Цитотоксичность оксида графена и графена для эритроцитов человека и фибробластов кожи

Двумерные наноматериалы на основе углерода, включая оксид графена и графен, рассматриваются как перспективные кандидаты для применения в биомедицине — например, в сенсорах, для мечения клеток, подавления роста бактерий и доставки лекарственных препаратов. В настоящей работе изучена биосовместимость материалов на основе графена с контролируемыми физическими и химическими свойствами. Размер графеноксидных листов и степень их расслоения варьировали в зависимости от интенсивности и продолжительности ультразвуковой обработки. Листы графена получали из оксида графена простым гидротермальным методом без использования гидразина. Размер частиц, морфологию, степень расслоения, содержание кислорода и поверхностный заряд оксида графена и графена оценивали с помощью широкоугловой рентгеновской дифракции порошковых образцов, атомно-силовой микроскопии, рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, динамического рассеяния света и измерения дзета-потенциала. Один из методов оценки токсичности основывался на измерении выхода гемоглобина из суспендированных эритроцитов. При наименьшем размере частиц оксид графена обладал наибольшей гемолитической активностью, тогда как агрегированные листы графена — наименьшей. Покрытие оксида графена хитозаном практически полностью устраняло гемолитическую активность. В совокупности эти результаты показывают, что размер частиц, их агрегированное или диспергированное состояние, а также содержание кислорода и поверхностный заряд графена существенно влияют на биологические и токсикологические реакции эритроцитов. Кроме того, цитотоксичность оксида графена и листов графена изучали по митохондриальной активности адгезивных фибробластов кожи человека с помощью двух тестов. Тест с бромидом метилтиазолилдифенилтетразолия (MTT), широко применяемый для оценки нанотоксичности, не позволяет достоверно оценить токсичность оксида графена и графена, поскольку графен и оксид графена самопроизвольно восстанавливают MTT, что приводит к ложноположительному сигналу. Однако альтернативные методы оценки с использованием водорастворимой тетразолиевой соли WST-8, теста исключения трипанового синего и определения активных форм кислорода показали, что уплотнённые листы графена сильнее повреждают фибробласты млекопитающих, чем менее плотно упакованный оксид графена. Таким образом, токсичность графена и оксида графена зависит от условий экспозиции — в частности, от наличия агрегации, — и характера взаимодействия с клетками, который определяется типом клеток: суспензионные или адгезивные.