Toxicologie humaine des nanoparticules

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Toxicologie humaine des nanoparticules

• Pr. Alain Botta
• Laboratoire de Biogénotoxicologie et Mutagenèse
  Environnementale (EA 1784)
• Faculté de Médecine, Marseille

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Toxicité humaine des nanoparticules

• Données très limitées
• Surtout expérimentation
  animale sur appareil pulmonaire
• Etudes  in vitro  sur cultures cellulaires
• Aucune étude  ex vivo  chez lhomme
  exposé

Probabilité deffets délétères hypothétique mais
pertinente car - propriétés
physico-chimiques nouvelles - taille
compatible avec organites cellulaires
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Facteurs impliqués dans la toxicité des
nanoparticules
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NANOPARTICULES ET FRANCHISSEMENT DES BARRIERES
BIOLOGIQUES

• Longtemps discuté
• Actuellement admis au moins pour
  certains produits
• (avancement des
  recherche sur la vectorisation des médicaments)
• Deux exemples
• Membrane cellulaire
• Barrière hémato-encéphalique

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ENDOCYTOSE
Endocytose par clathrine
cavéole
Endocytose par cavéoline
Pinocytose
O ? 150 nm
O ? 100 nm
O ? 50 nm
(agrégats)
Voies potentielles de pénétration cellulaire
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Nanoparticules et barrière hémato-encéphalique (1)
Observation passage du compartiment sanguin
au cerveau par diffusion passive et
endocytose favorisé par certains enrobages
cellules endothéliales
endocytose
cerveau
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Le stress oxydant induit par les ERO et ERN joue
un rôle-clé dans les effets toxiques
notamment génotoxiques des nanoparticules

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GENERATION DE ERO ET ERN PAR LES NANOPARTICULES
Génération intrinsèque
Interactions avec cibles cellulaires
Inflammation
Activation PNN Phagocytose (macrophages)
iNOS Myélopéroxydases Oxydases NAD(P)H
dépendantes
Mitochondries Mécanismes de défense anti-oxydant
e
Groupes oxydants en surface Réaction
Haber-Weiss Bioactivation HAP adsorbés
ERO ERN
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La réaction inflammatoire paraît le processus
majeur de production dERO et ERN mais pas
lunique !
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Inflammation
dysfonctionnements cellulaire
tissulaire
organique
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Inflammation

• Intervention - des macrophages (phagocytes)
• - des polynucléaires neutrophiles
• Mise en jeu de
• ERO et ERN (NO)
• phénomènes immunologiques
• médiateurs chimiques (histamine)
• cytokines (IL, Interférons, TNF)
• prostaglandines
• leucotriènes

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Les circonstances de mise en jeu de linflammation
Infections (virus, bactéries, parasites)
Dommages tissulaires (corps étrangers,
hyperthermie, brûlure chimique)
Xénobiotiques (fumée de tabac amiante,
silice) nanoparticules
Pathologies inflammatoires (colites,
pancréatites, bronchites)
Irritants endogènes (calculs)
Espèces radicalaires Etats de transition ERO ERN
Facteurs physiques (UV, RI)
Dommages tissulaires Dommages ADN Altération
fonction et croissance cellulaire
Pathologies Cancers organiques
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Nanoparticules et appareil respiratoire (1)
Dépôt
VRS 5 gt t gt 50 nm
alvéolaire 5 lt t lt 50 nm
Phagocytose
macrophages alvéolaires
Biopersistance
peu documentée
Translocation
Fosses nasales nerf olfactif SNC
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(No Transcript)
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Nanoparticules et appareil respiratoire (2)
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Exemples de nanoparticules susceptibles daltérer
lappareil respiratoire
Nanotubes de carbone mono et multifeuillets
Oxydes TiO2 CdO ZnO ZrO2 SiO2 cristallisé
Quantum dots
Interaction forte avec épithélium
alvéolaire Réaction inflammatoire
Stress oxydant intense Réaction inflammatoire
forte Conséquences ? Cancérogenèse ?
Inflammation péribronchique et intersticielle Fibr
ose et nécrose tissulaire
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Nanoparticules et peau
Pénétration cutanée taille-dépendante Mé
canisme complexe Intervention cellules de
Langerhans réaction immunitaire

