Andréi Geim (1958) y Konstantín Novoselov (1974) son dos físicos rusos afincados en Manchester, Reino Unido. Sus hallazgos del grafeno les valieron el premio Nobel de Física en el año 2010. El grafeno es una variante alotrópica del carbono que se caracteriza por disponer de una única capa de átomos de este elemento dispuestos en forma hexagonal. Procede del grafito y se obtuvo (2004) por simple separación de sus capas utilizando una sencilla cinta adhesiva de celo1. Desde entonces el grafeno se ha postulado como el material del presente y del futuro. Su estructura prácticamente bidimensional (espesor de un átomo de carbono) le hace ultraligero y flexible, a la vez que de una dureza inigualable. Es también un gran conductor de la electricidad, sin retener calor. Sus aplicaciones en la vida diaria son numerosísimas, tanto en el mundo de las comunicaciones como en la construcción2. Se han propuesto diferentes utilidades sanitarias para el grafeno, fundamentalmente en el tratamiento de algunos tipos de cáncer, como implantes neuronales que faciliten la conducción nerviosa (auditiva, visual), sustituyendo a material óseo o muscular, etcétera, aunque es en el campo del diagnóstico por la imagen o en la electromedicina donde se vislumbran mayores avances. Recientemente se ha utilizado para recubrir el interior de mascarillas nasobucales, buscando efectos antibacteriano y antivírico, añadidos a sus cualidades de resistencia y manejabilidad3.
Desde prácticamente su aparición se han descrito numerosas interacciones con el ser humano. Ya en el año 2012 se publicó una revisión sobre los posibles efectos biológicos, su capacidad de interaccionar con los sistemas de oxidación-reducción y la posibilidad de producir granulomas y fibrosis4. A partir de esta publicación se prestó mayor atención en las formas de presentación del grafeno (en pocas capas, ultradelgado, óxido de grafeno, micro y nanografeno, etc.), así como las diferentes maneras de penetrar en el organismo (por inhalación, implantes, inyectado), para analizar sus efectos. Los primeros estudios experimentales sobre las consecuencias pulmonares de la inhalación de grafeno se deben a grupos coreanos5-6, y de sus observaciones puede deducirse que los efectos potencialmente tóxicos en el pulmón se derivan de la concentración y de la duración del contacto. En ratas que inhalaban el óxido de grafeno a concentraciones bajas (<0,5mg/m3) y durante pocas horas no se observaron restos pulmonares. La inhalación prolongada les permitió observar su trazabilidad a través de los macrófagos alveolares y los ganglios linfáticos zonales y establecieron una tentativa de índice de toxicidad por encima de 1,88mg/m3. La toxicidad final estaría regulada por la capacidad de unión de los radicales óxido-reductores de grafeno con las membranas celulares. El mecanismo de estrés oxidativo sería similar al de otros materiales, posibilitando la respuesta inflamatoria, de envejecimiento y de carcinogénesis. No se descartan otros mecanismos, como la apoptosis, la autofagia, la necrosis o los cambios epigenéticos, todos ellos capaces de producir no solo daño pulmonar sino también hepático o neuronal7.
A partir de la revisión de Fadeel et al.8 se desarrolló una base de datos en el marco de un proyecto europeo (www.graphene-flagship.eu) para estudiar los efectos beneficiosos y perjudiciales del grafeno sobre la salud. Los mecanismos potencialmente tóxicos se concretan en estrés oxidativo, inflamación y carcinogénesis, siempre en función de la concentración y de la forma de penetración. Las dosis más bajas no inducen toxicidad y las altas pueden producir inflamación, que se resolvería al cesar la exposición. Se ha destacado que este mecanismo no depende únicamente de la dosis, sino también de la reactividad y del tamaño de las placas inhaladas. Estas partículas de grafeno no alcanzan el espacio pleural y no se aprecian indicios de tumoración mesotelial ni granulomas, mecanismo bien diferenciado del asbesto o de los nanotubos de carbono, que sí aparecen en el espacio pleural y son responsables del mesotelioma9. Los autores insisten en la necesidad de concretar el tipo de derivados de carbono utilizados, realizar estudios toxicológicos longitudinales y emplear las nuevas herramientas de transcriptómica, proteómica y metabolómica para estudiar los mecanismos productores de toxicidad.
El potencial efecto tóxico del grafeno sobre el aparato respiratorio debe inscribirse en el marco del uso de este y de otros nanomateriales para diferentes utilidades que permitan la entrada de estas partículas en el pulmón10. Sus efectos serán consecuencia no solo del tipo de material inhalado, sino del tamaño de las moléculas, de su estado químico y de si se sobrepasan o no los mecanismos de defensa pulmonares. La presencia de una ventana temporal en la que el mecanismo de autofagia se vea afectado debido a la situación personal (enfermedad crónica o agudizada) marcará la mayor o menor susceptibilidad. Los estudios de toxicidad más recientes informan que los elementos claves serían la cantidad inhalada y el sobrepasar o no los mecanismos de autofagia, con la consiguiente inducción de estrés oxidativo celular11.
El grafeno, junto a otros nanomateriales, ha llegado para ser utilizado en numerosas situaciones, muchas de ellas en el ámbito sanitario. Deberemos estar atentos a sus usos y a la forma en que las partículas puedan penetrar en el aparato respiratorio, aunque la información disponible hasta el momento no permite el pesimismo, sino que, por el contrario, sus ventajas parecen superar de mucho sus posibles efectos adversos.
