Evaluación de la toxicidad y el potencial de los materiales basados en grafeno

Una revisión detallada de la toxicidad y el potencial de los materiales basados en grafeno, destacando la importancia de una evaluación cuidadosa de su seguridad antes de su aplicación en entornos clínicos y tecnológicos.

Introducción

Los materiales basados en grafeno, incluyendo el óxido de grafeno (OG) y los nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWCNT), han atraído una atención significativa debido a sus propiedades físicas, químicas y mecánicas excepcionales. Estas características han impulsado su uso potencial en una variedad de aplicaciones, desde la biomedicina hasta la electrónica y la energía. Sin embargo, junto con este interés surge la necesidad de evaluar rigurosamente su biocompatibilidad y toxicidad para garantizar la seguridad en su uso. Este artículo revisa estudios clave sobre la toxicidad de estos materiales, abordando investigaciones tanto in vitro como in vivo.

Propiedades de los materiales basados en grafeno

• Características físico-químicas El grafeno es una lámina bidimensional de átomos de carbono dispuestos en una estructura hexagonal. Esta estructura confiere al grafeno una serie de propiedades únicas, como alta conductividad eléctrica y térmica, gran resistencia mecánica y alta superficie específica. El óxido de grafeno (OG) es una forma derivada del grafeno que incluye grupos funcionales oxigenados, lo que mejora su dispersión en soluciones acuosas y su capacidad para interaccionar con otros compuestos. Los nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWCNT) consisten en varias capas concéntricas de grafeno enrolladas, lo que les proporciona una alta resistencia mecánica y conductividad eléctrica. Ambos materiales han sido objeto de numerosas investigaciones debido a su potencial en diversas aplicaciones tecnológicas y biomédicas.

Evaluación de la toxicidad del óxido de grafeno y nanotubos de carbono

• Toxicidad del óxido de grafeno
• Estudios in vitro Chen et al. (2012) llevaron a cabo una investigación exhaustiva sobre la toxicidad del OG y los MWCNT en células humanas y en embriones de pez cebra. En sus estudios in vitro, los autores encontraron que la exposición al OG y a los MWCNT provoca una reducción significativa en la viabilidad celular en varios tipos de células humanas. Este efecto es dosis-dependiente y varía según el tipo de célula. El mecanismo de toxicidad identificado incluye la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS), que induce estrés oxidativo y daño celular. Los autores también observaron que las nanopartículas de OG y MWCNT pueden causar daño a la membrana celular y alteraciones en la morfología celular.
• Estudios in vivo En los estudios in vivo utilizando embriones de pez cebra, Chen et al. (2012) demostraron que la exposición a concentraciones elevadas de OG y MWCNT provoca malformaciones y un desarrollo anormal. Estos efectos incluyen deformaciones en la columna vertebral y anomalías en el desarrollo del corazón y otros órganos. Los resultados sugieren que tanto el OG como los MWCNT pueden atravesar barreras biológicas y causar efectos adversos sistémicos.
• Comparación con otros estudios Jastrzębska et al. (2012) revisaron investigaciones recientes sobre la toxicidad de los materiales de la familia del grafeno. Su revisión abarcó estudios que evalúan la interacción del grafeno y sus derivados con diversos sistemas biológicos. Los autores concluyeron que la toxicidad de estos materiales depende en gran medida de su tamaño, morfología, estado de agregación y funcionalización química. La presencia de grupos funcionales oxigenados en el OG, por ejemplo, puede aumentar su reactividad química y, por ende, su toxicidad.

Evaluación de la toxicidad en células pulmonares humanas

Vallabani et al. (2011) investigaron la toxicidad del grafeno en células pulmonares humanas (BEAS-2B). Este estudio es crucial dado que los pulmones son un posible punto de entrada para las nanopartículas de grafeno debido a su uso potencial en aplicaciones que implican la inhalación. Los hallazgos indicaron una disminución significativa en la viabilidad celular asociada con la generación de ROS y la inducción de apoptosis.

Estos resultados destacan la necesidad de evaluar cuidadosamente la exposición inhalatoria a estos materiales.

