El grafeno y su biodegradación ¿es seguro para los humanos?
La biodegradación consiste en la descomposición natural de los materiales mediante los microorganismos, enzimas u otras actividades biológicas. Es importante que los materiales al biodegradarse lo hagan de manera segura, ya que la acumulación de materiales extraños puede provocar daños ecológicos y problemas de salud.
El grafeno es uno de los materiales más prometedores en la actualidad, ya que cuenta con propiedades muy útiles; por ser mucho más duro que un diamante, excelente conductor de electricidad e impresionante maleabilidad.
Sus bondades proporcionan todo un mundo de aplicaciones en el uso de nuestra vida diaria, tales como pantallas táctiles para teléfonos celulares, la industria médica, etc. pero, ¿será confiable a largo plazo para la humanidad y el medio ambiente?
¿Qué es el grafeno?
Químicamente podemos definir el grafeno como una capa de átomos de carbono de un átomo de espesor dispuestos en una red hexagonal.
Es decir, el grafeno es tan sólo un nanomaterial de carbono bidimensional (2D), denominado para el mundo científico como un «supermaterial».
Esto se debe a que, el grafeno es el material más delgado del mundo: solo tiene un átomo de espesor, lo que es un millón de veces más delgado que un cabello humano.
Sin embargo, es muy fuerte, más fuerte que el acero y el diamante. Esto permite muchas aplicaciones con otros materiales, por su rigidez y durabilidad sobresaliente.
Pero, a pesar de su dureza, el grafeno también es muy flexible, lo que nos proporciona muchas aplicabilidades en dispositivos portátiles, electrónica plegable y lo que ello implicaría en el campo médico, a fin de mejorar nuestra salud.
El Dióxido de grafeno en el campo medico
Aparte de las aplicaciones antes mencionadas, el grafeno se está estudiando ampliamente en la investigación biomédica. Ya que, se utiliza en la administración de fármacos/genes y en el desarrollo de andamios biocompatibles para cultivos celulares y en sensores biológicos para detectar biomoléculas.
Los científicos han descubierto que el dióxido de grafeno que se sintetiza mediante la oxidación rápida del grafito, es un nanoportador ideal para la administración eficiente de fármacos/genes.
Por ejemplo: la terapia génica es un enfoque novedoso utilizado en el tratamiento de trastornos genéticos, como la enfermedad de Parkinson, la fibrosis quística y el cáncer.
Debido a las propiedades únicas, los derivados de grafeno, por ejemplo, dióxido de grafeno reducido y grafeno dopado, se han utilizado para la detección de biomoléculas, como aminoácidos, dopamina, trombina y oligonucleótidos. Los biosensores basados en dióxido de grafeno también se utilizan para identificar el ADN.
Además, los científicos han utilizado dióxido de grafeno para obtener bioimágenes de la captación celular de dióxido de grafeno modificado con polietilenglicol durante la administración de fármacos.
Pero, si el óxido de grafeno va a tener un papel productivo en las tecnologías biomédicas, sus efectos toxicológicos deben evaluarse sistemáticamente.
Es seguro el Dióxido de grafeno para el uso en humanos
Hasta ahora, son muy poco los estudios, pero las investigaciones han demostrado que:
Los científicos han realizado varios estudios nanotoxicológicos para determinar los factores de riesgo asociados a las aplicaciones del grafeno y sus derivados. Determinaron el perfil toxicológico de las nanoláminas de grafeno en modelos de bacterias grampositivas y gramnegativas.
Estos estudios han demostrado que el grafeno daña las membranas de las células bacterianas a través del contacto directo con los bordes afilados de las nanoparedes.
Sin embargo, los estudios han demostrado que el grafeno tiene una baja toxicidad sobre los macrófagos luminales y las células epiteliales.
Algunos de los factores determinantes clave de la toxicidad del grafeno para los glóbulos rojos humanos y los fibroblastos de la piel son el estado de las partículas, el tamaño de las partículas y el contenido de oxígeno del grafeno.
Además, los grupos funcionales presentes en la superficie de las nanoestructuras del dióxido de grafeno juegan un papel vital en la inducción de citotoxicidad.
Consecuencias de la acumulación de dióxido de grafeno en humanos a largo plazo
La introducción de nanomateriales de carbono en los cuerpos humanos podría dar lugar a su acumulación en los tejidos o dificultad para su eliminación por excreción.
En caso de acumulación, podría afectar el buen funcionamiento de los órganos humanos. Además, es importante determinar si una persona expuesta al grafeno induce una respuesta inmune o causa inflamación.
Una de las principales preocupaciones de las plaquetas nanoscópicas de materiales a base de grafeno es su estructura delgada, liviana y resistente, que provoca un efecto perjudicial cuando se inhala.
Los científicos han afirmado que las escamas de carbono podrían transportarse profundamente dentro de los tejidos pulmonares, lo que podría inducir respuestas inflamatorias crónicas o inhibir las funciones celulares normales.
