Ett revolutionerande nanomaterial med enorm potential att ta itu med flera globala utmaningar skulle kunna utvecklas vidare utan akut risk för människors hälsa, tyder forskning. Studien är publicerad i tidskriften Nature Nanotechnology .

Noggrant kontrollerad inandning av en specifik typ av grafen – världens tunnaste, superstarka och superflexibla material – har inga kortsiktiga negativa effekter på lung- eller kardiovaskulär funktion, visar studien. Den första kliniska studien med kontrollerad exponering på människor utfördes med tunn, ultraren grafenoxid – en vattenkompatibel form av materialet.

Forskare säger att ytterligare arbete behövs för att ta reda på om högre doser av detta grafenoxidmaterial eller andra former av grafen skulle ha en annan effekt. Teamet är också angelägna om att fastställa om längre exponering för materialet, som är tusentals gånger tunnare än ett människohår, skulle medföra ytterligare hälsorisker.

Det har varit ett stort intresse för att utveckla grafen - ett material som först isolerades av forskare 2004 och som har hyllats som ett "undermaterial". Möjliga tillämpningar inkluderar elektronik, telefonskärmar, kläder, färger och vattenrening.

Grafen utforskas aktivt runt om i världen för att hjälpa till med riktade terapier mot cancer och andra hälsotillstånd, och även i form av implanterbara enheter och sensorer. Före medicinsk användning måste dock alla nanomaterial testas för eventuella negativa effekter.

Forskare från universiteten i Edinburgh och Manchester rekryterade 14 frivilliga för att delta i studien under noggrant kontrollerade exponerings- och kliniska övervakningsförhållanden. Volontärerna andades materialet genom en ansiktsmask i två timmar medan de cyklade i en specialdesignad mobil exponeringskammare som togs till Edinburgh från National Public Health Institute i Nederländerna.

Effekter på lungfunktion, blodtryck, blodpropp och inflammation i blodet mättes – före exponeringen och med två timmars mellanrum. Några veckor senare ombads de frivilliga att återvända till kliniken för upprepade kontrollerade exponeringar för en annan storlek av grafenoxid, eller ren luft för jämförelse.

Det fanns inga negativa effekter på lungfunktion, blodtryck eller majoriteten av andra testade biologiska parametrar. Forskare noterade en liten antydan om att inandning av materialet kunde påverka hur blodet koagulerar, men de betonar att denna effekt var mycket liten.

Dr. Mark Miller, från University of Edinburghs Centre for Cardiovascular Science, sa:"Nanomaterial som grafen har så mycket lovande, men vi måste se till att de tillverkas på ett sätt som är säkert innan de kan användas mer allmänt i våra liv . Att kunna utforska säkerheten för detta unika material hos mänskliga frivilliga är ett stort steg framåt i vår förståelse av hur grafen kan påverka kroppen

Professor Kostas Kostarelos, vid University of Manchester och Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2) i Barcelona, ​​sa:"Detta är den första kontrollerade studien någonsin som involverar friska människor för att visa att mycket rena former av grafenoxid - av en specifik storleksfördelning och ytkaraktär – kan vidareutvecklas på ett sätt som minimerar risken för människors hälsa.

"Det har tagit oss mer än 10 år att utveckla kunskapen för att genomföra denna forskning, ur material- och biologisk vetenskapssynpunkt, men också ur den kliniska förmågan att genomföra sådana kontrollerade studier på ett säkert sätt genom att samla några av världens ledande experter i det här fältet."

Professor Bryan Williams, Chief Scientific and Medical Officer vid British Heart Foundation, tillade:"Upptäckten att denna typ av grafen kan utvecklas säkert, med minimala kortsiktiga biverkningar, kan öppna dörren för utvecklingen av nya enheter, behandlingsinnovationer och övervakningstekniker Vi ser fram emot att se större studier över en längre tidsram för att bättre förstå hur vi säkert kan använda nanomaterial som grafen för att göra språng i leveransen av livräddande läkemedel till patienter."

Mer information: Jack P. M. Andrews et al, Först-i-mänsklig kontrollerad inandning av tunna grafenoxidnanoark för att studera akuta kardiorespiratoriska svar, Nature Nanotechnology (2024). DOI:10.1038/s41565-023-01572-3 , www.nature.com/articles/s41565-023-01572-3

Journalinformation: Nanoteknik i naturen

Tillhandahålls av University of Edinburgh