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Etude des effets toxicologiques des nano-objets

Le développement des nanotechnologies suscite de nombreuses interrogations vis-à-vis des nano-objets manufacturés. La question du risque écotoxicologique et/ou sanitaire est soulevée. L’état actuel des connaissances sur les effets biologiques des nanomatériaux montre qu’ils peuvent être toxiques, et très probablement que leurs effets toxicologiques dépendent de leurs caractéristiques physico-chimiques. Cependant, il est encore difficile de tirer des conclusions précises des études existantes. Notre laboratoire ayant une part importante de son activité tournée vers la synthèse de nanoparticules en quantité macroscopique (nanopoudres ou nanotubes), il nous est apparu fondamental de contribuer à la compréhension de leurs éventuels effets toxicologiques. Ainsi, nous avons tiré parti de la maitrise que nous avons de la synthèse de nanoparticules (oxydes ou non oxydes) par pyrolyse laser et de nanotubes de carbone par CCVD d’aérosol pour mettre à disposition des nano-objets aux caractéristiques physico-chimiques bien déterminées. Ceci a conduit à une série de collaborations fructueuses avec différentes équipes de biologistes.

 

Effets des nanomatériaux sur la viabilité cellulaire

Collaborations : A. Simon (doctorante), M. Carriere, B. Gouget (Laboratoire Pierre Sue, Saclay)

Cette étude porte sur l’impact de nanoparticules sur deux souches bactériennes ainsi que sur un modèle humain constitué de cellules épithéliales de poumon A549, simulant le contact des nanoparticules après inhalation. Les conséquences biologiques de l’exposition cellulaire ont été recherchées en fonction de la composition chimique et des caractéristiques physiques des nanoparticules (forme, taille, état d’agrégation, etc.). Ainsi, des nanopoudres d’oxyde de titane ou d’aluminium, et des nanotubes de carbone multifeuillets, ont été testés.
 
Cellule exposée aux nanoparticules de TiO2 synthétisées par pyrolyse laser. On voit  des nanoparticules à l'extérieur et des nanoparticules dans des vésicules à l'intérieur
Les résultats obtenus montrent que les nanoparticules ne sont pas inertes: leur cytotoxicité est faible mais significative. Elle est la plus faible pour l’alumine, elle dépend de la taille et de l’état cristallin pour l’oxyde de titane, l’anatase semblant être la forme la plus nocive. De plus il a été observé que les nanoparticules pénètrent dans les cellules pulmonaires, et seraient donc susceptibles de passer la barrière épithéliale et de transiter jusqu’au système sanguin et aux organes internes [A. Simon-Deckers, B. Gouget, M. Mayne-l’Hermite, N. Herlin-Boime, C. Reynaud, M. Carriere, In vitro investigation of oxide nanoparticle and carbon nanotube toxicity and intracellular accumulation in A549 human pneumocytes, Toxicology (à paraître)].

 

 
Cellule exposée aux nanoparticules de TiO2 synthétisées par pyrolyse laser. O

Cellule exposée aux nanoparticules de TiO2 synthétisées par pyrolyse laser. On voit des nanoparticules à l'extérieur et des nanoparticules dans des vésicules à l'intérieur

Interaction de nanotubes de carbone avec des macrophages

Collaborations : J. Boczkowski, C. Bussy, S. Lanone (INSERM, Paris); J. Cambedouzou, P. Launois (LPS, Orsay)

L'étude de l'interaction de nanotubes de carbone avec des macrophages est intéressante car ce sont des cellules clés de l’inflammation. Il s’agit ici aussi d’étudier les effets biologiques (toxicité, inflammation, stress oxydant) en relation avec les caractéristiques physico-chimiques des nanotubes. Nous avons montré par imagerie et analyse chimique par microscopie de fluorescence X que les nanotubes, au contact de macrophages, présentent une localisation intracellulaire et qu'ils semblent modifier la concentration en calcium intracellulaire [C. Bussy, J. Cambedouzou, S. Lanone, E. Leccia, V. Heresanu, M. Pinault, M. Mayne-l’Hermite, N. Brun, C. Mory, M. Cotte, J. Doucet, J. Boczkowski, P. Launois, Carbon nanotubes in macrophages: imaging and chemical analysis by X-ray fluorescence microscopy, Nano Letters 8, 2659-2663 (2008)].

 

Activité antimicrobienne de nanotubes monoparoi

Collaborations : L. Pfefferle et M. Elimelech (Université de Yale, Chemical Engineering Dept)

Cette étude a permis d’apporter pour la première fois la preuve directe que des nanotubes de carbone monoparoi (SWCNT) purifiés présentaient une très forte activité antimicrobienne [S. Kang, M. Pinault, L. D. Pfefferle, M. Elimelech, Single-walled carbon nanotubes exhibit strong antimicrobial activity, Langmuir 23, 8670 (2007)]. Cette étude démontre que les dommages créés au sein des membranes cellulaires sont principalement dus au contact direct avec les agrégats de SWCNT engendrant la mort des cellules bactériennes. Ces résultats pourraient déboucher sur des applications des SWCNT comme base pour la réalisation de dispositifs antimicrobien