• Pénétration cutanée taille-dépendante
• Mécanisme complexe. Intervention Cellules de
  Langerhans
• réaction immunitaire
• fullerènes
• quantum dots
• nanotubes de carbone
• En question pour oxydes métalliques (TiO2)

Irritation dose-dépendante Altérations
cellulaires (apoptose, hypoadhésions) pour les
nanotubes de carbone
Processus admis pour
Hypersensibilité Génotoxicité Mutagenèse études
en cours
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Nanoparticules et tractus
intestinal
Translocation de la lumière intestinale
au tissu lymphatique contenant entérocytes
spécialisés dans la phagocytose
Résorption par les entérocytes
normaux Facilitée si muqueuse enflammée
Etudes réalisées sur Fullerènes C60
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Nanoparticules et génotoxicité

• La génotoxicité parait être en relation forte
• avec la production de ERO et ERN
• Rôle probablement majeur de la
  réaction inflammatoire

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Lésions de lADN induites par ERO et ERN
ERN
ERO
lésions oxydatives de lADN
Ethéno Propano
adduits ADN
relayés par péroxydation lipidique MDA, 4HN
études en cours avec CeO2, TiO2 fullerènes
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Génotoxicité
Cancérogenèse
Réparation erronée
RI
Mutagenèse
Mutation gènes critiques
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Génotoxicité primaire Test des comètes
Microscopie 250x
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Mutagenèse numération des micronoyaux


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Cancérogenèse puce à ADN (transcriptome)
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(No Transcript)
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Exemples de nanoparticules ayant conduit à des
effets génotoxiques et/ou mutagènes
Fullerènes irradiés par lumière visible
Quantum dots recouverts dacide
mercapto-undécanoïque et cystéamine
Nanotubes de carbone Mono et multifeuillets
Génotoxicité  in vitro 
Nano maghémites Fe2O3
Nanoparticules dor
TiO2 (anatase, rutile) Irradiés par lumière
solaire
TiO2 (anatase)
CeO2
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Nanoparticules et cancer (1)

• Hypothèse uniquement
• sur le cancer du poumon
• par analogie avec
• connaissance de la
• pollution atmosphérique
• particulaire

Rôle probable de la génotoxicité directe (ERO)
et indirecte via linflammation (ERO, ERN)

• 
  

Classement TiO2 Groupe 2B CIRC
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Nanoparticules et cancer (2)
Importance de la prédisposition (mutations
génomiques) la susceptibilité
(polymorphismes)
Rôle possible dHAP et nitro HAP adsorbés sur
les nanoparticules et vectorisés dans les
cellules pulmonaires
Synergie avec le tabagisme et autres
polluants
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Nanoparticules et reproduction (1)

• 6 articles scientifiques
• expérimentation animale souris, rats wistar
• nanoparticules étudiées
• SiO2 enrobées
• Ag
• Al
• MoO3

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Nanoparticules et reproduction (2)
Résultats translocation dépôts
bioaccumulation dans les testicules
cytotoxicité sur les cellules
germinales Hypothèse les nanoparticules
pourraient franchir la barrière
hémato-testiculaire et biopersister dans le
testicule Inconnues Quid chez lHomme ?
Quels effets génotoxiques et/ou mutagènes ?

• Résultats
• - translocation dépôts bioaccumulation
• dans les testicules
• - cytotoxicité sur les cellules germinales

Hypothèse les nanoparticules pourraient franchir
la barrière hémato-testiculaire et
biopersister dans le testicule
Inconnues Quid chez lHomme ? Quels
effets génotoxiques et/ou mutagènes ?
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(No Transcript)
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CONCLUSION
Beaucoup dhypothèses Peu de données probantes
Interprétation des résultats Différences
inter-espèces Extrapolation à lhomme Interactions
avec polluants
Redéfinir modèles cellules-cibles doses, temps
de contact
Evaluer pertinence des tests
actuels Développer tests
plus adaptés
Comprendre les processus cumulatifs dans les
tissus-cibles
Approfondir études de génotoxicité somatique et
germinale
Elucider mécanismes de franchissement des
barrières biologiques
Approcher mécanismes épigénétiques
(méthylation ADN, micro ARN)

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 CHACUN A LE DROIT DE VIVRE DANS UN
ENVIRONNEMENT EQUILIBRE ET FAVORABLE A SA
SANTE  Charte de lEnvironnement, 28
Février 2005