Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2024, 15 (6), 921–935
Biomedical applications of graphene-based nanomaterials in gene delivery, tissue engineering, biosensing and for the development antibacterial agents
Konstantin N. Semenov – Pavlov First St. Petersburg State Medical University, St. Petersburg; St. Petersburg State University, St. Petersburg; A. M. Granov Russian Research Centre for Radiology and Surgical Technologies, St. Petersburg, Russia
Sergei V. Ageev – Pavlov First St. Petersburg State Medical University, St. Petersburg; St. Petersburg State University, St. Petersburg, Russia
Olga S. Shemchuk – Pavlov First St. Petersburg State Medical University, St. Petersburg; A. M. Granov Russian Research Centre for Radiology and Surgical Technologies, St. Petersburg, Russia
Gleb O. Iurev – Pavlov First St. Petersburg State Medical University, St. Petersburg; A. M. Granov Russian Research Centre for Radiology and Surgical Technologies, St. Petersburg, Russia
Abdelsattar O. E. Abdelhalim – Environmental Research Department, National Centre for Social and Criminological Research (NCSCR), Giza, Egypt
Igor V. Murin – St. Petersburg State University, St. Petersburg, Russia
Pavel K. Kozhukhov – Pavlov First St. Petersburg State Medical University, St. Petersburg, Russia
Anastasia V. Penkova – St. Petersburg State University, St. Petersburg, Russia
Dmitriy N. Maystrenko – A. M. Granov Russian Research Centre for Radiology and Surgical Technologies, St. Petersburg, Russia
Oleg E. Molchanov – A. M. Granov Russian Research Centre for Radiology and Surgical Technologies, St. Petersburg, Russia
Vladimir V. Sharoyko – Pavlov First St. Petersburg State Medical University, St. Petersburg; St. Petersburg State University, St. Petersburg; A. M. Granov Russian Research Centre for Radiology and Surgical Technologies, St. Petersburg, Russia
Corresponding author: Konstantin N. Semenov, knsemenov@gmail.com; Vladimir V. Sharoyko, sharoyko@gmail.com
PACS 87.85.Qr, 87.85.Rs
DOI 10.17586/2220-8054-2024-15-6-921-935
ABSTRACT Graphene and graphene oxide have emerged as promising materials in various biomedical applications due to their unique physicochemical properties. This review provides a comprehensive overview of their utilization in gene delivery, tissue engineering, biosensors and antibacterial and antimicrobial agents. In gene delivery, graphene-based materials offer efficient delivery platforms with enhanced cellular uptake and minimal cytotoxicity, promising advancements in gene therapy. Additionally, in tissue engineering, graphene and graphene oxide scaffolds exhibit excellent biocompatibility, electrical conductivity, and mechanical properties, facilitating cell adhesion, proliferation, and differentiation for tissue regeneration. Moreover, graphenebased biosensors demonstrate high sensitivity, selectivity, and stability, enabling rapid and accurate detection of biomolecules for diagnostic and therapeutic purposes. This review highlights the recent advancements, challenges, and future prospects of graphene and graphene oxide in revolutionizing biomedical technologies, paving the way for innovative solutions in healthcare.
KEYWORDS graphene, graphene oxide, composites, nanostructures, biocompatibility, biomedical applications
ACKNOWLEDGEMENTS The authors acknowledge St. Petersburg State University for a research project 11602266.
FOR CITATION Semenov K.N., Ageev S.V., Shemchuk O.S., Iurev G.O., Abdelhalim A.O.E., Murin I.V., Kozhukhov P.K., Penkova A.V., Maystrenko D.N., Molchanov O.E., Sharoyko V.V. Biomedical applications of graphenebased nanomaterials in gene delivery, tissue engineering, biosensing and for the development antibacterial agents. Nanosystems: Phys. Chem. Math., 2024, 15 (6), 921–935.
[In Russian] К.Н. Семенов, С.В. Агеев, О.С. Шемчук, Юрьев Г.О., Абдельсаттар О.Э. Абдельхалим, И.В. Мурин, П.К. Кожухов, А.В. Пенькова, Д.Н. Майстренко, О.Е. Молчанов, В.В. Шаройко
Биомедицинское применение наноматериалов на основе графена в доставке генов, тканевой инженерии, биосенсорике и для разработки антибактериальных средств
АННОТАЦИЯ Графен и оксид графена стали перспективными материалами в различных биомедицинских приложениях благодаря своим уникальным физико-химическим свойствам. В этом обзоре представлен всесторонний обзор их использования в доставке генов, тканевой инженерии, биосенсорах и антибактериальных и противомикробных агентах. В доставке генов материалы на основе графена предлагают эффективные платформы доставки с улучшенным клеточным поглощением и минимальной цитотоксичностью, что является многообещающим достижением в генной терапии. Кроме того, в тканевой инженерии графен и оксид графена демонстрируют превосходную биосовместимость, электропроводность и механические свойства, облегчая адгезию клеток, пролиферацию и дифференциацию для регенерации тканей. Более того, биосенсоры на основе графена демонстрируют высокую чувствительность, селективность и стабильность, что позволяет быстро и точно обнаруживать биомолекулы для диагностических и терапевтических целей. В этом обзоре освещаются последние достижения, проблемы и будущие перспективы графена и оксида графена в революционных биомедицинских технологиях, прокладывая путь для инновационных решений в здравоохранении.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА графен, оксид графена, композиты, наноструктуры, биосовместимость, биомедицинские приложения.
