Le graphène : comprendre ses conséquences sur l'organisme

Depuis sa découverte en 2004, l'oxyde de graphène, nanomatériau à la structure hexagonale unique en nid d'abeille suscite la curiosité et l’intérêt du monde médical. 

Le graphene est une nanofeuille de carbone d'un seul atome d'épaisseur.

il a notamment été développé pour des applications biomédicales et pour l'administration de médicaments, de gènes, de biocapteurs ainsi qu'en neurochirurgie.

Le graphène et les cellules

L'utilisation exponentielle du graphène et l'exposition humaine aux nano matériaux a entrainé l'étude de toxicité de celui-ci. 

Il existe 4 voies d'administration : inhalation, ingestion, injection et pénétration cutanée.

De nombreuses études scientifiques montrent que l'oxyde de graphène emprunte des voies de signalisation qui vont entraîner une réponse inflammatoire. Celle-ci va endommager successivement : 

• les niveaux des principaux antioxydants protecteurs de nos cellules (Glutathion, SOD, Catalase)
• les acides gras polyinsaturés qui protègent la membrane de chacune de nos cellules
• le fonctionnement des mitochondries (zone de la cellule chargée de fabriquer le carburant)
• des structures intimes et profondes de la cellule comme le cytoplasme, la double hélice de l'ADN, et provoquer la nécrose et l'apoptose des cellules.

Le graphène agresse les tissus suivants : 

• fibroblastes
• cellules épithéliales alvéolaires
• oligodendrocytes
• cellules ostéoblastiques fœtales
• cellules cervicales
• les fibroblastes de la peau
• globules rouges
• cellules neuronales

Sanchez et Al 2011

Etudes sur la toxicité du graphène

Selon les études scientifiques, le graphène montre une toxicité qui grandit avec la prise et le dosage :

• A la dose de 0,4 mg d'oxyde de graphène, celui-ci entraîne la formation de granulomes dans les cellules du rein, poumon, foie, rate. L'oxyde de graphène s'accumule et s’élimine difficilement par les reins

• A la dose de 10 ng/kg pendant 14 jours et avec l'utilisation de la technique de radiotracage, l'oxyde de graphène produit des changements significatifs, tout particulièrement en terme d'inflammation, d'infiltration et de gonflement cellulaire par l'oxyde de graphène, et de formation de granulomes dans les poumons des souris

• A la dose de 50 g/mL, la survie de la cellule est diminué avec une augmentation de l'apoptose (mort des cellules). L'oxyde de graphène se concentre et se fixe durablement à l’intérieur des cellules dans des zones comme les lysosomes, les mitochondries, l'endoplasme, le noyau cellulaire qui compromettent son fonctionnement. 

Au niveau des organes, l'oxyde de graphène se fixe dans les poumons, foie, rate, reins. L'élimination du graphène est particulièrement difficile, spécifiquement au niveau des reins. Ces derniers se retrouvent en grande difficulté pour éliminer l'oxyde de graphène. 

Zhang et Al 2011
Institut des sciences de Micro-Nano Technologie. Université Jiao Tong de Shangai. Chine. 2011

L'imagerie par spectroscopie de masse montre que l'oxyde de graphène entraîne une toxicité car il possède des zones de surfaces hydrophobiques particulièrement grandes. Celles-ci vont interagir de manière dommageable sur les cellules de l'organisme. Le graphène possède la particularité de franchir tout particulièrement les barrières hémato-encéphalique, hémato-placentaire, hémato-testiculaire. Il s'accumule notamment au niveau des poumons, du foie et de la rate. Le graphène possède en effet une affinité toute particulière pour les poumons dans lesquels l'oxyde de graphène s'accumule.

Impact des graphènes sur les poumons

L'oxyde de graphène provoque :

• une agression tissulaire
• une inflammation
• une décomposition du tissu pulmonaire
• remodelage des tissus pulmonaires

Il pénètre dans les fibres jusque dans les profondeurs de la cellule, où il se fixe dans le cytoplasme et le noyau.
Ce phénomène est une tentative maladroite de reconstruction du tissu pulmonaire conduisant souvent à la fibrose.
Il existe bien des études scientifiques qui montrent peu de toxicité du graphène. La discordance des résultats vient du fait que les matériaux utilisés dans les différentes études ne sont pas les mêmes. La toxicité provient de l'utilisation de l'oxyde de graphène comparativement au graphène vierge. L'oxyde de graphène produit plus de toxicité que le graphène vierge.

Nano research 2011 Gongming Wang
Institute of Nano-tech and nano-bionics. Suzhou. Chinese academy of sciences. 2010
Wang Al. 2011. Chung et Al 2011. Hu et al 2011. Agarwal et Al 2010. Golarelli et Ling 2012
Liao 2011, Zhang et al 2010

Graphène et barrière cérébrale

Les études scientifiques réalisées sur le graphène vierge à la dose de 50 et 100 g/mL montrent :

Département de pharmacologie. Faculté ds sciences médicales. Université d'état de Campinas. Brésil. 2015 

Graphène et système reproducteur

Des études scientifiques montrent que les nanoparticules induisent une toxicité sur les fœtus de rat notamment sur le poids corporel et la forme du cerveau. Ceci est du au fait que le graphène traverse la barrière sang-placenta.