I rischi per la salute del grafene

di CARLA PEETERS

Durante la pandemia è stato impiegato un uso diffuso di nanoparticelle per la diagnostica, i dispositivi di protezione individuale, la prevenzione e il trattamento delle malattie. Si prevede che l’uso di nanoparticelle in biomedicina aumenterà ulteriormente a causa del desiderio di monitoraggio della salute umana in tempo reale come 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 2D grafene ha vantaggi nelle proprietà meccaniche, termiche ed elettriche e viene utilizzato in sensori indossabili e dispositivi impiantabili, mentre la ricerca e lo sviluppo della forma ossidata ossido di grafene viene utilizzato per il trattamento del cancro, la somministrazione di farmaci, lo sviluppo di vaccini, la diagnostica a bassissima concentrazione, l’eradicazione della contaminazione microbica e l’imaging cellulare.

Finora la letteratura scientifica sui prodotti derivati dal grafene si concentra principalmente sugli aspetti positivi. Durante la pandemia, l’ossido di grafene è diventato noto come una nanoparticella non sicura che potrebbe essere presente in mascherine facciali e tamponi. Nel frattempo gli scienziati stanno discutendo sui possibili effetti devastanti dei prodotti derivati dal grafene sulla salute umana e sull’ambiente. L’hype dei prodotti derivati dal grafene ha portato a una corsia preferenziale del rilascio del prodotto sul mercato, mentre mancano 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 sorta di scotch. Il materiale sorprendente è la sostanza versatile più leggera e sottile conosciuta dall’umanità. È trasparente, conduttivo e selettivamente permeabile.

Gli atomi C sono strettamente legati in un reticolo a nido d’ape (esagonale). Sulla base delle qualità del grafene il materiale viene utilizzato in molti campi che variano dall’elettronica alla biomedicina. Nel 2013 la Commissione Europea ha avviato un progetto Future and Emerging Technology, il Graphene Flagship, con un budget di un miliardo di euro per un periodo di dieci anni con 170 accademici e partner industriali provenienti da 22 paesi coinvolti, che ora possiedono molti prodotti di grafene in cantiere.

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 biologici per testare varie forme di grafene per la sua tossicità.

Il progetto di punta dell’UE sul grafene riconosce che esistono ancora lacune per soddisfare le conoscenze relative al rischio. Si prevede che l’applicazione del grafene raggiungerà la maturità nel periodo 2025-2030. I nanomateriali fabbricati nell’UE devono soddisfare le normative REACH per 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 utile ridurre i costi e colmare le carenze degli operatori sanitari.

La politica passerebbe da un focus sulle malattie alla prevenzione, il che ha portato all’idea di un good health pass che potrebbe essere collegato a una carta d’identità e a un passaporto per le vaccinazioni. In questo modo ogni persona può essere istruita su quando e come agire per prevenire le malattie e rimanere in buona salute anche quando si viaggia in altri paesi.

Si prevede che una piattaforma di sensori basata sul grafene con applicazioni non invasive e invasive che includa sensori indossabili per il monitoraggio di segnali biofisici, biochimici, ambientali e dispositivi impiantabili per sistema nervoso, cardiovascolare, digestivo e locomotore sarà di enorme valore per l‘implementazione dell’Intelligenza Artificiale.

Nel progetto Graphene Flagship vengono sviluppati vari sensori come patch cutanei basati sul grafene per consentire alle persone di monitorare continuamente e fare scelte più sicure in modo proattivo. La prima interfaccia neurale invasiva nel cervello con la capacità di interpretare i segnali cerebrali con un’alta fedeltà senza precedenti, producendo una risposta terapeutica adattata alle condizioni cliniche di ciascun paziente, dovrebbe entrare presto negli studi clinici. L’innovazione è legata al progetto UE sul cervello umano da 1,3 miliardi di euro per migliorare il campo delle neuroscienze informatiche e della medicina correlata al cervello, aspettandosi lo sviluppo di più dispositivi impiantabili che influenzino il comportamento.

