Grafen : nowe możliwości w medycynie

• Autorzy: Pasieka E. , Lewandowski M.

Warianty tytułu

Potential application on graphene in medicine

• Języki publikacji: PL EN

Abstrakty

PL

Grafen otrzymano w warunkach laboratoryjnych w 2004 roku na Uniwersytecie w Manchesterze. Grafen jest dwuwymiarową formą węgla grubości jednej warstwy atomów o heksagonalnym ułożeniu (struktura plastra miodu). Cechuje go dobre przewodnictwo elektryczne i cieplne, jest mocniejszy niż stal, a jednocześnie elastyczny i rozciągliwy. Celem opracowania jest przegląd piśmiennictwa na temat potencjalnych zastosowań grafenu w medycynie oraz charakterystyka jego bezpieczeństwa. Diagnostyka obrazowa wiąże duże nadzieje z wykorzystaniem grafenu jako środka kontrastującego. Pierwsze dowody naukowe w zakresie obrazowania magnetycznym rezonansem jądrowym wskazują, że może stać się alternatywą preparatów gadolinu, szczególnie u pacjentów z niewydolnością nerek i po przeszczepie wątroby. Grafen może być realnym rozwiązaniem w poszukiwaniu idealnego biosensora do wykrywania lub oznaczania ilościowego substancji w badanym materiale, szczególnie w diagnostyce onkologicznej. Jednocześnie właściwości grafenu mogą być wykorzystane w nowoczesnych metodach leczenia nowotworów, np. w terapii genowej i fotodynamicznej. Wielokierunkowość zastosowań medycznych stawia pytanie o bezpieczeństwo grafenu. W wielu badaniach potwierdzono jego biozgodność, jednak są i dowody in vivo, które wskazują, że tlenek grafenu po iniekcji dożylnej może odkładać się w tkance płucnej, prowadząc do procesów zapalnych. Badania nad grafenem muszą być rozwijane i pogłębiane, aby otrzymać rozwiązania, które będą połączeniem selektywnej funkcjonalności i wysokiego bezpieczeństwa.

EN

Graphene was discovered in the laboratory in 2004 at The University of Manchester. Graphene is a two-dimensional form of carbon, a thickness of one layer of atoms of a hexagonal lattice (the honeycomb structure). It is characterized by good electrical and thermal conductivity, is stronger than steel and at the same time flexible and extensible. The aim of this paper is a review of literature on the potential applications on graphene in medicine and its safety. Diagnostic imaging has high hopes for the use of graphene as a contrast agent. The first scientific evidence in the field of magnetic resonance imaging indicate that it may become an alternative of gadolinium, in patients with renal failure and liver transplant. Graphene can be a viable solution in the search for the ideal biosensor for the detection or quantification of substances in the material, especially in the diagnosis of cancer. At the same time the properties of graphene can be used in the treatment of cancer (gene therapy and photodynamic therapy). Multidirectional medical applications raises the question about the safety of graphene. Number of studies confirmed its biocompatibility, but there are in vivo evidence that graphene oxide after intravenous injection may be deposited in the lung tissue, leading to inflammatory processes. Research on graphene must be developed to the aim of selective functionality and high safety.

Słowa kluczowe

PL

grafen; bioczujnik; środki kontrastujące; terapia genowa; terapia celowana; terapia fotodynamiczna

EN

graphene; biosensor; contrast agent; gene therapy; targeted cancer therapy; photodynamic therapy

• Wydawca: Indygo Zahir Media
• Czasopismo: Inżynier i Fizyk Medyczny
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 4, nr 6
• Strony: 353--356
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., rys.

Twórcy

autor

Pasieka E.

• Zakład Radiologii, Uniwersytet Medyczny w Białymstoku, ul. M. Skłodowskiej-Curie 24A, 15-276 Białystok

autor

Lewandowski M.

• Pracownia Hemodynamiki, Wojewódzki Szpital Zespolony im. J. Śniadeckiego w Białymstoku, ul. M. Skłodowskiej-Curie 26, 15-950 Białystok