Potencial del grafeno

• Propiedades antivirales y antibacterianas Srivastava et al. (2020) revisaron el potencial de los materiales basados en grafeno para combatir (¿o inducir?) el COVID-19. Las propiedades antivirales y antibacterianas del grafeno y el OG se han investigado en el contexto de su capacidad para inactivar patógenos mediante mecanismos físicos y químicos. La alta superficie específica del grafeno permite la adsorción efectiva de virus y bacterias, mientras que los grupos funcionales oxigenados en el OG pueden interactuar con los componentes de la envoltura viral, desestabilizándola.
• Aplicaciones en diagnóstico y terapia El artículo de Srivastava et al. también discute las aplicaciones potenciales del grafeno en el diagnóstico y tratamiento del COVID-19. Los biosensores basados en grafeno pueden ofrecer alta sensibilidad y especificidad para la detección del SARS-CoV-2, mientras que las plataformas de administración de fármacos utilizando OG pueden mejorar la entrega y eficacia de terapias antivirales. Estas aplicaciones podrían ser fundamentales para el control y tratamiento de la pandemia.

Seguridad y toxicidad

A pesar de sus beneficios potenciales, Srivastava et al. enfatizan la importancia de evaluar la seguridad y toxicidad de los materiales basados en grafeno antes de su aplicación en entornos clínicos. La revisión destaca la necesidad de estudios adicionales para comprender completamente los efectos a largo plazo de la exposición a estos materiales en la salud humana.

Factores determinantes de la toxicidad

• Tamaño y forma de las partículas El tamaño y la forma de las nanopartículas de grafeno son factores críticos que afectan su toxicidad. Las partículas más pequeñas tienen una mayor área superficial por unidad de masa, lo que puede aumentar su reactividad química y biológica. Además, la morfología de las partículas influye en su capacidad para interactuar con las membranas celulares y penetrar en las células.
• Dosis y duración de la exposición La toxicidad del grafeno y sus derivados también está estrechamente relacionada con la dosis y la duración de la exposición. Los estudios han mostrado que concentraciones elevadas de estos materiales pueden ser más tóxicas, mientras que exposiciones prolongadas a bajas concentraciones pueden resultar en acumulación y efectos adversos crónicos.
• Modificaciones químicas Las modificaciones químicas, como la funcionalización del grafeno con grupos poliméricos o biomoléculas, pueden alterar su biocompatibilidad y toxicidad. Estas modificaciones pueden reducir la generación de ROS y mejorar la dispersión del grafeno en medios biológicos, pero también pueden introducir nuevas vías de toxicidad. Es esencial evaluar cómo estas modificaciones afectan las interacciones del grafeno con los sistemas biológicos.

Conclusiones

Los materiales basados en grafeno, incluyendo el OG y los MWCNT, presentan un potencial significativo para aplicaciones biomédicas y tecnológicas debido a sus propiedades únicas. Sin embargo, su toxicidad es un factor crítico que debe ser cuidadosamente evaluado. Los estudios revisados indican que la toxicidad del grafeno depende de múltiples factores, incluyendo su tamaño, forma, concentración y modificaciones químicas.

• Los materiales basados en grafeno, como el óxido de grafeno (OG) y los nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWCNT), poseen propiedades únicas y aplicaciones prometedoras.
• La toxicidad de estos materiales depende de su tamaño, forma, concentración y modificaciones químicas.
• La exposición al OG y los MWCNT puede causar citotoxicidad y estrés oxidativo en células humanas y embriones de pez cebra.
• Los estudios in vivo sugieren que estos materiales pueden atravesar barreras biológicas y causar efectos sistémicos adversos.
• El grafeno tiene potencial para aplicaciones en el combate al COVID-19, pero su seguridad debe ser evaluada cuidadosamente.
• Es esencial seguir investigando para entender completamente los efectos a largo plazo de la exposición a estos materiales y desarrollar estrategias para mitigar su toxicidad.

"Potential of Graphene-Based Materials to Combat COVID-19: Properties, Perspectives, and Prospects" de Srivastava et al. (2020)

Introducción

El artículo de Srivastava et al. (2020) explora las propiedades y el potencial de los materiales basados en grafeno (GBMs) para combatir la pandemia de COVID-19. Estos materiales han atraído una atención considerable debido a sus excepcionales propiedades físicas, químicas y biológicas. Este artículo revisa cómo los GBMs pueden ser aplicados en la detección, prevención y tratamiento del COVID-19.

