Een nieuwe studie gepubliceerd in het tijdschrift van IOP Publishing 2D-materialen heeft voorgesteld om grafeen te gebruiken als alternatieve coating voor katheters om de toediening van chemotherapiemedicijnen te verbeteren.

Het onderzoek suggereert dat het plaatsen van grafeen - een extreem dunne laag koolstofatomen - op de interne oppervlakken van intraveneuze katheters die gewoonlijk worden gebruikt om chemotherapiemedicijnen in het lichaam van een patiënt te brengen, de werkzaamheid van behandelingen zal verbeteren, en de kans op het breken van de katheters te verminderen.

De studie geeft aan dat er schadelijke interacties kunnen optreden tussen het meest gebruikte chemotherapiemedicijn, 5-Fluorouracil (5-Fu), en zilver, een van de meest gebruikte coatingmaterialen in medische toepassingen.

Als gevolg van deze schade denken de onderzoekers dat het medicijn mogelijk niet het gewenste therapeutische effect heeft bij patiënten, en dat de chemotherapiebehandeling in het gedrang kan komen.

Verder, het onderzoek geeft aan dat waterstoffluoride (HF) een bijproduct van de reactie tussen 5-Fu en zilver is, een sterk zuur. Dit geeft aanleiding tot bezorgdheid dat zilver en HF samen met de behandeling in de patiënt kunnen worden geïnjecteerd.

Co-auteur van de studie Justin Wells, van de Noorse Universiteit voor Wetenschap en Technologie, zei:"Voor zover wij weten, niemand heeft ooit gekeken naar de chemische reactie tussen chemotherapiemedicijnen en de materialen waarmee ze routinematig in contact komen, zoals katheters en naalden en hun coatings. Er wordt gewoon aangenomen dat de medicijnen intact in het lichaam worden afgeleverd.

"We hebben aangetoond dat zilver de chemotherapiemedicijnen katalytisch afbreekt, wat betekent dat ze waarschijnlijk niet correct bij de patiënt worden afgeleverd. Ons onderzoek geeft aan dat een van de vervalproducten van deze reactie HF is, wat verontrustend zou zijn om in een patiënt te injecteren."

Als oplossing voor dit probleem, het internationale team van onderzoekers heeft voorgesteld grafeen te gebruiken als alternatief coatingmateriaal voor katheters.

In hun studie hebben de onderzoekers gebruikten een techniek die bekend staat als röntgenfoto-emissiespectroscopie (XPS) om de chemische samenstelling van 5-Fu te bestuderen, evenals de reacties van het medicijn met zilver en grafeen.

XPS is een techniek die wordt gebruikt om de oppervlaktechemie van een bepaald materiaal te meten door er een bundel röntgenstralen op af te vuren en de elektronen te verzamelen die vervolgens worden uitgezonden vanuit de bovenste laag van het materiaal. De onderzoekers voerden deze metingen uit in het Zweedse nationale synchrotronlaboratorium - MAX IV Laboratory.

Hun resultaten toonden aan dat wanneer 5-Fu in contact komt met zilver, reacties optreden waarbij er een enorm verlies van het element fluoride van het medicijn is, wat leidde tot de oprichting van HF.

Toen de onderzoekers dit experiment herhaalden met 5-Fu en grafeen, ze ontdekten dat deze reacties volledig verdwenen en dat grafeen geen schade aanrichtte aan het medicijn.

Grafeen is een biocompatibel materiaal met een lage toxiciteit dat al is voorgesteld als een externe coating voor biomedische toepassingen. De onderzoekers stellen dat de fabricage van dunne grafeencoatings technologisch haalbaar is en zelfs op zilver kan worden gekweekt om te voldoen aan bestaande fabricagemethoden.

"Onze bevindingen zijn een belangrijke eerste stap in dit nieuwe vakgebied. Samen met onze medewerkers en studenten, we vergroten ons begrip van de kritische interacties tussen medicijnen en medische coatings, met het oog op het vrij beschikbaar stellen van de kennis voor iedereen, ’ vervolgde Wells.

"Deze studie was een vereenvoudigde versie van een echte chemotherapiebehandeling, dus onze toekomstige studies zullen proberen de processen beter na te bootsen door echte medicijnmengsels te onderzoeken die andere actieve ingrediënten bevatten, evenals een zoutoplossing. We zullen ook proberen onze experimenten uit te breiden met andere chemotherapiemedicijnen."