Asimismo, los científicos también han concluido que, dado que la piel es la primera interfaz entre el cuerpo y el entorno, está más expuesta a los materiales de grafeno. El impacto del grafeno en la piel depende de su tamaño y propiedades fisicoquímicas.
Varios estudios han indicado que la exposición a una alta concentración de grafeno y sus derivados durante un período prolongado provoca daños en la membrana, lo que indica una baja toxicidad para las células de la piel.
¿Se podría aplacar la nanotoxicidad basada en grafeno?
Varios estudios han demostrado que la toxicidad relacionada con Dióxido de grafeno se puede reducir alterando los grupos funcionales de la superficie y enmascarando los grupos funcionales oxigenados con un polímero biocompatible.
Por ejemplo, un estudio in vitro reveló que, al compararse una muestra de dióxido de grafeno con otra, modificada con polivinilpirrolidona presenta una menor inmunogenicidad.
Biodegradación del Dióxido de grafeno
Los investigadores han examinado la biodegradación del óxido de grafeno por una enzima humana, la mieloperoxidasa.
E increíblemente se ha demostrado que la mieloperoxidasa, la cual derivada de los glóbulos blancos humanos en presencia de una baja concentración de peróxido de hidrógeno, puede metabolizar completamente el óxido de grafeno en el caso de muestras muy dispersas.
Sin embargo, también encontraron que las suspensiones altamente agregadas de óxido de grafeno no se biodegradan fácilmente en presencia de mieloperoxidasa, pero la enzima es capaz de descomponer por completo los fluidos más estables.
Los investigadores afirman que estos estudios demuestran la descomposición completa del óxido de grafeno por la mieloperoxidasa, y los resultados indican que la inhalación accidental de óxido de grafeno presenta un riesgo de inflamación pulmonar, pero puede llegar a ser manejable para la salud en humanos y otras especies.
No obstante, aún se tienen muchas dudas acerca de la conversión de materiales a base de grafeno en biomateriales clínicamente seguros para aplicaciones biomédicas y también se juzga mucho la biodegradabilidad de los mismo.
A pesar de ello, aun se continúan haciendo investigaciones que puedan proporcionar un método para la eliminación ambientalmente segura de materiales a base de grafeno.
Dichos estudios también podrían orientarse al desarrollo de transportadores basados en grafeno biocompatibles para el suministro de moléculas bioactivas.
¿El grafeno en colchones es tóxico?
La toxicidad del grafeno, incluido en productos como colchones, depende de varios factores y aún está bajo investigación. El grafeno tiene la capacidad de pasar a través de barreras biológicas en el cuerpo humano debido a su tamaño nanométrico, pudiendo alcanzar órganos profundos y causar retención en diferentes grados. Los estudios han mostrado que puede tener efectos tóxicos variados dependiendo de cómo y en qué cantidad ingrese al cuerpo, ya sea por inhalación, contacto con la piel o ingestión【Fuente】.
La seguridad del grafeno también varía significativamente según sus propiedades específicas, como el número de capas, el tamaño, y la proporción de átomos de carbono a oxígeno. Esto hace que sea difícil realizar declaraciones generales sobre su seguridad. Aunque se ha investigado su potencial para aplicaciones en muchos sectores debido a sus propiedades únicas, aún existen lagunas en el conocimiento sobre cómo afecta a los sistemas biológicos y al medio ambiente. Se están llevando a cabo estudios para evaluar de manera más completa su seguridad, pero se necesita más investigación para llenar los vacíos existentes en el conocimiento actual【Fuente】.
En resumen, si bien el grafeno es un material prometedor con muchas aplicaciones potenciales, su seguridad, especialmente en productos como colchones, no se puede garantizar de manera absoluta en este momento. Será importante seguir las futuras investigaciones y evaluaciones de seguridad para comprender mejor cómo el grafeno y los materiales basados en grafeno interactúan con el cuerpo humano y el medio ambiente.
Conclusión
El mecanismo detallado para la biodegradación del óxido de grafeno es un tema para una mayor investigación, pero los hallazgos de los últimos estudios no son muy claros.
Sin embargo, de lo que se sabe hasta ahora, se puede decir que, el dióxido de grafeno se degrada en presencia de peróxido de hidrógeno, en una reacción catalizada por la enzima mieloperoxidasa.
El grado de degradación depende de la estabilidad coloidal de la suspensión, lo que indica que la naturaleza hidrófila del óxido de grafeno es un factor clave en su degradación por enzimas.
Por lo tanto, se debe considerar la estabilidad coloidal al diseñar materiales de óxido de grafeno para aplicaciones biomédicas.
Sin embargo, no hay que olvidar, que otras investigaciones han apuntado a que, el dióxido de grafeno puede, en algunas situaciones, dañar las células vivas y atenuar la respuesta inmunitaria.
Pero, cuando se consideran en conjunto, los resultados de diversos experimentos realizados hasta la fecha no son concluyentes y, en algunos casos, son contradictorios.
Por lo tanto, aun queda mucho que avanzar, pero es importante estar informado ya que implica nuestra salud y la del medio ambiente.