struktur nazywanych potocznie sztucznymi atomami) czy grafanu (grafenu, w którym każdy atom węgla połączony jest dodatkowo z atomem wodoru).

Grafenowe innowacje w medycynie

Zarówno grafen, jak i jego odmiany stopniowo odkrywają przed nami swój potencjał w różnych gałęziach medycyny. Kto, jeszcze kilka lat temu, pomyślałby o zastosowaniu grafenu do walki z próchnicą czy chorobami dziąseł, produkcji sztucznej, biodegradowalnej tkanki, lub wpadłby na pomysł budowy sensora umożliwiającego wykrycie zarażenia malarią w kilka minut? Wzrok naukowców skupiony jest także na zastosowaniu grafenu (i jego pochodnych) w terapiach nowotworowych. Jak się okazuje, grafen może zostać wykorzystany zarówno do wykrywania zmian nowotworowych, jak i jako substancja niszcząca komórki rakowe. Przykładowo, badaczom z Universytetu w Manchesterze udało się pokazać, że płatki tlenku grafenu skuteczne są w terapii hamującej rozwój nowotworów piersi, trzustki, płuc, mózgu, jajnika i raka prostaty.

Grafen może również potencjalnie zostać wykorzystany jako nośnik leków, o czym wspomina choćby poniższy film, również autorstwa naukowców z Manchesteru.

Drukowane narządy – rzeczywistość czy science fiction?

Kolejnym tematem wartym bliższego zgłębienia jest możliwość wykorzystania grafenu w tworzeniu sztucznych narządów metodą druku 3D. Pozwala on w prosty i szybki sposób stworzyć struktury czy nawet całe urządzenia, których nie można wyprodukować konwencjonalnymi metodami lub których produkcja jest bardzo utrudniona.

Prace prowadzone przez naukowców z Instytytu Bionanotechnologii w Northwestern University pozwalają wysnuć hipotezę, że w przyszłości problem braku narządów do przeszczepów zostanie rozwiązany. Badaczom udało się wyprodukować biokompatybilny materiał do druku 3D oparty na grafenowych płatkach umieszczonych w polimerowej osnowie. Może on potencjalnie zostać wykorzystany w bioelektronice oraz w zastosowaniach biomedycznych (np. jako materiał uzupełniający braki w tkance kostnej).

To jednak nie wszystko. Grafen, jak się okazuje, z uwagi na swoje bardzo dobre własności elektryczne może posłużyć do produkcji sztucznych mięśni, a nawet nerwów, które mogą być w prosty i szybki sposób drukowane na odpowiednio przystosowanej do tego celu drukarce 3D.

Dlaczego (jeszcze) nie?

Podobnie jak na wiele innych leków, na grafenowe terapie trzeba będzie poczekać, ze względu na restrykcyjne przepisy obowiązujące przy wdrażaniu nowych odkryć medycznych na rynek. Procedura wdrożenia leku do obiegu jest długotrwała i czasochłonna z powodu wielu testów, które umożliwiają potwierdzenie bezpieczeństwa stosowania terapii z użyciem innowacyjnego preparatu. Wymagane jest również zdobycie licznych opinii ekspertów, przygotowanie wniosków, dokumentacji i ostatecznie rejestracji leku. Same testy potwierdzające możliwości wykorzystania danej substancji w celach medycznych obejmują wiele etapów takich jak testy na żywych komórkach, często również na zwierzętach i ostatecznie wielofazowe testy kliniczne na ludziach, które trwają wiele miesięcy i są szczegółowo dokumentowane. Przykładowa, pełna dokumentacja składana w jednostce rejestrującej preparat medyczny zawiera niekiedy nawet kilkanaście tysięcy stron. Sprawa wygląda podobnie w przypadku testowania wszelkiego rodzaju sprzętu medycznego.

Jednak mimo potencjalnie długiego okresu do wprowadzenia grafenowych odkryć na rynek, mogą się one okazać jednymi z kluczowych dla rozwoju współczesnej medycyny. Obserwując prężny rozwój technologii grafenowych, nie warto więc już pytać, CZY do sprzedaży trafią produkty „grafenowej medycyny”, lecz KIEDY to nastąpi.

Źródła grafik i filmów: 1,2

O autorze:

Adrian Radoń – Researcher w Centrum Zastosowań Matematyki i Inżynierii Systemów PAN, nanotechnolog. Prowadzi liczne badania naukowe związane ze stopami amorficznymi i nanokrystalicznymi.