Crédit :iStock
Le graphène a été salué comme le matériau du futur. Jusqu'à présent, cependant, on sait peu si et comment le graphène affecte notre santé s'il pénètre dans le corps. Une équipe de chercheurs de l'Empa et de l'Institut Adolphe Merkle (AMI) de Fribourg vient de mener les premières études sur un modèle pulmonaire tridimensionnel pour examiner le comportement du graphène et des matériaux de type graphène une fois inhalés.
traction, indéchirable, hautement élastique et électriquement conducteur :le graphène possède un éventail surprenant de propriétés extraordinaires, qui permettent des applications révolutionnaires dans une vaste gamme de domaines. Ce n'est pas par hasard que l'UE a lancé le projet Graphene Flagship, qui bénéficie d'un milliard d'euros de financement et est la plus grande initiative de recherche européenne. Dans le cadre de cet énorme projet, L'Empa apporte également son expertise, puisque les aspects potentiels de la santé et l'impact sur l'organisme humain jouent également un rôle clé dans le cadre de cette recherche paneuropéenne sur le graphène.
Ces activités ont donné naissance à un projet supplémentaire financé par le Fonds national suisse de la recherche scientifique (FNS), qui a été récemment lancé à l'Empa et à l'AMI. Il s'agit d'utiliser un modèle de poumon cellulaire en 3D, à l'aide de quoi les chercheurs espèrent découvrir quel impact le graphène et les matériaux de type graphène pourraient avoir sur le poumon humain dans des conditions aussi réalistes que possible. Ce n'est pas une mince affaire :après tout, tout le graphène n'est pas le même. Selon la méthode de production et le traitement, une vaste gamme de formes et de spectres de qualité du matériau se dégage, qui à son tour peut déclencher différentes réponses dans le poumon
Les cultures cellulaires tridimensionnelles « inhalent » des particules
L'équipe de recherche dirigée par Peter Wick, Tina Bürki et Jing Wang de l'Empa et Barbara Rothen-Rutishauser et Barbara Drasler de l'AMI ont récemment publié leurs premiers résultats dans la revue Carbone . Grâce au modèle pulmonaire 3D, les chercheurs ont réussi à simuler de manière aussi réaliste que possible les conditions réelles de la barrière hémato-air et l'impact du graphène sur le tissu pulmonaire, sans aucun test sur les animaux ou les humains. C'est un modèle cellulaire représentant les alvéoles pulmonaires. Les tests in vitro conventionnels fonctionnent avec des cultures cellulaires d'un seul type de cellule - le modèle pulmonaire nouvellement établi, d'autre part, porte trois types cellulaires différents, qui simulent les conditions à l'intérieur du poumon, à savoir les cellules épithéliales alvéolaires et deux types de cellules immunitaires - les macrophages et les cellules dendritiques.
Le modèle pulmonaire à l'Institut Adolphe Merkle (AMI) de Fribourg. Crédit :AMI
Un autre facteur qui a pratiquement été ignoré dans les tests in vitro jusqu'à présent est le contact avec des particules de graphène en suspension dans l'air. D'habitude, les cellules sont cultivées dans une solution nutritive dans une boîte de Pétri et exposées à des matériaux, comme le graphène, sous cette forme. En réalité, cependant, c'est-à-dire au niveau de la barrière pulmonaire, c'est une toute autre histoire. "L'organisme humain entre généralement en contact avec des particules de graphène par la respiration, " explique Tina Bürki du laboratoire d'interactions particules-biologie de l'Empa.
En d'autres termes, les particules sont inhalées et touchent directement le tissu pulmonaire. Le nouveau modèle de poumon est conçu de telle sorte que les cellules reposent sur une membrane filtrante poreuse à l'interface air-liquide et que les chercheurs vaporisent des particules de graphène sur les cellules pulmonaires à l'aide d'un nébuliseur afin de simuler le processus dans le corps. le plus près possible. La culture cellulaire tridimensionnelle « respire » ainsi efficacement la poussière de graphène.
Aucun dommage aigu découvert
Ces tests avec le modèle pulmonaire 3-D ont maintenant donné les premiers résultats. Les chercheurs ont pu prouver qu'aucun dommage aigu n'est causé au poumon si les cellules épithéliales pulmonaires entrent en contact avec de l'oxyde de graphène (GO) ou des nanoplaquettes de graphène (GNP). Cela inclut des réponses telles que la mort cellulaire soudaine, stress oxydatif ou inflammation.
Afin de suivre également les changements chroniques dans le corps, le projet FNS a une durée de trois ans; des études à long terme utilisant le modèle pulmonaire sont les prochaines à l'ordre du jour. Outre les particules de graphène pur, Wick et son équipe exposent également les cellules pulmonaires à des particules de graphène frottées faites de matériaux composites, qui sont classiquement utilisés pour renforcer les polymères.
Jing Wang du laboratoire Advanced Analytical Technologies de l'Empa est également impliqué. Afin d'estimer le nombre de particules de graphène auxquelles les humains sont exposés de manière aussi réaliste que possible, Wang étudie et quantifie l'abrasion des matériaux composites. Sur la base de ces données, l'équipe expose le modèle pulmonaire 3D à des conditions réalistes et est capable de faire des prédictions concernant la toxicité à long terme du graphène et des matériaux de type graphène.
