独立個人党のオルタ黙示録：なんでも何が正しいのか自分で考えてみよう－世界暴政化の策謀を絵本で理解－「百聞は絵本にしかず」
ネクローシス（壊死）
壊死は、炎症反応や細胞損傷によって引き起こされる細胞死の代替形態である。原始的なグラフェンを細胞に接触させると、高用量（50mg/mL）でアポトーシスおよびネクローシスが起こる[83]。また、細胞質のCa2+濃度が上昇すると、LDHが漏出し、ミトコンドリアの透過性遷移孔が開くことで、アポトーシス／ネクローシスが引き起こされると報告されている[210]。GO処理は、TLR4シグナルを活性化し、続いてオートクラインTNF-α産生を部分的に誘発することで、マクロファージの壊死を誘発することが明らかになった[93]。GOとCDDPの併用(GO/CDDP)は、RIP1タンパク質を減少させ、RIP3タンパク質を増加させることで、高移動度グループB1(HMGB1)を核から細胞質に放出し、CT26細胞から放出することで壊死を引き起こした[205, 211, 212]。
エピジェネティックな変化
エピジェネティクスには、DNAメチル化、ゲノムインプリンティング、母性効果、遺伝子サイレンシング、RNA編集などがある[213–215]。DNAメチル化は、最もよく研究されているエピジェネティック修飾の一つであり、リン酸化、ユビキチン化、ATPリボシル化を含む、クロマチンリモデリングを引き起こす可能性がある[197, 216, 217]。最近の論文では、SL-GO/FL-GOへの曝露により、DNMT3BとMBD1遺伝子の発現が上昇することでグローバルなDNAハイパーメチル化が生じ、GNP処理によりDNMT3BとMBD1遺伝子の発現が低下することでハイポメチル化が生じることが報告されている[216]。GOは、CEP-1の構成要素に影響を与えることで、DNA損傷-アポトーシスのシグナル伝達カスケードを抑制するために、miRNA-360制御経路を活性化する可能性があった[218]。これらのデータを総合すると、GFNは、エピジェネティックな変化を調節することによって、遺伝子発現のプログラミングに微妙な変化を引き起こす可能性があることが示唆される。しかし、GFNsによって誘発されるエピジェネティックな変化に関する研究は少なく、GFNs暴露によって引き起こされるエピジェネティックなメカニズムは完全には理解されていない。
結論として、多くの研究が、TLRs、TGF-β、TNF-α、MAPKsの4つのシグナル伝達経路が関与するGFNs毒性の代表的なメカニズムを論じている。これらの4つのシグナル伝達経路は相関的かつ相互変調的であり、炎症反応、オートファジー、アポトーシスなどのメカニズムは独立しているが、互いに関連している。さらに、酸化ストレスは、これらのシグナル伝達経路を活性化する上で最も重要な役割を果たしていると思われる。他のナノ材料の毒性研究では、アポトーシス、オートファジー、ネクローシスが交錯していることが報告されており、ある条件では相互に阻害したり促進したりする。しかし、これまでの論文で調べられたGFNs毒性のシグナル伝達経路は、複雑に絡み合った網の目のごく一部に過ぎず、今後、シグナル伝達経路のネットワークを詳細に調べる必要があると考えられる。
データギャップと将来の研究
現在、GFNの潜在的な危険性について結論を出すには、文献が不十分である。ある研究者は、生物医学的応用に焦点を当てた多くの研究において、グラフェン材料は生体適合性があると示唆しており[119, 154, 162, 219]、他の研究では、有害な生物学的反応や細胞毒性が報告されている[32, 118, 135, 138, 192]。これらの矛盾した結果は，研究グループの違い、様々な細胞や動物モデル、GFNの物理化学的特性の違いなど、いくつかの要因に起因すると考えられる。GFNを人体内やその他の生物医学的応用に向けて検討する場合、生体適合性を考慮しなければならず、GFNの毒性に関するより詳細で正確な研究が必要である。
まず、GFNsの毒性に関する今後のすべての研究において、詳細な物理化学的特性評価が必須である。実験において、GFNの特徴的な記述は、そのサイズ、形態、表面積、電荷、表面修飾、純度、および凝集を含むべきである[88, 141, 148, 162]。これらの物理化学的因子はGFNの毒性や生体適合性に大きく影響するため，単一因子の実験デザインや他の干渉因子の排除を考慮する必要がある。また、形成された酸化的な破片が、機能化の際にグラフェンやGOの表面構造を大きく変化させる可能性があるため、製造プロセスの詳細を示す必要がある[151]。重要なことは、グラフェン技術において単一の普遍的な手法を確立する必要があることであり、これにより、異なる研究や異なる研究室のデータをよりよく比較することができる。