Bibliografia

• 1. E.H.L. Falcao, F. Wudl: Carbon allotropes: beyond graphite and diamond, J Chem Technol Biotechnol, 82(6), 2007, 524-531.
• 2. M. Ludwik-Pardała: Perspektywy wykorzystania surowców węglowych w innowacjach technologicznych, Research Reports Mining and Environment, 4, 2011, 73-86.
• 3. Y. Zhu, S. Murali, W. Cai, X. Li, J. W. Suk, J.R. Potts, R.S. Ruoff: Graphene and graphene oxide: synthesis, properties, and applications, Adv. Mater, 20, 2010, 1-19.
• 4. B. Trauzettel: Od grafitu do grafenu, Post Fiz, 58(6), 2007, 250-256.
• 5. M. Hebda, A. Łopata: Grafen – materiał przyszłości, Czasopismo Techniczne Mechanika, 8-M(22), 2012, 45-54.
• 6. S. Nadis: Ig Nobel glory for levitating frogs and collapsing toilets, Nature, 407, 2000, 665.
• 7. N. Piątek: Nanorurki jako nośnik bizmutu [online], [dostęp: 6.03.2015]. Dostępny w internecie: <http://materialyinzynierskie.pl/ nanorurki-jako-nosnik-bizmutu>.
• 8. S. Kanakia, J.D. Toussaint, S.M. Chowdhury, G. Lalwani, T. Tembulkar, T. Button, K.R. Shroyer, W. Moore, B. Sitharaman: Physicochemical characterization of a novel graphene-based magnetic resonance imaging contrast agent, Int J Nanomedicine, 8, 2013, 2821-2833.
• 9. E. Peng, E.S.G. Choo, P. Chandrasekharan, C.T. Yang, J. Ding, K.H. Chuang, J.M. Xue: Synthesis of manganese ferrite/graphene oxide nanocomposites for biomedical applications, Small, 8(23), 2012, 3620-3630.
• 10. B.S. Paratal, B.D. Jacobson, S. Kanakia, L.D. Francis, B. Sitharaman: Physicochemical characterization, and relaxometry studies of micro-graphite oxide, graphene nanoplatelets, and nanoribbons, PLoS ONE, 7 (6), 2012, e38185 [online], [dostęp: 8.03.2015]. Dostępny w internecie: <http://journals.plos.org/plosone/ article?id=10.1371/journal.pone.0038185>.
• 11. R. Romero-Aburto, T.N. Narayanan, Y. Nagaoka, T. Hasumura, T.M. Mitcham, T. Fukuda, P.J. Cox, R.R. Bouchard, T. Maekawa, D.S. Kumar, S.V. Torti, S.A. Mani, P.M. Ajayan: Fluorinated graphene oxide; a new multimodal material for biological applications, Adv Mater, 25(39), 2013, 5632-5637.
• 12. W. Hu, C. Peng, W. Luo, M. Liv, X. Li, D. Li, Q. Huang, C. Fan: Graphene – based antibacterial paper, ACS Nano, 4, 2010, 4317-4323.
• 13. A. Kędziora, Y. Gerasymchuk, E. Sroka, G. Bugla-Płoskońska, W. Doroszkiewicz, Z. Rybak, D. Hreniak, R. Wiglusz, W. Stręk: Wykorzystanie materiałów opartych na częściowo redukowanym tlenku grafenu z nanocząstkami srebra jako środków bakteriostatycznych i bakteriobójczych, Polim. Med., 43(3), 2013, 129-134.
• 14. A. Sankiewicz, B. Puzan, E. Gorodkiewicz: Bioczujniki SPRI – narzędzie diagnostyczne przyszłości, Chemik, 68, 2014, 528-535.
• 15. P. Cynk, E. Gaweł: Zastosowanie biosensorów w diagnostyce choroby nowotworowej, Prz Med Uniw Rzesz Inst Leków, 3, 2012, 373-378.
• 16. W. Yang, K.R. Ratinac, S.P. Ringer, P. Thordarson, J.J. Gooding, F. Breat: Carbon nanomaterials in biosensors: should you use nanotubes or graphene?, Angew Chem Int Ed Engl, 49(12), 2010, 2114-2138.
• 17. M. Pumera: Graphene in biosensing, Materials Today, 14(7-8), 2011, 308-315.
• 18. P. Hong, W. Li, J. Li: Applications of aptasensors in clinical diagnostics, Sensors, 12, 2012, 1181-1193.
• 19. M. Zhou, Y. M. Zhai, S. J. Dong: Electrochemical biosensing based on reduced graphene oxide, Anal. Chem, 81, 2009, 5603-5613.
• 20. S. Alwarappan, A. Erdem, C. Liu, C.Z. Li: Probing the electrochemical properties of graphene nanosheets for biosensing applications, J. Phys. Chem. C, 113(20), 2009, 8853-8857.
• 21. M. Zhang, C. Liao, C.H. Mak, P. You, C.L. Mak, F. Yan: Highly sensitive glucose sensors based on enzyme-modified whole-graphene solution-gated transistors, Sci Rep, 5, 2015, 8311 [online], [dostęp: 11.03.2015]. Dostępny w internecie: <http://www.nature. com/srep/2015/150206/srep08311/full/srep08311.html>.
• 22. J. Rzeszutek, M. Matysiak, M. Czajka, K. Sawicki, P. Rachubik, M. Kruszewski, L. Kapka-Skrzypczak: Zastosowanie nanocząstek i nanomateriałów w medycynie, Hygeia Public Health, 49(3), 2014, 449-457.
• 23. S.C. Reshma, P.V. Mohanan: Graphene: a multifaceted nanomaterial for cutting edge biomedical application, Int J Med Nano Res, 1, 2014 [online], [dostęp:10.03.2015]. Dostępny w internecie: <http://clinmedlibrary.com/ articles/ijmnr/ijmnr-1-003.pdf>.
• 24. M. Li, Yang X., J. Ren, K. Qu, X. Qu: Using graphene oxide high near-infrared absorbance for photothermal treatment of Alzheimer’s disease, Adv Mater, 24(13), 2012, 1722-1728.
• 25. A. Jung: Nanocząstki w zastosowaniach medycznych – kierunek przyszłości?, Pediatr Med Rodz, 10(2), 2014, 104-110.
• 26. X.Y. Zhang, J.L. Yin, C. Peng, W.Q. Hu, Z.Y. Zhu, W.X. Li, C.H. Fan, Q. Huang: Distribution and biocompatibility studies of graphene oxide in mice after intravenous administration, Carbon, 49, 2011, 986-995.
• 27. Y. Zhang, T.R. Nayak, H. Hong, W. Cai: Graphene: a versatile nanoplatform for biomedical applications, Nanoscale, 4(13), 2012, 3833-3842.
• 28. L. Horváth, A. Magrez, M. Burghard, K. Kern, L. Forró, B. Schwaller: Evaluation of the toxicity of graphene derivatives on cells of the lung luminal surface, Carbon, 64, 2013, 45-60.