Grafén és sebkezelés

Május 10-én jelent meg a Computerworld.hu tudósítása arról, hogy az Ír Tudományos Alap égisze alatt működő Fejlett Anyagok és Biomérnöki Kutatások Központ, valamint a dublini Trinity College fizikai iskolájának kutatói újgenerációs, grafénalapú érzékelő technológiát fejlesztettek ki. A kutatók bebizonyították, hogy lehetséges alacsony költségű, nyomtatott grafén nanokompozit nyújtásérzékelőt előállítani, s kidolgoztak egy módszert a G-putty-alapú tinták használatára, amelyek vékony filmként nyomtathatók rugalmas hordozókra, többek között sebtapaszokra, illetve a bőrre is könnyen rögzíthetők.

Ugyanezen a napon publikálták a Molecules c. folyóiratban Tejal V. Patil-nak (Chuncheon, Dél-Korea) és munkatársainak a grafén-oxid (GO) alapú ingerekre reagáló platformok orvosbiológiai alkalmazásokban történő felhasználhatóságával foglalkozó tanulmányát. Áttekintésük olyan tényezőket ír le, mint például a pH, a fény, a hőmérséklet, valamint a mágneses és elektromos mezők. A rákterápia és a gyógyszer-szállítás mellett kiemelt figyelmet szenteltek a sebkezelésnek is. Úgy találták, hogy a GO létfontosságú szerepet játszik a sebgyógyulás és a sejtnövekedés kívánt platformjának biztosításában. A natív GO és kompozitjai széles körben tanulmányozhatók a sebgyógyulás szempontjából molekulák, DNS/RNS és egyéb szerek hatékony szállításával. A más anyagokkal összekapcsolt GO jó antimikrobiális aktivitást és a sejtek regenerálódását biztosíthatja a sérülés helyén történő proliferációval. Úgy vélik, még mindig vannak lehetőségek az ingerekre reagáló GO sebgyógyító alkalmazásokban történő felhasználása új dimenzióinak bemutatására.

E két cikk kétszeres apropót ad arra, hogy röviden áttekintsem a grafén és a sebkezelés-sebgyógyulás kapcsolatát. Mi is ez a grafén? A Wikipédia szerint a szén egy nanoszerkezetű allotrop módosulata, egy egyetlen atom vastagságú grafitréteg, amelyet méhsejtrácsos elrendezésben álló szénatomok alkotnak. Itt olvashatunk arról is, hogy a grafit egyatomos rétegeivel kapcsolatban már a 20. század közepén is volt elképzelés, és 1962-ben elektronmikroszkópos vizsgálatok során önállóan is észlelték a grafénlemezeket (Hanns-Peter Boehm). A grafén kifejezést Boehm, Ralph Setton és Eberhard Stumpp vegyészek vezették be 1986-ban. Ez a grafit szó és az -ene utótag kombinációja, policiklusos aromás szénhidrogénekre utal. Előállításukra a Manchesteri Egyetem fizikusai, Andre Geim és Konsztantyin Szergejevics Novoszjolov 2004-ben javasoltak egy eljárást, amely eredményükért 2010-ben fizikai Nobel-díjat kaptak.

Az említett méhsejtes elrendeződés miatt 200-szor erősebb, mint az acél, keményebb, mint a gyémánt; emellett jobban vezeti a hőt és az elektromosságot, mint bármely más anyag – ideszámítva az aranyat vagy rezet is. Ráadásul vékonyabb, mint egy hajszál. Az extrém tulajdonságokkal rendelkező nanoszerkezetű alapanyag az elektronikától az orvostudományig nagyon sok területen ígér áttörésjellegű előrelépést.

Térjünk azonban vissza a szorosabban vett témánkra! Bingan Lu (Lancsou, Kína) és munkatársai már 2012-ben rámutattak arra, hogy a grafénalapú kompozit anyagok hasznosak a sebgyógyulás szempontjából is. Ők grafént tartalmazó kitozán-PVA nanoszálakat állítottak elő electrospinning technológiával. Bemutatták a grafén lehetséges antibakteriális mechanizmusát is. 2018-as publikációjukban Mara Di Giulio (Chieti, Olaszország) és munkatársai pedig azt a célt tűzték ki, hogy a korábbi beszámolókban a mind a Gram-pozitív, mind a Gram-negatív baktériumokkal szemben erős antibakteriális aktivitást mutató GO in vitro antimikrobiális és antibiofilm hatásosságát vizsgálják és igazolják a sebek kórokozóival szemben. Úgy találták, hogy a krónikus seb mikroorganizmusokkal szembeni tulajdonságai érdekes jelöltté teszik a sebkötésekbe való beépítést a mikrobiális fertőzések kezelésére és/vagy megelőzésére.

