Lorsque le chimiste de l'environnement et des sols Baoshan Xing de l'Université du Massachusetts à Amherst a commencé à lire en 2014 qu'un nouveau un matériau bidimensionnel connu sous le nom de phosphore noir en couches (BP) attirait l'attention des chercheurs biomédicaux pour une utilisation dans les systèmes d'administration de médicaments et la thérapie photothermique des tumeurs, il était à la fois intrigué et inquiet.

"Je ne suis pas seulement un chimiste des sols, mais un chimiste environnemental, " note-t-il. " En tant qu'agronomes, nous connaissons très bien le phosphore mais je n'avais jamais entendu parler du phosphore noir bidimensionnel. Alors on lit tous les bons articles sur le phosphore noir, puis, en tant que chimistes de l'environnement, nous avons commencé à poser des questions sur la toxicité des nanoparticules. Vous devez faire attention à l'endroit où vous mettez de tels matériaux dans le corps humain."

Dans une récente couverture du journal, Petit , son ancien stagiaire postdoctoral, Qing Zhao, actuellement professeur à l'Institut d'écologie appliquée de l'Académie chinoise des sciences, et Xing rapportent les résultats des tests de toxicité pour différentes épaisseurs de BP en couches dans trois lignées cellulaires. Brièvement, ils ont trouvé une perturbation de l'intégrité de la membrane cellulaire liée à la taille des particules de BP en couches, plus une cytotoxicité dépendante de la concentration et du type cellulaire.

Xing dit, « Nous sommes parmi les premiers à travailler avec ce matériau, en particulier en ce qui concerne ses implications environnementales. » Lui et ses collègues insistent sur le fait qu'une « compréhension approfondie de la cytotoxicité de BP est de la plus haute importance » pour fournir des données utiles pour l'évaluation des risques et des applications biomédicales sûres.

Les chercheurs reconnaissent que le nouveau matériau, qui est collecté sous forme d'échantillons minces à partir de cristaux de phosphore par une technique dite exfoliante, C'est, raser des couches d'épaisseurs différentes, a "des propriétés optiques et électriques uniques, " ce qui pourrait en faire " un candidat prometteur pour un véhicule efficace d'administration de médicaments et une thérapie photothermique/photodynamique dans le traitement d'une variété de cancers ".

Xing dit, "Je me souviens quand le graphène monocouche a suscité une grande excitation dans la communauté des chercheurs il y a une décennie, et je pense que les gens s'enthousiasment maintenant pour une seule couche de phosphore noir, qu'il pourrait avoir de nombreuses applications passionnantes. » Mais les deux matériaux diffèrent beaucoup par leur structure monocouche, il ajoute, où le graphène monocouche est parfaitement plat, BP exfolié a une structure en zigzag.

Zhao, Xing et leurs collègues soulignent que les études de toxicité de la BP en couches menées à ce jour ont utilisé des réactifs de viabilité, qui peuvent interférer avec les résultats de cytotoxicité. Par contre, ils ont utilisé un sans étiquette, technique d'analyse cellulaire en temps réel (RTCA) qui ne nécessite aucun réactif de viabilité fluorescent ou colorimétrique.

Dosage de la toxicité de la BP en couches dans trois types de cellules, cellules fibroblastiques de souris (NIH 3T3), cellules épithéliales coliques humaines (HCoEpiC) et cellules rénales embryonnaires humaines (293T), l'équipe de recherche UMass Amherst et chinoise a découvert que la cytotoxicité du BP en couches est basée sur le fait qu'il génère des espèces réactives de l'oxygène (ROS). Les ROS sont parmi les agents les plus puissants connus pour endommager les cellules. La BP en couches perturbe également l'intégrité de la membrane cellulaire d'une manière dépendante de la taille des particules. "Plus la BP est grande, moins d'intégrité de la membrane sera conservée, " notent-ils.

Plus loin, ils disent que les valeurs IC50 de BP en couches peuvent différer des dizaines de fois en fonction de la taille des particules et du type de cellule. Les valeurs IC50 font référence à une mesure de l'efficacité d'un matériau à inhiber une fonction biologique spécifique. Xing et ses collègues insistent sur le fait qu'"une attention particulière doit être accordée à la taille de la PA en couches et aux types de lignées cellulaires cibles pour son application dans le domaine biomédical".

Ils ajoutent, « Une étude plus approfondie est sans doute nécessaire pour explorer en profondeur les mécanismes de cytotoxicité, " et que " compte tenu des résultats de notre présente étude, les mécanismes de la cytotoxicité de BP sont étonnamment compliqués et ont des implications significatives pour l'évaluation des risques et les applications biomédicales sûres de BP."

Ils prévoient de poursuivre avec d'autres expériences pour tester leur hypothèse selon laquelle la PA en couches, avec ses propriétés électriques inhabituelles, pourrait s'avérer utile pour éliminer les produits chimiques chargés positivement et négativement et les contaminants organiques de l'eau.