Propiedades de los materiales basados en grafeno

• Propiedades físico-químicas Los materiales basados en grafeno, incluyendo el grafeno puro, el óxido de grafeno (OG) y el óxido de grafeno reducido (rGO), presentan una serie de propiedades notables:
• Alta Conductividad Eléctrica: Facilita el desarrollo de biosensores electroquímicos.
• Gran Área Superficial: Permite la adsorción eficiente de biomoléculas.
• Propiedades Antimicrobianas: Capacidad para inactivar bacterias y virus mediante mecanismos físicos y químicos.
• Flexibilidad y Resistencia Mecánica: Utilidad en la fabricación de materiales protectores y dispositivos portátiles.

Aplicaciones de los materiales basados en grafeno en el combate del COVID-19

• Detección del SARS-CoV-2 (¿autodetección?)
• Biosensores basados en grafeno Los GBMs se utilizan para desarrollar biosensores altamente sensibles y específicos para la detección del SARS-CoV-2. Estos sensores aprovechan la conductividad eléctrica del grafeno para transducir señales biológicas en señales eléctricas detectables. Los tipos de biosensores incluyen:
• Biosensores Electroquímicos: Utilizan electrodos modificados con GBMs para detectar proteínas virales o material genético del virus.
• Biosensores de Campo Cercano: Emplean la alta conductividad y la superficie específica del grafeno para mejorar la sensibilidad y reducir el tiempo de respuesta.
• Prevención de la infección
• Mascarillas y equipos de protección personal (EPP) Los GBMs se han incorporado en mascarillas y otros EPP para mejorar su capacidad de filtración y proporcionar propiedades antimicrobianas adicionales. Las mascarillas impregnadas con OG o rGO pueden inactivar virus y bacterias mediante la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) y la desestabilización de las membranas de los patógenos. Estos materiales también mejoran la comodidad y la eficiencia de filtración del EPP.
• Recubrimientos antivirales Los recubrimientos basados en grafeno se aplican en superficies de alto contacto para reducir la transmisión del SARS-CoV-2. Estos recubrimientos son efectivos para inactivar el virus y otros patógenos, manteniendo las superficies limpias durante períodos prolongados. Su aplicación en hospitales, transporte público y otros entornos críticos puede ayudar a reducir la propagación del COVID-19.
• Tratamiento del COVID-19
• Sistemas de administración de fármacos Los GBMs, especialmente el OG y el rGO, se investigan como plataformas para la administración de fármacos antivirales. Estos materiales pueden mejorar la solubilidad, estabilidad y biodisponibilidad de los medicamentos, permitiendo una liberación controlada y dirigida. Esto es particularmente útil para fármacos como el remdesivir y otros tratamientos emergentes para el COVID-19.
• Terapias fototérmicas y fotodinámicas El grafeno y sus derivados pueden ser utilizados en terapias fototérmicas y fotodinámicas para inactivar el SARS-CoV-2. Estas terapias aprovechan las propiedades de absorción de luz del grafeno para generar calor o ROS cuando se exponen a ciertos tipos de luz, lo que puede destruir el virus en las superficies infectadas o en el cuerpo humano.

Desafíos y consideraciones de seguridad

• Evaluación de la toxicidad Aunque los GBMs presentan numerosos beneficios, su toxicidad potencial debe ser cuidadosamente evaluada antes de su aplicación generalizada. Los estudios han mostrado que la toxicidad de estos materiales depende de varios factores, incluyendo su tamaño, forma, concentración y modificaciones químicas. Es esencial realizar investigaciones exhaustivas para garantizar la seguridad de los GBMs en aplicaciones biomédicas.
• Regulación y normativas La implementación de GBMs en productos relacionados con la salud requiere el cumplimiento de estrictas normativas y regulaciones. Los fabricantes deben demostrar la seguridad y eficacia de estos materiales a través de ensayos clínicos y pruebas de laboratorio antes de recibir la aprobación regulatoria. La colaboración entre científicos, ingenieros y reguladores es crucial para acelerar el desarrollo y la adopción de tecnologías basadas en grafeno para combatir el COVID-19.

