Les risques du graphène pour la santé

Au cours de la pandémie, les nanoparticules ont été largement utilisées pour le diagnostic, les équipements de protection individuelle, la prévention et le traitement des maladies. L’utilisation des nanoparticules en biomédecine devrait encore augmenter pour permettre de surveiller la santé humaine en temps réel et de faciliter l’interaction entre l’homme et la machine.

Les nanoparticules les plus prometteuses qui pourraient régir la vie de demain sont dérivées du graphène. Le nouveau matériau bidimensionnel qu’est le graphène présente des avantages en termes de propriétés mécaniques, thermiques et électriques. On l’utilise dans les capteurs portables et les dispositifs implantables. L’oxyde de graphène est utilisé pour le traitement du cancer, l’administration de médicaments, le développement de vaccins, les diagnostics à très faible concentration, l’éradication de la contamination microbienne et l’imagerie cellulaire.

Jusqu’à présent, la littérature scientifique sur les produits dérivés du graphène se concentre principalement sur les aspects positifs. Pendant la pandémie, l’oxyde de graphène s’est fait connaître comme une nanoparticule dangereuse qui pouvait être présente dans les masques et les tests. Entre-temps, les scientifiques s’interrogent sur les éventuels effets dévastateurs des produits dérivés du graphène sur la santé humaine et l’environnement. L’engouement pour les produits dérivés du graphène a conduit à leur mise sur le marché fulgurante, alors que des données fiables et reproductibles sur les effets cytotoxiques et génotoxiques font toujours défaut.

Le graphène sans limite

En 2010, deux chercheurs, Andre Geim et Konstantin Novoselov, de l’université de Manchester, ont reçu le prix Nobel de physique pour avoir isolé la couche d’un atome de carbone dérivée du graphite. Ce matériau étonnant est la substance polyvalente la plus légère et la plus mince connue de l’humanité. Il est transparent, conducteur et sélectivement perméable.

Le graphène est constitué d’une seule couche d’atomes de carbone disposés dans un réseau en nid d’abeille (hexagonal). Du fait de ses qualités, le graphène est utilisé dans de nombreux domaines allant de l’électronique à la biomédecine. En 2013, la Commission européenne a lancé un projet sur les technologies futures et émergentes, le « Graphene Flagship », doté d’un budget d’un milliard d’euros pour une période de dix ans. Cent soixante-dix universitaires et partenaires industriels de 22 pays y participent, et de nombreux produits à base de graphène sont en cours de développement.

Cependant, la production de graphène de qualité, en grande quantité (pur, homogène et stérile), à des prix abordables pour un maximum de produits dérivés dans la vie quotidienne, reste un défi. Le seul fait de mettre aux normes puis de valider des systèmes cellulaires et biologiques pour tester la toxicité des diverses formes de graphène est extrêmement compliqué.

L’UE reconnaît que notre connaissance des risques liés aux graphène est insuffisante à l’heure actuelle. L’utilisation du graphène devrait atteindre sa maturité vers 2025-2030. Les nanomatériaux fabriqués au sein de l’UE doivent être conformes à la réglementation REACH pour être autorisés à la production industrielle et à la commercialisation.

Un portail pour l’interaction homme-machine

De nombreux responsables politiques et experts en santé publique sont très enthousiastes face au graphène, qui peut ouvrir la voie à des technologies capables de détecter, traiter et gérer les maladies. On estime que ces technologies pourraient réduire les coûts et combler le manque de professionnels de la santé.

Globalement l’approche actuelle axée sur la maladie deviendrait une approche axée sur la prévention. L’idée : mettre en place des « passeports de bonne santé » qui pourraient être intégrés à la carte d’identité ou à un passeport vaccinal. De cette manière, chaque personne serait informée de quand et comment agir pour prévenir une maladie et rester en bonne santé, notamment pendant les voyages à l’étranger.

Élaborer une plateforme de capteurs à base de graphène avec des applications non invasives (sans intervention chirurgicale) et invasives, notamment des capteurs portables pour la surveillance des signaux biophysiques, biochimiques et environnementaux et des dispositifs implantables pour les systèmes nerveux, cardiovasculaires, digestifs et locomoteurs, sera une étape importante, semble-t-il, dans le déploiement de l’intelligence artificielle.

Dans le cadre du grand projet « Graphene Flagship », divers capteurs cutanés à base de graphène sont actuellement mis au point pour permettre à chacun de surveiller en permanence son environnement, anticiper les défaillances de manière « proactive ». La première interface neuronale invasive dans le cerveau, capable d’interpréter les signaux cérébraux avec une haute fidélité, produisant une réponse thérapeutique adaptée à l’état clinique de chaque patient, devrait bientôt faire l’objet d’essais cliniques. Cette innovation est liée au Human Brain Project (HBP) de l’Union européenne, doté d’un budget de 1,3 milliard d’euros, qui vise à améliorer le domaine de l’informatique neuroscientifique et de la médecine du cerveau, dans l’attente de la mise au point de dispositifs implantables influençant le comportement. (Grossièrement, il s’agit pour le HBP de simuler le fonctionnement du cerveau humain grâce à un superordinateur, d’ici 2024)

L’oxyde de graphène et le corps humain

L’oxyde de graphène (ou « graphène oxydé » GO) peut pénétrer involontairement dans l’organisme par inhalation, contact cutané et ingestion, car il peut se disperser dans de nombreux solvants. Les effets toxiques de l’oxyde de graphène dépendent de plusieurs variables : la voie d’administration qui influence la distribution dans l’organisme ; la dose ;la méthode de synthèse ; les impuretés issues du processus de production ; sa taille et ses propriétés physicochimiques comme le degré d’oxydation.

