LES EFFETS DU GRAPHENE SUR LES POUMONS

Le graphène a été salué comme le matériau du futur. Cependant, on ne sait pas encore 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 apparentés au graphène une fois qu'ils ont été inhalés.

Résistant à la traction, indéchirable, hautement élastique et conducteur d'électricité : le graphène possède une gamme surprenante 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 financement d'un milliard d'euros et est la plus grande initiative de recherche européenne. Dans le cadre de cet énorme projet, l'Empa apporte également son expertise, car les aspects potentiels pour 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 maintenant donné naissance à un projet supplémentaire financé par le Fonds national suisse de la recherche scientifique (FNS), qui a récemment été lancé à l'Empa et à l'AMI. Il s'agit d'utiliser un modèle pulmonaire 3D cellulaire , à l'aide duquel 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 un mince exploit : après tout, tous les graphènes ne sont pas identiques. Selon la méthode de production et le traitement, une vaste gamme de formes et de spectres de qualité du matériau émerge, ce qui peut à son tour déclencher différentes réponses dans les poumons

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 Carbon . Grâce au modèle pulmonaire 3D, les chercheurs ont réussi à simuler les conditions réelles au niveau de la barrière sang-air et l'impact du graphène sur le tissu pulmonaire de la manière la plus réaliste possible - sans aucun test sur des animaux ou des humains. Il s'agit d'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, en revanche, porte trois types de cellules différents, qui simulent les conditions à l'intérieur du poumon, à savoir les cellules épithéliales alvéolaires et deux types de cellules immunitaires - macrophages et cellules dendritiques.

Un autre facteur qui a été pratiquement ignoré dans les tests in vitro jusqu'à présent est le contact avec des particules de graphène en suspension dans l'air. Habituellement, les cellules sont cultivées dans une solution nutritive dans une boîte de Pétri et exposées à des matériaux, tels que le graphène, sous cette forme. Mais en réalité, c'est-à-dire au niveau de la barrière pulmonaire, c'est une tout autre histoire. "L'organisme humain entre généralement en contact avec les particules de graphène via la respiration", explique Tina Bürki du laboratoire Interactions particules-biologie de l'Empa.

En d'autres termes, les particules sont inhalées et touchent directement le tissu pulmonaire. Le nouveau modèle pulmonaire est conçu de telle manière que les cellules reposent sur une membrane filtrante poreuse à l'interface air-liquide et que les chercheurs pulvérisent 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 3D ont maintenant donné les premiers résultats. Les chercheurs ont pu prouver qu'aucun dommage aigu n'est causé aux poumons si les cellules épithéliales pulmonaires entrent en contact avec l'oxyde de graphène (GO) ou les nanoplaquettes de graphène (GNP). Cela inclut des réponses telles que la mort cellulaire soudaine, le stress oxydatif ou l'inflammation.

Afin de suivre également les modifications chroniques de l'organisme, le projet du FNS doit durer trois ans. les 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 constituées 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 la manière la plus réaliste 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 en mesure de faire des prédictions concernant la toxicité à long terme du graphène et des matériaux de type graphène.