ग्राफीन, कार्बन के क्रिस्टलीय रूपों में से एक है, जो हीरे और ग्रेफाइट के साथ संरचनात्मक विशेषताएं साझा करता है, जिसमें एक अत्यंत पतली लैमिनेट संरचना और विशाल सतह क्षेत्र होता है। यह विन्यास इसे उच्च यांत्रिक शक्ति, अच्छी तापीय स्थिरता और उच्च इलेक्ट्रॉनिक चालकता प्रदान करता है।
अपनी अनूठी भौतिक-रासायनिक गुणों के कारण, ग्राफीन-आधारित नैनोमॉलिक्यूल्स में कई अनुप्रयोगों के लिए बड़ी क्षमता है। हालांकि वे बैटरी निर्माण जैसी प्रौद्योगिकी में व्यापक रूप से जाने जाते हैं, ग्राफीन का बायोमेडिकल क्षेत्र में भी गहन अध्ययन किया जा रहा है, विशेष रूप से दवा वितरण और रिलीज के लिए डिज़ाइन की गई प्रणालियों में।
ये नैनोकण वाहक के रूप में कार्य करते हैं जो शरीर के माध्यम से दवा अणुओं को ले जा सकते हैं। इस कार्य को अनुकूलित करने के लिए, नैनोमटेरियल्स को डेंड्रिमर्स के साथ जोड़ा जाता है - जटिल सिंथेटिक मैक्रोमोलेक्यूल्स, जिनकी विशेषता अत्यधिक शाखित और नियमित संरचना होती है - जो उनकी घुलनशीलता में काफी सुधार करता है और शरीर में मौजूद बायोमॉलिक्यूल्स के साथ बातचीत को आसान बनाता है।
चूंकि यह केवल कार्बन और हाइड्रोजन से बना होता है, ग्राफीन की संरचना अधिकांश मानव कोशिकाओं में पाई जाने वाली संरचनाओं के समान होती है, इसलिए इसे विषाक्त नहीं माना जाता है, जिससे शरीर में प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं को सक्रिय होने से रोका जा सकता है।
इस परिदृश्य में, बीट्रिज़ फुमेल्ली, यूएसपी के बायोमेडिकल साइंस इंस्टीट्यूट की पोस्टडॉक्टरल शोधकर्ता, ने इस संरचना की जैव प्रौद्योगिकी क्षमता पर ध्यान केंद्रित करते हुए अपने अध्ययन शुरू किए। उन्होंने 'GOXP' नामक नैनोकणों की जांच की, जो ग्राफीन ऑक्साइड (GOX) को पॉलीएमाइडमाइन (PAMAM) डेंड्रिमर के साथ जोड़कर बनाए गए थे, और उनका उपयोग एंटीट्यूमर गतिविधि वाले दवा के लिए समर्थन के रूप में किया। हालांकि, इस बिंदु तक पहुंचने से पहले, फुमेल्ली ने एक लंबा वैज्ञानिक मार्ग तय किया था।
वैज्ञानिक यात्रा 2017 में शुरू हुई, जब फुमेल्ली बायोलॉजिकल साइंसेज में स्नातक की पढ़ाई कर रही थीं। इस प्रारंभिक चरण में, उनका ध्यान इस बात को समझने पर था कि ये नैनोमटेरियल्स जैविक प्रणालियों, विशेष रूप से स्तन कैंसर से जुड़ी ट्यूमर कोशिकाओं के साथ कैसे इंटरैक्ट करते हैं।
शोधकर्ता इस बात पर जोर देती हैं कि आदर्श परिदृश्य में, नैनोकणों को कोशिकाओं पर कोई कार्रवाई नहीं करनी चाहिए, जिसका अर्थ है कि जब इसका उपयोग दवा वाहक के रूप में किया जाता है, तो इसे शरीर के साथ न्यूनतम संभव तरीके से इंटरैक्ट करना चाहिए, बिना किसी सेलुलर क्षति के।
प्रयोगों में उपयोग की गई GOXP को साओ पाउलो स्टेट यूनिवर्सिटी (UNESP) के प्रोफेसर डेवानेय डो कारमो की टीम द्वारा विकसित किया गया था। प्रयोगशाला परीक्षणों में, स्तन कैंसर कोशिकाओं पर ग्राफीन नैनोकणों की विभिन्न मात्रा लागू की गई थी। परिणामों से पता चला कि ये नैनोकण न केवल कोशिकाओं की सतह पर चिपक गए, बल्कि उन्हें अवशोषित भी किया गया, जो दवा वितरण प्रणाली के लिए एक महत्वपूर्ण पहलू है।