L’oxyde de graphène a une forte capacité d’adsorption des protéines, des minéraux et des anticorps présents dans le corps humain, ce qui transforme la structure et la forme de l’oxyde de graphène en une couronne de protéines (corona) pouvant interagir avec d’autres biomolécules et processus physiologiques. Il semble que différentes compositions de la couronne protéique en  surface déterminent divers types d’interactions avec les cellules, notamment des effets pro-inflammatoires parfois.

Les nombreux résultats contradictoires, allant de l’absence de toxicité à de possibles dommages graves à long terme, en fonction des propriétés physicochimiques et des conditions expérimentales choisies, demandent une meilleure compréhension de sa toxicocinétique et des mécanismes impliqués dans l’exposition aiguë et à long terme.

De même, le comportement de l’oxyde de graphène vis-à-vis des barrières biologiques comme la peau, la barrière hémato-encéphalique et la barrière du placenta peut varier. La dégradation intra et extracellulaire de l’oxyde de graphène est principalement orchestrée par les macrophages (cellules immunitaires) dans les différents organes. Le poumon, le cœur, le foie, la rate et l’intestin sont les organes où l’on trouve de l’oxyde de graphène. Dans ce contexte, il est important de comprendre les risques possibles de la biopersistance dans le corps et de l’atteinte à l’intégrité des membranes cellulaires, aux processus métaboliques et à la morphologie des organismes. La façon dont l’oxyde de graphène est produit est d’une importance capitale pour l’impact potentiel sur les systèmes biologiques, la biodistribution et l’excrétion par le corps humain.

L’oxyde de graphène et l’environnement

Indépendamment des formes de graphène, un grand nombre d’études ont démontré que le graphène affecte un large éventail d’organismes vivants, notamment les procaryotes, les bactéries, les virus, les plantes, les micro et macro-invertébrés, les mammifères, les cellules humaines et les animaux entiers in vivo. La majeure partie de la littérature actuelle disponible indique que les nanomatériaux à base de graphène sont cytotoxiques.

Bien que le mécanisme de leur cytotoxicité n’ait pas encore été établi, le stress oxydatif, la pénétration cellulaire et l’inflammation ont été les mécanismes les plus largement reconnus pour la toxicité des nanomatériaux à base de graphène dans les organismes aquatiques. Malheureusement, il y a encore un énorme manque d’informations concernant les effets sur les fonctions organiques, les effets métaboliques et le comportement.

Une seule santé

Maintenant que la pandémie a pris fin, l’approche Une seule santé est devenue la priorité. Il s’agit de se concentrer sur la surveillance, les vaccins et le développement de médicaments utilisant les nouvelles technologies. Cependant, les experts et les responsables politiques sont réticents face à l’énorme augmentation des risques biologiques liés aux produits dérivés du graphène qui ont été libérés dans l’environnement au cours de la pandémie ces deux dernières années.

Comme l’oxyde de graphène peut être facilement transporté par l’air et l’eau à partir de déchets dangereux, l’aspect négatif possible d’une pollution par l’oxyde de graphène de toutes les créatures vivantes est inconnu et ne peut pas être ignoré. On a observé que l’oxyde de graphène pouvait renforcer les capacités de perturbation endocrinienne du bisphénol A chez le poisson zèbre adulte mâle. Les bords tranchants de l’oxyde de graphène qui peuvent pénétrer les membranes cellulaires pourraient faciliter la pénétration des microplastiques et d’autres substances inconnues dans les organismes.

De nouvelles maladies peuvent se développer en perturbant un écosystème mondial fragile et équilibré, nécessaire à la santé et à toute vie sur terre. Ce risque pour la santé publique s’accroît chaque jour en raison d’une forte augmentation de la malnutrition due aux confinements qui sapent le bon fonctionnement du système immunitaire et la capacité à dégrader ou détoxifier les produits dérivés du graphène.

La recherche fondée sur des preuves et les décisions éthiques doivent prévaloir sur une accélération de la production et de la diffusion des produits dérivés de l’oxyde de graphène. La priorité devrait être de mieux se concentrer sur les moyens d’améliorer la disponibilité d’une alimentation suffisante et de qualité, d’empêcher la diffusion de produits insuffisamment testés et de restaurer la confiance des populations dans la santé publique.

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