Наночастицы размером <100 нм могут проникать в клетку, <40 нм могут проникать в ядро, а меньше <35 нм могут преодолевать гематоэнцефалический барьер [ 85 ]. Одно исследование показало, что ГО (588, 556, 148 нм) не проникает в клетки A549 и не имеет очевидной цитотоксичности [ 112 ]. Когда диаметр графена составляет от 100 до 500 нм, наименьший размер может вызвать наиболее серьезную токсичность, а когда диаметр менее 40 нм, наименьшие размеры могут быть самыми безопасными. Например, rGO диаметром 11 ± 4 нм может проникать в ядро ​​hMSC и вызывать хромосомные аберрации и фрагментацию ДНК при очень низких концентрациях 0,1 и 1,0 мг / мл за 1 час. Однако листы rGO диаметром 3,8 ± 0,4 нм не проявляли заметной генотоксичности в отношении hMSC даже при высокой дозе 100 мг / мл через 24 часа [ 118].Токсичность во внутренних органахГО может вызвать острую воспалительную реакцию и хроническое повреждение, нарушая нормальные физиологические функции важных органов [ 32 , 81 ]. Эксперименты с пероральным желудочным зондом не показали заметной абсорбции ГО через желудочно-кишечный тракт [ 95 ]. Интересно, что низкая доза GO вызвала серьезное повреждение желудочно-кишечного тракта после того, как мыши-матери пили суспензию GO, а не высокую дозу GO, потому что низкая доза GO без агломерации может легко прикрепиться к поверхности желудочно-кишечного тракта и вызвать разрушение из-за его большого количества. острые края [ 53 ]. GFN вызывали воспаление и оставались в легких на 90-й день после однократной интратрахеальной инстилляции и даже перемещались в легочные лимфатические узлы при вдыхании только через нос [96 , 97 ]. Высокая доза ГО, которая образует агрегации, может блокировать легочные кровеносные сосуды и приводить к одышке [ 50 , 98 ], а тромбоциты тромбоцитов наблюдались при высоких концентрациях 1 и 2 мг / кг массы тела при внутривенной инъекции [ 89 ]. Сообщается, что ГО разрушает альвеолярно-капиллярный барьер, позволяя воспалительным клеткам проникать в легкие и стимулировать высвобождение провоспалительных цитокинов [ 99]. О фиброзе и воспалении можно судить по повышенным уровням белковых маркеров collagen1, Gr1, CD68 и CD11b в легких. Было предложено использовать Tween 80 для диспергирования FLG или сурфактанта плюроника для диспергирования графена для снижения вероятности образования фиброза легких в клетках или мышах, тогда как фиброз легких наблюдался, когда графен был суспендирован с бычьим сывороточным альбумином (BSA) [ 100 125 I-NGO в легких, и изотопы могут откладываться там и вызывать мутации и рак [ 30]. Кроме того, радиоактивные изотопы могут доставляться в легкие, что сопровождается распределением по глубине]. Однако в недавних публикациях не сообщалось об очевидных патологических изменениях у мышей, подвергшихся воздействию низких доз GO и функционализированного графена путем внутривенной инъекции, включая аминированный GO (GO-NH2), функционализированный поли (акриламидом) GO (GO-PAM), поли (акриловую кислоту). ) -функционализированные ГО (ГО-ПАА) и ГО-ПЭГ; только ГО-ПЭГ и ГО-ПАК вызывали меньшую токсичность, чем чистый ГО in vivo [ 31 , 79 , 89 ]. Таким образом, функциональные группы GFN и рабочая концентрация или агрегатное состояние в значительной степени влияют на токсичность GFN. В последнее время для снижения токсичности GFN обычно используются способы модификации функциональной группы GFN, уменьшения рабочей концентрации или изменения агрегатного состояния.
Токсичность для центральной нервной системыГрафен в значительной степени помог нейрохирургии с применением доставки лекарств / генов для лечения опухолей головного мозга, внутричерепных и спинномозговых биосовместимых устройств, биосенсоров и методов биовизуализации. Появились исследования, касающиеся потенциальных возможностей или рисков присутствия графена в головном мозге. В модели куриного эмбриона чистые графеновые хлопья снижали уровень рибонуклеиновой кислоты и скорость синтеза дезоксирибонуклеиновой кислоты, что приводило к пагубному влиянию на развитие мозговой ткани, и в мозге наблюдалась атипичная ультраструктура [ 101 ]. Недавние исследования GFN в центральной нервной системе в основном связаны с их применением, а не с токсичностью. Данные токсического исследования GFNs находятся в стадии разработки.
Токсичность в системе воспроизводства и развитияЧистый графен уменьшал васкуляризацию сердца и плотность разветвленных сосудов после инъекции в оплодотворенные куриные яйца с последующей инкубацией в течение 19 дней [ 101 ]. GO и rGO повреждают эмбрионы рыбок данио, влияя на скорость вылупления эмбрионов и длину тела в зависимости от концентрации. Хотя у подвергшихся воздействию эмбрионов рыбок данио не наблюдалось явных пороков развития или смертности [ 102 ], GO прилипал к хориону эмбрионов рыбок данио и был обернут в него, вызывая заметную гипоксию и задержку вылупления. Агрегаты ГО сохранялись во многих органеллах, таких как глаза, сердце, желточный мешок и хвост эмбриона, и в этих областях наблюдались апоптоз и генерация активных форм кислорода (АФК) [ 103 ].
GFN оказывают различное токсикологическое действие на мужскую и женскую репродуктивную систему. Данные показали, что ГО оказывает очень слабое или почти не токсическое действие на репродуктивную функцию самцов даже в высоких дозах при внутрибрюшной инъекции [ 66 ]. Кроме того, rGO не изменял уровни эстрогена в сыворотке небеременных самок мышей. У самок мышей состояние иное: самки мышей могли дать здоровое потомство после инъекции rGO до спаривания или во время ранней беременности, и только несколько аномальных плодов присутствовали среди пометов самок, инъецированных rGO. Однако у беременных мышей были выкидыши при любой дозе, и большинство беременных мышей умерли, когда высокая доза rGO была введена на поздних сроках беременности [ 44]. Примечательно, что развитие потомства в группе высоких доз было отложено в период лактации. Высокая доза ГО снижала потребление воды материнскими мышами при пероральном воздействии, что уменьшало надоев молока и, таким образом, задерживало рост потомства [ 53 ]. Хотя результаты показывают, что GFN потенциально вредны для развития, данные о репродуктивной токсичности и токсичности для развития все еще недостаточны. Исследования влияния GFN на репродуктивную функцию и развитие мужчин и женщин все еще необходимы для выяснения основного механизма токсичности.