Nahaufnahme eines jungen Geschäftsmannes in einem grauen Anzug, der in der Wartehalle eines Flughafens oder eines Bahnhofs neben seinem Koffer sitzt und eine chirurgische Maske in der Hand hält

Als COVID-19- und Medizintechnik-Forscher weiß ich, wie wichtig Gesichtsmasken sind, um die Verbreitung des Coronavirus zu verhindern. Daher finde ich es interessant, dass einige Maskenhersteller damit begonnen haben, ihren Gesichtsmasken Graphen-Beschichtungen hinzuzufügen, um das Virus zu inaktivieren. In Laborstudien wurden viele Viren, Pilze und Bakterien durch Graphen unschädlich gemacht, darunter auch das Katzencoronavirus.

Verstehen wir es

Da das SARS-CoV-2, das Coronavirus, das COVID-19 verursacht, tagelang auf der Außenfläche einer Gesichtsmaske überleben kann, besteht die Gefahr, dass Personen, die die Maske berühren und sich dann die Augen, die Nase oder den Mund reiben, mit COVID-19 infiziert werden. Die Hersteller scheinen also davon auszugehen, dass Graphenbeschichtungen auf ihren wiederverwendbaren und Einweg-Gesichtsmasken einen gewissen Schutz vor Viren bieten. Doch im März hat die Provinzregierung von Quebec diese Masken aus Schulen und Kindertagesstätten entfernt, nachdem Health Canada, Kanadas nationale Gesundheitsbehörde, davor gewarnt hatte, dass das Einatmen von Graphen zu asbestähnlichen Lungenschäden führen könnte.

Ist dieser Schritt aufgrund der Faktenlage gerechtfertigt oder eine Überreaktion? Um diese Frage zu beantworten, kann es hilfreich sein, mehr darüber zu wissen, was Graphen ist, wie es Mikroben, einschließlich des SARS-COV-2-Virus, abtötet und was Wissenschaftler bisher über die möglichen gesundheitlichen Auswirkungen des Einatmens von Graphen wissen.

Graphen

Wie schädigt Graphen Viren, Bakterien und menschliche Zellen? Graphen ist eine dünne, aber starke und leitfähige zweidimensionale Schicht aus Kohlenstoffatomen. Hier lesen.

Es gibt drei Möglichkeiten, die Verbreitung von Mikroben zu verhindern:

  • Mikroskopisch kleine Graphenpartikel haben scharfe Kanten, die Viren und Zellen mechanisch beschädigen, wenn sie an ihnen vorbeiziehen.
  • Graphen ist negativ geladen und verfügt über hochbewegliche Elektronen, die einige Viren und Zellen elektrostatisch einfangen und inaktivieren.
  • Graphen veranlasst die Zellen, freie Sauerstoffradikale zu erzeugen, die sie schädigen können und ihren Zellstoffwechsel beeinträchtigen.

Notiz nehmen

Warum Graphen mit Lungenschäden in Verbindung gebracht werden kann. Forscher haben die möglichen negativen Auswirkungen des Einatmens von mikroskopisch kleinem Graphen auf Säugetiere untersucht. In einem Experiment aus dem Jahr 2016 kam es bei Mäusen, denen Graphen in die Lunge gesetzt wurde, zu einer lokalen Schädigung des Lungengewebes, zu Entzündungen, zur Bildung von Granulomen (bei denen der Körper versucht, das Graphen abzuschirmen) und zu anhaltenden Lungenschäden, ähnlich wie bei Menschen, die Asbest einatmen. Eine andere Studie aus dem Jahr 2013 ergab, dass menschliche Zellen, die an Graphen gebunden waren, geschädigt wurden. Hier lesen.

Um die menschliche Lunge zu imitieren, haben Wissenschaftler biologische Modelle entwickelt, die die Auswirkungen von hochkonzentriertem aerosoliertem Graphen - Graphen in Form eines feinen Sprays oder einer Suspension in der Luft - auf Industriearbeiter simulieren sollen. Eine dieser Studien, die im März 2020 veröffentlicht wurde, ergab, dass eine lebenslange industrielle Exposition gegenüber Graphen zu Entzündungen führt und die Schutzbarriere der simulierten Lungen schwächt.

Es ist wichtig anzumerken, dass diese Modelle nicht perfekt geeignet sind, um die drastisch geringeren Graphenmengen zu untersuchen, die über eine Gesichtsmaske eingeatmet werden, aber Forscher haben sie in der Vergangenheit verwendet, um mehr über diese Art von Exposition zu erfahren. In einer Studie aus dem Jahr 2016 wurde festgestellt, dass ein kleiner Teil der aerosolierten Graphen-Nanopartikel durch simulierte Mund- und Nasengänge in die Lunge eindringen kann. Eine Studie aus dem Jahr 2018 ergab, dass eine kurzzeitige Exposition gegenüber einer geringeren Menge an aerosolisiertem Graphen die Lungenzellen in einem Modell nicht nennenswert schädigte.

Aus meiner Sicht als Forscher legt dieses Trio von Erkenntnissen nahe, dass ein wenig Graphen in der Lunge wahrscheinlich in Ordnung ist, aber viel davon ist gefährlich.

Obwohl es naheliegend erscheint, das Einatmen von Graphen mit den bekannten Schäden durch das Einatmen von Asbest zu vergleichen, verhalten sich die beiden Stoffe in einem entscheidenden Punkt anders. Das körpereigene System zur Beseitigung von Fremdpartikeln kann Asbest nicht entfernen, weshalb eine langfristige Asbestexposition zur Krebserkrankung Mesotheliom führen kann. In Studien mit Mausmodellen, in denen die Auswirkungen einer hochdosierten Lungenexposition gegenüber Graphen gemessen wurden, entfernt das natürliche Entsorgungssystem des Körpers das Graphen sehr wohl, wenn auch sehr langsam über 30 bis 90 Tage.

Die Ergebnisse dieser Studien geben Aufschluss über die möglichen gesundheitlichen Auswirkungen des Einatmens von mikroskopisch kleinem Graphen in kleinen oder großen Dosen. Allerdings spiegeln diese Modelle nicht die gesamte Komplexität der menschlichen Erfahrungen wider. Die Beweise für den Nutzen des Tragens einer Graphen-Maske oder für die Schädlichkeit des Einatmens von mikroskopisch kleinem Graphen als Folge des Tragens sind also sehr schwach.

Theoretisches Risiko

Kein offensichtlicher Nutzen, aber theoretisches Risiko. Graphen ist ein faszinierender wissenschaftlicher Fortschritt, der das Absterben von COVID-19-Viruspartikeln auf einer Gesichtsmaske beschleunigen könnte. Im Gegenzug zu diesem unbekannten zusätzlichen Schutz besteht das theoretische Risiko, dass beim Atmen durch eine mit Graphen beschichtete Maske Graphenpartikel freigesetzt werden, die die anderen Filterschichten der Maske durchdringen und in die Lunge eindringen. Wenn sie eingeatmet werden, kann der Körper diese Partikel möglicherweise nicht schnell genug entfernen, um Lungenschäden zu verhindern.