EMPA和弗里堡的阿道夫-默克尔研究所（AMI）的研究人员对一个3D肺模型进行了研究，以在吸入石墨烯和类石墨烯材料后检查它们的行为。

AMI肺部模型图像

阿道夫-默克尔研究所（AMI）的肺模型

由于采用了三维肺模型，研究人员成功地模拟了血-气屏障的实际情况以及石墨烯对肺组织的影响，而没有对动物或人类进行任何测试。它是代表肺泡的细胞模型。传统的体外试验只对一种细胞类型的细胞培养起作用——另一方面，新建立的肺模型有三种不同的细胞类型，它们模拟肺内的条件，即肺泡上皮细胞和两种免疫细胞——巨噬细胞和树突细胞。

到目前为止，另一个在体外试验中几乎被忽略的因素是与空气中石墨烯粒子的接触。通常，细胞在培养皿中的营养液中培养，并以这种形式暴露在诸如石墨烯之类的物质中。但实际上，在肺屏障处，情况完全不同。”人类有机体通常通过呼吸与石墨烯粒子接触，”EMPA粒子生物学相互作用实验室的TinaB_rki解释说。

这意味着微粒被吸入并直接接触肺组织。新的肺模型是这样设计的，细胞在空气-液体界面上坐在多孔滤膜上，研究人员借助喷雾器在肺细胞上喷射石墨烯颗粒，以便尽可能地模拟人体内的过程。因此，三维细胞培养有效地“吸入”石墨烯粉尘。

这些使用3D肺模型的测试现在已经产生了第一个结果。研究人员证明，如果肺上皮细胞与氧化石墨烯（Go）或纳米石墨烯血小板（GNP）接触，不会对肺造成急性损伤。这包括诸如细胞突然死亡、氧化应激或炎症等反应。

为了追踪身体的慢性变化，SNSF计划将运行三年；下一个议程将是使用肺部模型的长期研究。除了纯石墨烯颗粒外，研究小组成员还将肺细胞暴露于由复合材料制成的摩擦石墨烯颗粒中，这种复合材料通常用于增强聚合物。

EMPA高级分析技术实验室的王静也参与了这项研究。为了尽可能真实地估计人类接触的石墨烯粒子的数量，王正在研究和量化复合材料的磨损。基于这些数据，研究小组将3D肺模型暴露在现实条件下，并能够预测石墨烯和类石墨烯材料的长期毒性。