5. 脳細胞と相互作用する酸化グラフェン
2021年7月13日
mikandersen
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参考
ラウティ、R; ロザーノ、N; レオン、V; サイニ、D; ムスト、M; ラゴ、I; バレリーニ、L. (2016). 酸化グラフェンナノシートは培養脳ネットワークにおけるシナプス機能を再構築する＝Graphene Oxide Nanosheets Reshape Synaptic Function in Cultured Brain Networks. ACS Nano, 10(4), pp. 4459-4471. https://doi.org/10.1021/acsnano.6b00130
事実
著者らは、脳細胞に対する実験で使用した大きめの酸化グラフェン薄片は、明確に細胞毒性を持ち、有害であると結論付けている。
もうひとつ重要なのは、現在（2016年）までに、酸化グラフェン「GO」に対するグリア細胞の反応は研究されていなかったということで、ごく最近の実験的な研究ラインであることがわかります。
脳細胞の培養で行った実験では、細胞死に明らかな問題があり、材料の安全性とナノ毒性への懸念が高まっています。実際、「同量のGOを分散させた培養液に6日間さらすと、海馬の神経膠細胞と神経細胞の両方が明らかに失われ、膜とスケールの相互作用のさらなる評価が困難になる」と報告されています。実際、他の研究者（Mendonça, M.C.P.; Soares, E.S.; de Jesus, M.B.; Ceragioli, H.J.; Batista, Â.G.; Nyúl-Tóth, Á.; da Cruz-Hofling, M.A.. 2016）は、GOがPEG（ポリエチレングリコール）とも呼ばれる保護層でコーティングされていても、同じ結論に達し、以下のように言及している。"PEGylation of nanomaterials and therapeutics is currently considered one of most promising approaches to reduce toxicity and obtain favourable pharmacokinetic results."（ナノ材料と治療薬のPEG化は、現在、毒性を減らし好ましい薬物動態結果を得るための最も有望なアプローチの一つと考えられている。しかし、PEG化ナノ粒子で処理した様々な細胞種で、主に酸化ストレスの誘導による悪影響や死滅が観察されており、今回の実験デザインの結果を裏付けるものであった。"
研究者らは、脳細胞を損傷する能力は、神経薬理学の分野において、脳のシナプス能力を低下させたり、調節したりすることが望まれる場合に利用できる可能性があると述べている。これは、GOが脳のシナプス活動の調節に必要な神経伝達物質であるグルタミン酸を調節する性質を持っているためです。
著者らは、グラフェンナノ粒子の形状、物理化学的特性、形状および特性が、グラフェンの生物学への応用の可能性を大きく左右すると結論づけている。
図1: 酸化グラフェンの脳組織との相互作用
脳神経細胞と相互作用する酸化グラフェンナノシート（Rauti, R.; Lozano, N.; León, V.; Scaini, D.; Musto, M.; Rago, I.; Ballerini, L. 2016).
意見
GOグラフェンオキサイドは、研究者が示したように、グラフェン粒子またはフレークのサイズ、形状、物理化学的特性、およびアプリケーションにおける飽和度によって、神経毒になる可能性があります。そのような素材を使用することの懸念や危険性は著者も認めている。
GO-酸化グラフェンワクチンは、海馬の細胞や神経細胞が失われ、神経変性疾患を引き起こす可能性があるため、脳組織にとって危険な存在である可能性があります。
書誌情報
1. Mendonca, MCP; Soares, ES; de Jesus, MB; Ceragioli, H. J.; Batista, Â.G.; Nyúl-Tóth, Á.; da Cruz-Hofling, MA (2016). 還元型グラフェンオキシドのPEG化により血液脳関門の細胞で毒性を誘発。An in Vitro and in Vivo Study. Molecular Pharmaceuticals, 13(11), p. 3913-3924。https://doi.org/10.1021/acs.molpharmaceut.6b00696。
2. ラウティ, R.; ロザーノ, N.; レオン, V.; サイニ, D.; ムスト, M.; ラゴ, I.; バレリーニ, L. (2016). グラフェンオキサイドナノシートは培養脳ネットワークにおけるシナプス機能を再形成する＝Graphene Oxide Nanosheets Reshape Synaptic Function in Cultured Brain Networks. ACS Nano, 10(4), p. 4459-4471。https://doi.org/10.1021/acsnano.6b00130。
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1. 当記事収録マガジン
2. 血液脳関門を通過して神経細胞に到達することができる多機能ナノ粒子（NP）の設計や、特定の薬物のオンデマンドデリバリーを達成する必要性などである。また、グラフェン材料を用いた3次元足場による生体内での神経細胞の成長・再生、ハイブリッドコンポジット／多層有機エレクトロニクスデバイスの構成要素としてのグラフェンの可能性など、最先端技術について解説する。