Conclusiones

• Resumen 
• Propiedades Físico-Químicas del Grafeno: Alta conductividad eléctrica, gran área superficial, propiedades antimicrobianas y resistencia mecánica.
• Aplicaciones en Detección del SARS-CoV-2: Desarrollo de biosensores electroquímicos y de campo cercano con alta sensibilidad y rapidez.
• Prevención de la Infección: Mascarillas y EPP mejorados con grafeno, recubrimientos antivirales para superficies de alto contacto.
• Tratamiento del COVID-19: Sistemas de administración de fármacos basados en grafeno, terapias fototérmicas y fotodinámicas para inactivar el virus.
• Desafíos y Consideraciones de Seguridad: Evaluación de la toxicidad y cumplimiento de regulaciones estrictas para garantizar la seguridad y eficacia de los GBMs.

El potencial de los materiales basados en grafeno para combatir / (inducir, exacerbar) el COVID-19 es vasto y prometedor. Estos materiales ofrecen soluciones innovadoras para la detección, prevención y tratamiento de la enfermedad. Sin embargo, es crucial abordar los desafíos relacionados con la toxicidad y la regulación para garantizar su implementación segura y efectiva en entornos clínicos y públicos. La colaboración interdisciplinaria y la investigación continua son esenciales para realizar plenamente el potencial de los GBMs en la lucha contra la pandemia.

Chen et al. (2012) Toxicidad del óxido de grafeno y los nanotubos de carbono de paredes múltiples

Introducción

El estudio de Chen et al. (2012) investiga la toxicidad del óxido de grafeno (OG) y los nanotubos de carbono de paredes múltiples (MWCNT) en células humanas y embriones de pez cebra. Este estudio es fundamental para comprender los riesgos potenciales asociados con la exposición a estos nanomateriales, que han mostrado un gran potencial en aplicaciones tecnológicas y biomédicas. A continuación, se detallan los hallazgos clave de este estudio.

Diseño experimental y metodología

• Evaluación in vitro en células humanas Chen et al. llevaron a cabo estudios in vitro utilizando varias líneas celulares humanas para evaluar la viabilidad celular tras la exposición a diferentes concentraciones de OG y MWCNT. Las líneas celulares incluyeron células epiteliales pulmonares humanas (BEAS-2B) y células hepáticas (HepG2), que son representativas de los principales órganos susceptibles a la exposición a nanopartículas.
• Evaluación in vivo en embriones de pez cebra Para los estudios in vivo, los embriones de pez cebra fueron expuestos a concentraciones variables de OG y MWCNT. El pez cebra es un modelo ampliamente utilizado en estudios toxicológicos debido a su rápido desarrollo, transparencia embrionaria y similitud genética con los humanos.
• Técnicas de evaluación Se emplearon diversas técnicas para evaluar la toxicidad, incluyendo ensayos de viabilidad celular (MTT), generación de especies reactivas de oxígeno (ROS), daño a la membrana celular (LDH), y observación de malformaciones y mortalidad en embriones de pez cebra. 

Resultados 

• Toxicidad del óxido de grafeno en células humanas
• Viabilidad celular y generación de ROS El estudio encontró que la exposición al OG redujo significativamente la viabilidad celular en las líneas celulares humanas de manera dosis-dependiente. Las concentraciones más altas de OG resultaron en una mayor generación de ROS, lo que sugiere que el estrés oxidativo es un mecanismo clave de citotoxicidad.
• Daño a la membrana celular Se observó un aumento en la liberación de LDH, un marcador de daño a la membrana celular, en células expuestas a OG. Este hallazgo indica que el OG puede causar daño estructural a las células, comprometiendo la integridad de la membrana celular.
• Toxicidad de los MWCNT en células humanas
• Viabilidad celular y generación de ROS Similar al OG, los MWCNT también mostraron una reducción significativa en la viabilidad celular con una correlación positiva con la dosis. La generación de ROS fue notablemente alta en células tratadas con MWCNT, indicando que el estrés oxidativo es igualmente un mecanismo de toxicidad en este caso.
• Efectos en diferentes tipos de células Aunque ambos tipos de células mostraron susceptibilidad a los MWCNT, las células hepáticas (HepG2) demostraron una mayor resistencia relativa comparada con las células epiteliales pulmonares (BEAS-2B). Esto puede deberse a diferencias en las características celulares y su capacidad para manejar el estrés oxidativo.