उच्च सांद्रता में भी, नैनोमटेरियल ने कम साइटोटॉक्सिक प्रभाव दिखाया, जिसके परिणामस्वरूप ट्यूमर कोशिकाओं के एक छोटे हिस्से की मृत्यु हो गई, साथ ही उनके आकार और आयाम को बदलने वाले रूपात्मक परिवर्तनों को प्रेरित किया। फिर भी, सामान्य निष्कर्ष परीक्षण की गई सेल लाइनों पर नैनोकणों के कम हस्तक्षेप की ओर इशारा करते हैं।
स्तन कैंसर कोशिकाओं के GOXP के संपर्क में आने पर व्यवहार का विस्तार से विश्लेषण करने के लिए, शोधकर्ताओं ने वास्तविक समय माइक्रोस्कोपी का सहारा लिया। इस विधि ने नैनोकणों के साथ संपर्क के सटीक क्षण में ट्यूमर कोशिकाओं की प्रतिक्रिया का निरीक्षण करने की अनुमति दी। अवलोकन ने पुष्टि की कि नैनोमटेरियल कोशिका की सतह से चिपक जाता है, जो समूहों के रूप में इसके आंतरिककरण को सुविधाजनक बनाता है, जो बाद में छोटे समूहों में खंडित हो जाते हैं।
इस प्रयोग में, वैज्ञानिकों ने पाया कि कोशिकाएं इन समूहों को अपनी बेटी कोशिकाओं में स्थानांतरित करती हैं, एक प्रक्रिया जिसकी तुलना 'विरासत' से की जाती है, जो इस सामग्री की एक प्रासंगिक चिकित्सीय उपकरण के रूप में क्षमता को मजबूत करती है।
यह देखते हुए कि कैंसर कोशिकाएं बहुत तेजी से गुणा करती हैं, GOXP दवा को आंतरिक रूप से वितरित करने की अनुमति देगा जो कोशिका विभाजन के बाद उत्पन्न नई कोशिकाओं को वितरित किया जाएगा। बीट्रिज़ बताती हैं कि 'यह एक बहुत दिलचस्प चिकित्सीय खिड़की खोलता है'।
ग्राफीन नैनोकणों की विशेषताओं के गहन विश्लेषण और उनकी जैव प्रौद्योगिकी क्षमता की पुष्टि के बाद, शोधकर्ताओं ने एंटीट्यूमर दवा, डॉक्सोरूबिसिन (DOX) के साथ लोड की गई GOXP का परीक्षण किया। यूएसपी और नीदरलैंड में ग्रोनिंगन विश्वविद्यालय दोनों में कई परीक्षण किए गए, जहां फुमेल्ली ने अपना डॉक्टरेट पूरा किया। उन्होंने विभिन्न प्रकार के स्तन कैंसर कोशिकाओं में इस उपचार की प्रभावकारिता का मूल्यांकन किया।
शोधकर्ताओं ने देखा कि GOXP से जुड़ा दवा अकेले उपयोग की तुलना में अधिक कुशल थी, जिससे ग्राफीन-आधारित उपचारों में अधिक ट्यूमर कोशिकाओं का सफाया हुआ। इसके अतिरिक्त, DOX को नैनोकणों से धीरे-धीरे जारी किया गया, जिससे समय के साथ प्रगतिशील कोशिका मृत्यु हुई।
फुमेल्ली इस बात पर भी जोर देती हैं कि ट्रिपल-नेगेटिव स्तन कैंसर सेल लाइन - बीमारी का एक अधिक आक्रामक उपप्रकार जिसके लिए अभी तक कोई विशिष्ट उपचार नहीं है - GOXP से जुड़े डॉक्सोरूबिसिन के प्रति अधिक संवेदनशीलता प्रदर्शित करती है, जो इस लाइन की नैनोमटेरियल-मध्यस्थता वाले उपचार के प्रति उच्च संवेदनशीलता का संकेत देता है।
संक्षेप में, ये परिणाम बताते हैं कि GOXP एक दवा वितरण मंच के रूप में कार्य करता है जो प्रभावी और जैवसंगत है, इसे बायोमेडिकल अनुप्रयोगों के लिए एक आशाजनक उपकरण के रूप में स्थापित करता है। हालांकि, GOXP के व्यवहार को पूरी तरह से समझने के लिए, इसकी फार्माकोकाइनेटिक्स, जैव-वितरण, प्रभावकारिता और जैवसंगतता विशेषताओं का मूल्यांकन करने के लिए, पशु मॉडल का उपयोग करके अतिरिक्त इन विट्रो और इन विवो अध्ययनों की आवश्यकता है।