第2に、観察基準やパラメータ、実験方法の選択が異なると、実験室間で大きなばらつきが生じる可能性がある[220, 221]。例えば、MTT法では、グラフェンの毒性を正確に予測することはできない。したがって、水溶性テトラゾリウム塩試薬（WST-8）、ROSアッセイ、トリパンブルー排除試験など、適切な代替評価法を利用すべきである[106, 222]。さらに、前者は修復可能な損傷を測定し、後者は細胞分裂後に残る遺伝子損傷を測定するため、コメットアッセイは小核アッセイよりも高いレベルのDNA損傷を示すことが多い[159, 223]。したがって、グラフェン材料の毒性を評価するための最も適切なアッセイを選択する際には、偽陽性の結果を避けるために注意が必要である。
第3に、癌細胞株はその遺伝的背景によって感受性や耐性が異なる傾向があるため、細胞株の選択は極めて重要である。同じグラフェンナノ粒子でも、様々な細胞の由来によって異なる反応を引き起こす可能性がある。偽陽性または偽陰性の結果を避けるためには、安定性の高い適切な細胞株を使用しなければならない。ヒトや動物に由来する初代細胞は、ヒトの健康状態をよりよくシミュレートすることができる。他のナノ材料の毒性をテストするために、大量の初代細胞が利用されているが[224–228]、初代細胞の培養は、これまでのGFNを用いた実験では極めて稀である[210, 229]。GFNの物理化学的特性や毒性を総合的に評価するためには、初代細胞と組み合わせた様々な細胞実験を行う必要がある。
第4に，GFNの投与経路は毒性研究において非常に重要な役割を果たしており、投与方法が異なれば，異なる毒物学的反応が生じることになる[32, 53]。そのため、研究の目的に応じて、投与経路と曝露期間を慎重に選択する必要がある。鼻腔内への薬物投与は、ナノ材料の神経毒性の研究によく用いられるが[230, 231]、この投与方法がGFNsの毒性試験に適用されることはほとんどない。神経系におけるGFNの毒性研究は稀であり、そのメカニズムは不明であり、今後さらに研究する必要がある。異なる暴露経路によるGFNの吸収、分布、代謝、蓄積、排泄を含む最近のトキシコキネティック研究では、いくつかの結果が得られているが、内部の複雑なメカニズムを明らかにするには十分ではない。例えば，GFNが生理的障壁を通過する際の具体的な分子メカニズムや、組織内でのGFNの蓄積量や排泄期間などについては、さらなる研究が必要である。また、人間がGFNに触れる機会が増えていることを考えると、人体における全身毒性の評価は今後の研究に欠かせない。
第5に、体内に入った後、あるいは細胞に取り込まれた後のGFNの長期的な運命についても注目すべき重要な問題である。最近のほとんどの研究は、短期的な毒性評価で構成されており[89, 232]、2008年にGFNが広く応用されて以来、長期的な毒性被害はあまり注目されていない。さらに、グラフェンの表面を機能化すると生体適合性が向上するが、表面コーティングの長期安定性を考慮する必要がある[233]。表面コーティングが最終的に分解すると、その毒性は短期暴露の結果とは大きく異なる可能性がある。より長い処理時間がGFNのナノ毒性の可能性に影響を与えるかどうかを判断するためには、さらなる研究が必要である。
第6に、GFNの毒性のメカニズムにおけるより特異的なシグナル伝達経路を発見し、解明する必要がある。現在、酸化ストレス、アポトーシス、オートファジーなど、GFNのいくつかの典型的な毒性メカニズムが説明され、広く受け入れられている。しかし、これらのメカニズムは一般的な用語でしか説明されておらず、これらのメカニズム内の特定のシグナル伝達経路を詳細に調査する必要がある。他のナノ材料の毒性に関与するシグナル伝達経路は、GFNの研究にも関連する可能性がある。したがって、今後の研究では、より多くのシグナル伝達経路を検出する必要がある。例えば、ナノエピジェネティクスは、ナノマテリアルの数多くの研究で考慮されており、これはGFNの限定的な毒性や副作用を評価するのにも役立つ。最近の研究では、GFNが物理的毒性や発がん性を刺激する可能性のあるエピジェネティックな変化やゲノムの変化を引き起こす可能性があることが示されている[234]。GFNは、腫瘍性固体インプラントの特性に似た、高い表面積、滑らかな連続した表面、およびバイオパーシスタンスを有する。GFNが異物肉腫を誘発する可能性があるかどうかは不明であり、したがって、グラフェンの腫瘍の可能性やリスクに関する決定的な研究を早急に行う必要がある。
結論
ここ数年、GFNは様々な技術や生物医学の分野で広く利用されている。現在、ほとんどの実験は、肺や肝臓におけるGFNの毒性に焦点を当てている。そのため、脳障害や神経毒性の研究は、今後もっと注目されるべきである。多くの実験により、GFNが多くの生物学的応用において毒性のある副作用を持つことが示されているが、毒性のメカニズムの詳細な研究が緊急に必要である。また，GFNの毒性に関する対照的な結果については、効果的な実験方法と系統的な研究によって対処する必要がある。この総説では、トキシコキネティクス、毒性メカニズム、影響因子をまとめることで、GFNの毒性について概観し、将来的にGFNのin vitroおよびin vivoの血液・生体適合性に関する徹底的な研究を促進するための情報を提供することを目的とした。このレビューは、GFNの臨床および治療への応用の前に安全性の懸念に対処するのに役立ち、これは生物学的応用におけるGFNのさらなる開発にとって重要である。
以下略