L’ossido di grafene e il corpo umano

L’ossido di grafene può entrare involontariamente nel corpo attraverso l’inalazione, il contatto dermico e l’ingestione in quanto può disperdersi in molti solventi. Gli effetti tossici della OB dipendono da diverse variabili, tra cui la via di somministrazione che influenza la distribuzione nel corpo, la dose, il metodo di sintesi, le impurità del processo di produzione e le sue dimensioni e 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 bio-corona in grado di interagire con altre biomolecole e processi fisiologici. E’ stato suggerito che una differenza nella biocompatibilità sia dovuta alle composizioni differenziali della corona poteica formata sulle loro superfici che determinano la loro interazione cellulare e gli effetti pro-infiammatori.

I numerosi risultati contraddittori dall’assenza di tossicità per possibili danni gravi 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 per l’esposizione acuta e a 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 OB è principalmente orchestrata dai macrofagi (cellule immunitarie) nei diversi organi. Il polmone, il cuore, il fegato, la milza e l’intestino sono gli organi in cui si trova il GO. In questo contesto è importante comprendere i possibili rischi della bio persistenza nel corpo e l’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.

L’ossido di grafene e l’ambiente

Indipendentemente dalle forme di grafene, un gran numero di studi ha dimostrato che il grafene colpisce una vasta gamma di organismi viventi tra cui procarioti, batteri, virus, piante, micro e macroinvertebrati, mammiferi, cellule umane e interi animali in vivo. La maggior parte della letteratura attuale 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 vuoto di informazioni riguardo gli effetti sulla funzione degli organi, sugli effetti metabolici e sul comportamento.

One Health

Ora che la pandemia è giunta al termine, lottare per One Health è diventata la priorità, concentrandosi sulla sorveglianza, sui vaccini e sullo sviluppo di farmaci utilizzando le nuove tecnologie. Tuttavia, esperti e politici sono riluttanti sull’enorme aumento del rischio biologico con prodotti derivati dal grafene che sono stati rilasciati nell’ambiente durante la pandemia negli ultimi due anni.

Poiché l’OB può essere facilmente trasportato per via aerea e idrica da rifiuti pericolosi, il possibile aspetto negativo di un inquinamento da GO di tutti gli esseri viventi è sconosciuto e non può essere escluso. Effetti potenzianti della OB sulle capacità di interferenza endocrina del bisfenolo A sono stati osservati nel pesce zebra maschio adulto. Spigoli vivi di GO che possono penetrare nelle membrane cellulari potrebbero facilitare la penetrazione di microplastiche e altre sostanze sconosciute negli organismi.

Nuove malattie possono svilupparsi se si interrompe un ecosistema equilibrato e fragile in tutto il mondo, necessario per la salute e tutta la vita sulla terra. Questo rischio per la salute pubblica cresce ogni giorno a causa di un forte aumento della malnutrizione a causa anche dei blocchi che minano un sistema immunitario ben funzionante e la capacità di degradare o disintossicarsi dai prodotti derivati dal grafene.

La ricerca basata sull’evidenza e le decisioni etiche devono prevalere sulla corsa al rilascio di prodotti derivati da GO. La priorità dovrebbe essere quella di concentrarsi maggiormente sui modi per migliorare la disponibilità di un’alimentazione sufficiente e buona, prevenire il rilascio di prodotti non adeguatamente testati e ripristinare la fiducia nella salute pubblica.

---

Autrice

Carla Peeters è fondatrice e amministratore delegato di COBALA Good Care Feels Better. Ha conseguito un dottorato di ricerca in Immunologia presso la Facoltà di Medicina di Utrecht, ha studiato Scienze Molecolari presso l’Università e la Ricerca di Wageningen e ha seguito un corso quadriennale in Higher Nature Scientific Education con specializzazione in diagnostica e ricerca di laboratorio medico. Ha studiato in varie business school tra cui London Business School, INSEAD e Nyenrode Business School.