Toxicidad del óxido de grafeno y MWCNT en embriones de pez cebra

• Malformaciones y mortalidad Los embriones de pez cebra expuestos a altas concentraciones de OG y MWCNT mostraron un aumento significativo en malformaciones y mortalidad. Las deformaciones incluyeron curvatura anormal de la columna vertebral, edema pericárdico y anormalidades en el desarrollo del corazón.
• Efectos dosis-dependientes La severidad de las malformaciones y la tasa de mortalidad fueron directamente proporcionales a las concentraciones de OG y MWCNT. Este resultado subraya la importancia de la concentración en la evaluación de la toxicidad de los nanomateriales.

Comparación entre óxido de grafeno y MWCNT

• Mecanismos de toxicidad Aunque ambos materiales provocaron efectos adversos significativos, el OG tendió a generar un mayor nivel de ROS en comparación con los MWCNT. Esto sugiere que el OG puede ser más reactivo químicamente, lo que podría explicar su mayor capacidad para inducir estrés oxidativo.
• Interacciones con células y tejidos El estudio también observó que los MWCNT tienden a agruparse y formar aglomerados en medios biológicos, lo que podría influir en su biodisponibilidad y mecanismo de acción. Por otro lado, el OG mostró una mejor dispersión, lo que podría facilitar una mayor interacción con células y tejidos.

Discusión y relevancia de los hallazgos

• Implicaciones para la salud humana Los resultados indican que tanto el OG como los MWCNT tienen el potencial de causar efectos tóxicos significativos en células humanas y organismos modelo. Estos hallazgos son especialmente relevantes dado el creciente uso de estos nanomateriales en diversas aplicaciones industriales y biomédicas.
• Consideraciones para el diseño de nanomateriales El estudio sugiere que la modificación de la superficie y el control de la dispersión de los nanomateriales podrían ser estrategias clave para mitigar su toxicidad. La funcionalización química del grafeno y los nanotubos de carbono podría reducir la generación de ROS y mejorar la biocompatibilidad.
• Necesidad de evaluaciones toxicológicas rigurosas Estos hallazgos subrayan la necesidad de realizar evaluaciones toxicológicas rigurosas antes de la implementación generalizada de OG y MWCNT en productos comerciales. Es crucial comprender los mecanismos de toxicidad y los efectos a largo plazo para garantizar la seguridad de estos materiales.

Conclusiones

• Toxicidad del Óxido de Grafeno: Reducción significativa de la viabilidad celular y generación elevada de ROS en células humanas; daño a la membrana celular y aumento de LDH.
• Toxicidad de los MWCNT: Reducción de la viabilidad celular y generación de ROS, con variaciones en la susceptibilidad entre diferentes tipos de células; formación de aglomerados en medios biológicos.
• Efectos en Embriones de Pez Cebra: Malformaciones y aumento de la mortalidad en embriones expuestos a altas concentraciones de OG y MWCNT, con efectos dosis-dependientes.
• Comparación entre OG y MWCNT: El OG mostró una mayor generación de ROS y mejor dispersión, mientras que los MWCNT tendieron a formar aglomerados.

Los resultados de este estudio proporcionan una base sólida para futuras investigaciones sobre la toxicidad de los nanomateriales basados en grafeno. Es esencial desarrollar estrategias para minimizar los riesgos asociados con su uso y maximizar sus beneficios en aplicaciones tecnológicas y biomédicas. La investigación continua en la modificación y funcionalización de estos materiales será clave para avanzar en su seguridad y eficacia.

Jastrzębska et al. (2012) Toxicidad de los Materiales de la Familia del Grafeno

Introducción

El artículo de Jastrzębska et al. (2012) proporciona una revisión exhaustiva de los estudios recientes sobre la toxicidad de los materiales de la familia del grafeno (GFMs). Estos materiales incluyen el grafeno, el óxido de grafeno (OG), el óxido de grafeno reducido (rGO) y otros derivados funcionalizados. A medida que estos nanomateriales encuentran aplicaciones en diversas áreas, desde la electrónica hasta la biomedicina, es crucial comprender sus posibles efectos adversos sobre la salud y el medio ambiente. Este artículo resume los hallazgos clave en la toxicidad de los GFMs, basados en investigaciones in vitro e in vivo.

