Grafen to pojedyncza warstwa atomów węgla ułożonych w kształt przypominający plaster miodu. Posiada unikalne właściwości fizykochemiczne i coraz częściej wykorzystywany jest w badaniach naukowych. Naukowcy ze Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie skupili się na właściwościach grafenu, które mogą być wykorzystywane w procesie gojenia ran skóry.

W związku z tym, że grafen ma właściwości przeciwbakteryjne oraz strukturę, która może stanowić rusztowanie, czyli podłoże dla komórek - mógłby być stosowany jako bioopatrunek.

Monowarstwa grafenu zamiast nanopłatków

W badaniach SGGW wykorzystano jednoatomową warstwę grafenu, tzw. monowarstwę - informuje uczelnia na stronie internetowej. To materiał, który jest bardzo cienki i jednocześnie niezwykle wytrzymały w relacji do swej struktury. Idealnie przylega do różnych powierzchni, między innymi do szkła, co wykorzystał zespół naukowców z SGGW, prowadząc badania komórek na tym właśnie materiale, powleczonym monowarstwą grafenu. Jego struktura nie uszkadza komórek, jak ma to miejsce w przypadku nanopłatków grafenu.

"Grafen w postaci monowarstwy jest jednorodną, ciągłą warstwą węgla, która na przeważającej powierzchni ma grubość jednego atomu. Taki grafen dostosowuje się do powierzchni, na którą jest transferowany, co przekłada się na jego właściwości i oddziaływanie na komórki. Jednak grafen wolny od wad nie istnieje. Defekty w strukturze grafenu mogą powstawać samoistnie podczas procesu produkcyjnego lub mogą być wprowadzane poprzez zmianę właściwości materiału i można je zidentyfikować za pomocą spektroskopii ramanowskiej" - wyjaśnia Nauce w Polsce dr hab. Iwona Lasocka z Katedry Biologii Środowiska Zwierząt Instytutu Nauk o Zwierzętach SGGW.

Grafen na szkle

Po wysianiu komórek na szkło pokryte grafenem badacze obserwują, co się z nimi dzieje. Jak opisuje dr hab. Iwona Lasocka, naukowcy mogą ocenić wpływ monowarstwy grafenu na żywotność komórek, ich zdolność do adhezji (przylegania do podłoża) i migracji (przemieszczania się po podłożu), formowanie szkieletu komórkowego, a nawet aktywności mitochondrialnej (wydolności metabolicznej komórki lub reakcji energetycznych komórki).

Badania, które do tej pory przeprowadzono w ramach projektu pokazały, że monowarstwa grafenu nie jest toksyczna.

"Wyniki przeprowadzonych badań jednoznacznie wskazały, że zastosowanie jednorodnej warstwy (monowarstwy) grafenu nie powoduje zmian morfologii komórek uczestniczących w procesie gojenia ran, nie wywiera negatywnego wpływu na elementy ich cytoszkieletu oraz nie działa toksycznie na procesy metaboliczne komórek. Należy zatem uznać, że podłoże grafenowe cechuje się cytozgodnością, niewywierającą negatywnego wpływu na proces uporządkowanej migracji komórek, co potwierdzono in vitro w teście gojenia ran" - komentuje dla NwP dr hab. Iwona Lasocka.

Grafen w postaci monowarstwy - podkreśla badaczka - stanowił podłoże dla komórek, w związku z czym nie występował w stanie wolnym w roztworze, a jedynie oddziaływał na komórkę powierzchniowo.

"Zaletą zastosowanego rozwiązania jest brak styczności komórek z ostrymi krawędziami grafenu i brak jego niszczącego oddziaływania na komórki, lub wbudowywania (internalizacji) do komórek, na co wskazują autorzy prac z wykorzystaniem grafenu zawieszonego w roztworze w postaci nanoarkuszy/nanopłatków" - opisuje badaczka.

W projekcie SGGW zbadano komórki, które są zaangażowane w proces gojenia skóry: fibroblasty, keratynocyty oraz mezenchymalne komórki macierzyste. Te wykorzystywane w badaniach pochodzą z banku komórek ATCC (ang. American Type Culture Collection).

"Teraz badamy makrofagi, czyli komórki układu odpornościowego. Komórki te są aktywne w całym okresie gojenia rany, który można podzielić, w dużym skrócie, na fazę zapalną, proliferacyjną i przebudowy. Każde uszkodzenie tkanek goi się w wyniku reakcji zapalnej, która jest szczególnie nasilona, kiedy rana jest zanieczyszczona, czyli mogą tam być obecne czynniki zakaźne, martwe komórki czy ciała obce. Rana jest czyszczona właśnie przez makrofagi" – mówi dr Lasocka.

W efekcie monowarstwa grafenu, po wstępnych badaniach in vitro, może okazać się cennym materiałem do badań na zwierzętach. Zanim jednak produkt zostanie stworzony i wprowadzony na rynek, musi zostać dokładnie przebadany zarówno pod kątem wpływu na organizm zwierząt, człowieka, jak i na środowisko.

W zespole pracującym nad rozwiązaniem, oprócz dr hab. Iwony Lasockej, znaleźli się: dr hab. Lidia Szulc-Dąbrowska, prof. SGGW; dr hab. Ewa Skibniewska, prof. SGGW i dr hab. Michał Skibniewski. Naukowcy współpracują też z badaczkami Politechniki Warszawskiej: dr Iwoną Pasternak z Wydziału Fizyki i dr hab. prof. uczelni Elżbietą Jastrzębską z Wydziału Chemicznego oraz z prof. Marie Hubalek-Kalbacovą z Uniwersytetu Karola w Pradze.

Badania finansowane były w ramach grantów dla młodego naukowca SGGW. W 2022 roku Narodowe Centrum Nauki przyznało finansowanie na dalsze prace nad bioopatrunkiem w programie Miniatura 6.

Nauka w Polsce, Ewelina Krajczyńska-Wujec

ekr/ zan/