エディンバラ大学循環器科学センターの研究者らは、多くの可能性を秘めた不思議な素材である“グラフェン”の安全性を検証した。その結果、この奇跡の物質が人体へのリスクなしに開発される可能性を持つことが明らかになったのだ。これは、グラフェンに関する対照暴露臨床試験における世界初の先駆的な試みである。

予備的な結果では、超高純度の酸化グラフェンを注意深く吸入しても、肺や心血管系の機能に直ちに悪影響を及ぼすことはない。しかし、本研究では、人間の髪の毛よりも数千倍も細いグラフェンに、より高用量かつ長期間さらされた場合の潜在的な影響を明らかにするために、さらなる調査が必要であることも強調している。

マンチェスター大学とバルセロナにあるCatalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2) のKostas Kostarelos教授は、次のように語っている：「これは、特定のサイズ分布と表面特性を持つ非常に純粋な形態の酸化グラフェンが、人体へのリスクを最小化する方法でさらに開発できることを実証する、健康な人を対象とした史上初の対照研究です」。

グラフェンの重要性

グラフェンは「不思議な」材料として注目され、開発への関心が高まっている。

2004年に科学者たちによって初めて単離されたグラフェンは、電子機器、携帯電話のスクリーン、衣料品、塗料、水質浄化など、さまざまな用途への応用が期待されている。

グラフェンが大きな注目を集めている分野のひとつがヘルスケアである。世界中の研究者が、標的を絞ったがん治療薬、埋め込み型デバイス、センサーなどへの利用を模索している。しかし、医療分野での可能性を十分に発揮させるためには、潜在的な悪影響に対する厳密なテストが不可欠である。

エディンバラ大学循環器科学センターのMark Miller博士は、次のように述べた：「グラフェンのようなナノ材料は大きな可能性を秘めていますが、私たちの生活に広く使われるようになるには、安全な方法で製造されなければなりません。このユニークな材料の安全性をヒトのボランティアで調べることができたことは、グラフェンが人体にどのような影響を与えるかを理解する上で大きな前進です。慎重に設計すれば、ナノテクノロジーを安全に最大限に活用することができます」。

グラフェンの安全性の臨床モニタリング

この問題を解決するため、研究チームは14人のボランティアを募り、臨床モニタリング条件下で実施された、綿密に管理されたさまざまな曝露実験に参加してもらった。

この先駆的な研究では、医療への応用が期待される超高純度と適合性を確保するため、水に適合する酸化グラフェンが使用された。

フェイスマスクを装着したボランティアは、専用に設計された移動式暴露室内でサイクリングしながら2時間グラフェンに暴露された。このチャンバーはオランダの国立公衆衛生研究所からエジンバラに持ち込まれたもので、実験条件の正確な管理を保証するものであった。

研究チームは、暴露前と2時間間隔で、肺機能、血圧、血液凝固、血液中の炎症の影響を測定した。

数週間後、ボランティアはクリニックに戻り、比較のために異なるサイズの酸化グラフェンまたは清浄空気への制御された曝露を繰り返した。

グラフェンの安全性が観察された結果、肺機能、血圧、その他分析されたほとんどの生物学的パラメータに悪影響はないことが示唆された。

研究チームは、グラフェンの吸入が血液の凝固に影響を及ぼす可能性がわずかに示唆されることに気づいたが、その影響はごくわずかであった。

英国心臓財団の最高科学・医学責任者であるBryan Williams教授は、次のように述べた：「このようなグラフェンが、短期的な副作用を最小限に抑えながら安全に開発できるという発見は、新しい装置や治療法の革新、モニタリング技術の開発への扉を開く可能性があります。私たちは、グラフェンのようなナノ材料をどのように安全に使用すれば、救命薬を患者に届ける上で飛躍的な進歩を遂げることができるかをよりよく理解するために、より長い時間枠で大規模な研究を行うことを期待しています」。

この画期的な進歩は、安全性と健康への配慮を優先させながら、差し迫った世界的な問題に対処するためのグラフェンの広範な応用を探求する道を開くものである。

論文

• Nature Nanotechnology: First-in-human controlled inhalation of thin graphene oxide nanosheets to study acute cardiorespiratory responses

参考文献

• The University of Edinburgh: Trial shows ‘wonder’ material can be developed safely

研究の要旨

酸化グラフェンナノ材料は、広範な用途に向けて開発が進められているが、ヒトの健康に対する安全性に潜在的な懸念がある。われわれは、酸化グラフェンナノシートの吸入が急性肺機能および心血管系機能にどのような影響を及ぼすかを調べるため、二重盲検ランダム化比較試験を実施した。小型および超小型の酸化グラフェンナノシートを、濃度 200 μg m⁻³またはフィルターでろ過した空気で、14人の若い健康なボランティアに2時間吸入させた。全体的に、酸化グラフェンナノシートへの曝露は良好な忍容性を示し、副作用は認められなかった。心拍数、血圧、肺機能、炎症マーカーは、酸化グラフェンの粒径にかかわらず影響を受けなかった。高濃縮血液プロテオミクス分析では、血漿タンパク質の差異はほとんど認められず、動脈傷害のex vivoモデルにおいて血栓形成は軽度増加した。全体として、高純度で薄いナノメートルサイズの酸化グラフェンナノシートの急性吸入は、健康なヒトにおいて明らかな有害作用とは関連しなかった。これらの知見は、酸化グラフェンのリスク評価において、臨床の場でヒトへの曝露を注意深く制御することが可能であることを示しており、ヒトにおける他の二次元ナノ材料の影響を調査するための基礎を築くものである。