A krónikus seb vagy a seb lassú gyógyulása az egyik súlyos szövődmény a cukorbetegeknél. A sejtek, például a keratinociták és a fibroblasztok proliferációjának és migrációjának csökkenése a fő oka az ilyen krónikus sebek kialakulásának a cukorbetegeknél. Ezért rendkívül előnyös lenne a sebgyógyulás elősegítésében egy sebtapasz megtervezése biológiailag lebontható hidrogél felhasználásával, amely a sejtek proliferációját és migrációját támogató hatóanyagok tartós felszabadulását/bejuttatását biztosíthatja. Syed Raza Ur Rehman (Doha, Katar) és munkatársai 2019-es tanulmányukban arról értekeztek, hogy az in vitro és az in vivo vizsgálatokból származó számos bizonyíték azt mutatja, hogy a GO és a redukált GO elősegíti a sebgyógyulást, elősegítve a keratinocita sejtek vándorlását és szaporodását. Ezenkívül a GO angiogén tulajdonsággal is rendelkezik. A zselatin-metakrilát (GelMA) alapú hidrogélek kiváló hidrofil tulajdonságokkal rendelkeznek, mivel a polimerláncokban hidrofil amino-, amido-, karboxil- és hidroxilcsoportok vannak jelen, ami nagyon porózus, lágy és rugalmas szerkezetet kölcsönöz nekik. Munkájukban beszámoltak egy GO-tartalmú hidrogél kötszer fejlesztéséről is.

Ugyanennek az évnek a végén, nagyjából ugyanez a szerzőgárda már arról számolt be az International Journal of Nanomedicine hasábjain, hogy a 0,002 tömegszázalékos redukált grafén-oxiddal impregnált GelMA hidrogélek pozitív hatása az angiogenezisre, a sejtek migrációjára és a sejtproliferációra azt sugallja, hogy ezek a készítmények funkcionális sebgyógyító anyagként használhatók a krónikus sebekben. Ebben a folyóiratban, de még áprilisban jelent meg Iwona Lasocka (Varsó, Lengyelország) és munkatársai cikke, amelyben a grafén és a mezenhimális őssejtek hatását és feltételezett hatásmechanizmusukat vizsgálták a kután sebek gyógyulásában. Úgy találták, hogy a kettő kombinációja mind a sebgyógyulási folyamatot, mind a fertőzés kontrollját fokozhatja a sérülés helyén.

2020-ban Na Wang (Hszücsou, Kína) és munkatársai a fotoszenzitíven antibakteriális nano-grafén kvantumpont-konjugátum (GQD) segítségével megvalósuló sebterápiáról jelentettek meg egy tanulmányt. Megállapításaik szerint a GQD alapú kompozit rendszer jó antimikrobiális aktivitással, elegendő gyógyszerterheléssel és szabályozható hatóanyag-felszabadító képességgel rendelkezik, ami új lehetőséget kínál a GQD-alapú nanoplatform számára az antimikrobiális hatás fokozására és a gyógyszer-rezisztencia csökkentésére. Ugyancsak tavalyi az a beszámoló, amely arról tudósított, hogy a Neel Intézet francia tudósai egy olyan grafén tapaszt készítettek, amely bármikor képes rögzíteni a krónikus sebek állapotát, például az idősek vagy a cukorbetegek fekélyeit. Az adatokat mobiltelefonon keresztül el lehet küldeni otthonról a kórházba, megkönnyítve a lehetséges fertőzésekre való gyors reagálást. A grafén elektróda vezetőképessége a seb fizikai-kémiai változásainak függvényében változik, ezért ebből az anyagból filmeket készítettek egy polimeren (műanyagon), és integrálták azokat egy kötésbe, amely biológiai paramétereket képes rögzíteni a seb ágyával való közvetlen érintkezés során.

Ez év januárjában jelent meg Ying Zheng (Csungking, Kína) és munkatársainak cikke, amelyben az epoxidban gazdag grafén-oxid (erGO) nanofilm sebgyógyító tulajdonságát a Staphylococcus aureus (S. aureus) és az Escherichia coli (E. coli) által fertőzött sebek kezelése során értékelték. Ez nemcsak a baktériumokat pusztította el, hanem felgyorsította a sebgyógyulást a bőrfertőzéses egerekben. Véleményük szerint az új, kettős antimikrobiális mechanizmussal rendelkező erGO nanofilm ígéretes multifunkcionális antimikrobiális szerként szolgálhat a magas biokompatibilitású orvosi sebkötésekhez. Idén áprilisban pedig Ming Zhao és munkatársai (Kína) számoltak be a grafén alapú nanoanyagok (GBN) és a mesenchymális őssejtek (MSC-Exo) különböző hatásairól a bőrseb helyreállítási folyamata során végzett legújabb tanulmányokról és megfigyelésekről, valamint azok feltételezett mechanizmusairól. Ezen felül javaslatot is tettek a GBN-ek és az MSC-Exo alkalmazások lehetséges továbblépési irányaira, elősegítve a klinikai transzformációt.

Az utóbbi időkben egyre több cikk jelenik meg a grafénnek a sebkezelésben való széleskörű alkalmazhatóságáról. Sören Kierkegaard, dán filozófus szerint „A jövő közelebb van a jelenhez, mint a múlt”. Mint láthattuk, ez a grafénre is igaz.

Az illusztrációk forrása a Pixabay.com.