Propiedades y características de los materiales de la familia del grafeno

• Estructura y funcionalización Los GFMs comparten una estructura base de láminas de átomos de carbono dispuestos en un patrón hexagonal, pero difieren en su nivel de oxidación y funcionalización. Estas diferencias estructurales afectan significativamente sus propiedades fisicoquímicas y biológicas.
• Grafeno: Forma más pura, con alta conductividad eléctrica y térmica.
• Óxido de Grafeno (OG): Contiene grupos funcionales oxigenados, lo que le confiere propiedades hidrofílicas y mayor reactividad química.
• Óxido de Grafeno Reducido (rGO): Producto de la reducción del OG, con propiedades intermedias entre el grafeno y el OG.

Toxicidad in vitro

• Efectos sobre células humanas y animales
• Citotoxicidad y viabilidad celular Numerosos estudios han evaluado la citotoxicidad de los GFMs en diferentes tipos de células, incluyendo células pulmonares, hepáticas y neuronales. Los hallazgos indican una variabilidad en la respuesta citotóxica, influenciada por factores como la concentración del material, el tiempo de exposición y el tipo de célula.
• Grafeno: Estudios han mostrado que, en concentraciones bajas, el grafeno puede ser relativamente biocompatible. Sin embargo, a concentraciones más altas, puede inducir apoptosis y necrosis celular.
• OG y rGO: Estos materiales tienden a ser más tóxicos que el grafeno puro debido a su mayor reactividad química. La presencia de grupos oxigenados en el OG, por ejemplo, puede generar especies reactivas de oxígeno (ROS), conduciendo a estrés oxidativo y daño celular.
• Generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) La generación de ROS es un mecanismo central de la citotoxicidad inducida por GFMs. Estos radicales libres pueden dañar lípidos, proteínas y ADN, desencadenando una serie de respuestas celulares adversas, incluyendo:
• Estrés Oxidativo: Alteración del equilibrio redox celular, que puede llevar a daño celular y apoptosis.
• Daño al ADN: Mutaciones y rupturas de cadenas de ADN, lo que puede tener implicaciones a largo plazo para la salud celular.
• Efectos sobre la integridad de la membrana celular Los GFMs pueden interactuar físicamente con las membranas celulares, afectando su integridad y funcionalidad. La adsorción y penetración de las nanopartículas en la membrana pueden causar:
• Pérdida de Integridad de la Membrana: Conduciendo a la liberación de contenido intracelular y, eventualmente, la muerte celular.
• Alteración de la Permeabilidad: Afectando el transporte de iones y moléculas a través de la membrana celular.

Toxicidad in vivo

• Estudios en modelos animales
• Modelos de roedores Los estudios en roedores han proporcionado información valiosa sobre la biodistribución, acumulación y toxicidad de los GFMs en organismos completos. Los principales hallazgos incluyen:
• Acumulación en Órganos: Los GFMs tienden a acumularse en el hígado, los pulmones y el bazo, lo que puede llevar a efectos tóxicos localizados.
• Respuesta Inflamatoria: La exposición a GFMs puede desencadenar respuestas inflamatorias, caracterizadas por la infiltración de células inmunitarias y la liberación de citoquinas proinflamatorias.
• Efectos Pulmonares: La inhalación de GFMs puede causar inflamación y fibrosis pulmonar, afectando la función respiratoria.
• Modelos acuáticos El pez cebra es un modelo popular para estudiar la toxicidad de los GFMs debido a su rápida reproducción y desarrollo, y su transparencia embrionaria. Los estudios han mostrado que:
• Malformaciones Embrionarias: La exposición a OG y rGO puede inducir malformaciones en los embriones de pez cebra, afectando su desarrollo normal.
• Toxicidad Aguda y Crónica: Los GFMs pueden causar efectos tóxicos tanto agudos como crónicos, dependiendo de la dosis y el tiempo de exposición.

Mecanismos de toxicidad

• Interacción con componentes celulares Los GFMs pueden interactuar con varios componentes celulares, incluyendo proteínas, lípidos y ácidos nucleicos. Estas interacciones pueden interferir con las funciones celulares normales y desencadenar respuestas tóxicas. Los mecanismos específicos incluyen:
• Adsorción de Proteínas: La formación de una corona proteica alrededor de las nanopartículas puede alterar las funciones proteicas y desencadenar respuestas inmunitarias.
• Interferencia con Señalización Celular: Los GFMs pueden afectar las vías de señalización intracelular, alterando procesos como la proliferación, la diferenciación y la apoptosis.
• Estrés oxidativo La generación de ROS es uno de los principales mecanismos de toxicidad asociados con los GFMs. Estos radicales libres pueden causar:
• Daño a Macromoléculas Celulares: Incluyendo lípidos, proteínas y ADN.
• Alteración del Metabolismo Celular: Afectando la producción de energía y la homeostasis celular.
• Inflamación y respuesta inmunitaria La exposición a GFMs puede desencadenar respuestas inflamatorias e inmunitarias. La activación de células inmunitarias y la liberación de citoquinas proinflamatorias pueden contribuir a la toxicidad observada en estudios in vivo.

Factores que influyen en la toxicidad

• Tamaño y forma de las nanopartículas El tamaño y la forma de las nanopartículas de grafeno influyen significativamente en su toxicidad. Las partículas más pequeñas y aquellas con formas irregulares tienden a ser más reactivas y, por lo tanto, más tóxicas.
• Funcionalización superficial La modificación química de la superficie de los GFMs puede alterar su interacción con sistemas biológicos. La funcionalización puede reducir o aumentar la toxicidad, dependiendo de los grupos funcionales añadidos y su reactividad.
• Concentración y tiempo de exposición La toxicidad de los GFMs es generalmente dosis-dependiente, con mayores concentraciones y tiempos de exposición prolongados resultando en efectos más severos.

Conclusiones y recomendaciones

• Citotoxicidad de los GFMs: Variabilidad en la respuesta citotóxica, con OG y rGO mostrando mayor toxicidad que el grafeno puro.
• Generación de ROS: Mecanismo central de la toxicidad, causando estrés oxidativo y daño celular.
• Inflamación y Respuesta Inmunitaria: Los GFMs pueden inducir respuestas inflamatorias significativas en modelos in vivo.
• Factores Influyentes: El tamaño, la forma, la funcionalización, la concentración y el tiempo de exposición son determinantes clave de la toxicidad.

Implicaciones para el diseño de materiales seguros

Para minimizar los riesgos asociados con los GFMs, es esencial diseñar nanomateriales con propiedades optimizadas para reducir la toxicidad. Esto puede incluir:

• Control del Tamaño y la Forma: Selección de tamaños y formas que minimicen la reactividad.
• Funcionalización Controlada: Modificación de la superficie para reducir la generación de ROS y mejorar la biocompatibilidad.
• Evaluaciones Toxicológicas Rigurosas: Realización de estudios exhaustivos para comprender los efectos a largo plazo de la exposición a GFMs en sistemas biológicos.

El estudio de Jastrzębska et al. (2012) proporciona una base sólida para comprender la toxicidad de los materiales de la familia del grafeno. A medida que estos materiales continúan desarrollándose y encontrando nuevas aplicaciones, es crucial abordar los desafíos toxicológicos para garantizar su uso seguro y responsable en diversas industrias. La investigación continua y la colaboración interdisciplinaria serán esenciales para lograr este objetivo.

Referencias:

• Srivastava AK, Dwivedi N, Dhand C, Khan R, Sathish N, Gupta MK, Kumar R, Kumar S. Potential of graphene-based materials to combat COVID-19: properties, perspectives, and prospects. Mater Today Chem. 2020 Dec;18:100385. doi: 10.1016/j.mtchem.2020.100385. Epub 2020 Oct 21. PMID: 33106780; PMCID: PMC7577689.
• Chen, LiQiang & Hu, PingPing & Zhang, Li & Huang, SiZhou & Luo, LingFei & Huang, ChengZhi. (2012). Toxicity of graphene oxide and multi-walled carbon nanotubes against human cells and zebrafish. Science China Chemistry. 55. 10.1007/s11426-012-4620-z. 
• Jastrzębska AM, Kurtycz P, Olszyna AR. Recent advances in graphene family materials toxicity investigations. J Nanopart Res. 2012 Dec;14(12):1320. doi: 10.1007/s11051-012-1320-8. Epub 2012 Nov 29. PMID: 23239936; PMCID: PMC3517804.