Formation par la recherche

Les nanotechnologies constituent un champ de recherche et de développement impliquant la fabrication de structures, dispositifs et systèmes à partir de procédés permettant de structurer la matière aux niveaux atomique, moléculaire ou supramoléculaire à des échelles caractéristiques de 1 à 100 nanomètres (nm). On peut atteindre de nouveaux comportements de la matière dus à la prépondérance des lois de la physique quantique s'exprimant essentiellement à cette échelle. Ces nouvelles propriétés, aux applications industrielles notamment très intéressantes, sont les mêmes qui confèrent une potentielle toxicité aux nanomatériaux (grande réactivité de surface et petite taille, par exemple). Cette toxicité concerne potentiellement, non seulement les utilisateurs, mais aussi les travailleurs de l’industrie des nanotechnologies.

Parmi les nanomatériaux existants, ceux qui sont constitués de carbone, et particulièrement les nanotubes de carbone (NTC), sont de plus en plus développés compte tenu de leurs propriétés physiques (dureté, conduction, résistance notamment). Les NTC sont constitués d’une partie quasi-cylindrique formée par un plan de graphite enroulé sur lui-même et fermé à ses deux extrémités par deux demi-fullerènes. La longueur d’un NTC peut aller de quelques dizaines de nanomètres à plusieurs micromètres tandis que son diamètre est uniquement de l’ordre du nanomètre. Il existe deux catégories de NTC : les SWCNT (single-wall carbon nanotubes) composés d’un seul feuillet de graphite et les MWCNT (multi-wall carbon nanotubes) constitué d’une superposition de plusieurs feuillets.

Peu de travaux évaluant la toxicité des NTC ont été publié. Ces travaux concernent en partie la toxicité respiratoire et montrent des effets cytotoxiques et inflammatoires, mais plusieurs points restent mal connus. Notamment, 1) il existe peu de données sur la cytotoxicité comparative des SWCNT et des MWCNT, et quasiment aucune comparaison avec l’amiante, fibre emblématique pour la toxicité respiratoire ; 2) on note une absence d’examen de l’état d’agrégation des NTC. Ce point est très important compte tenu de la faible solubilité de ces matériaux dans des milieux aqueux et de leur grande capacité à former des agglomérats, et 3) il n’y a pas d’évaluation du rôle joué par la réactivité de surface.

Ainsi, les objectifs de ce projet sont : 1/ évaluer les effets toxiques pulmonaires (cytotoxicité, stress oxydant, inflammation) sur l’incidence du degré de dispersion des NTC, à l’aide de différents milieux de suspension, 2/ évaluer l’effet de l’enrobage des NTC par différents polymères, afin de faire la part du rôle du recouvrement de surface dans les effets toxicologiques des NTC, et 3/ comparer les effets des NTC à ceux de l’amiante.

Nous adopterons une stratégie expérimentale à deux versants ; un versant cellulaire sur des cellules pulmonaires humaines résidantes (lignée A549, représentative des cellules épithéliales alvéolaires et lignée MET5A, représentative des cellules mésothéliales) et des cellules inflammatoires (lignée de macrophage murins RAW 264.7), et un versant sur animal entier, avec l’exposition de souris aux différents nanomatériaux, administrés par voie intratrachéale.

Trois types de NTC seront utilisés ; des NTC multi-feuillets non enrobés ou des NTC multi-feuillets enrobés par soit un polymère hydrophile, soit par un polymère hydrophobe. Les effets de ces NTC seront comparés à ceux de nanoparticules de noir de carbone. Enfin, deux types d’amiante (chrysotile et crocidolite) nous serviront de témoin positif.

Puisque le niveau d’exposition des travailleurs des industries des nanomatériaux, de même que celui de l’exposition environnementale aux NTC, ne sont pas connus actuellement, nous utiliserons une large gamme de concentrations. In vitro, les cellules seront exposées de 6 à 72 heures aux nanomatériaux. Les animaux quant à eux seront exposés jusqu’à 6 mois après l’instillation initiale. Tous les matériaux seront resuspendus dans 3 milieux permettant différents degrés de dispersion : 1) du PBS, 2) de l’éthanol, permettant une dispersion plus complète des nanomatériaux et 3) le DPL (dipalmitoyl lécithine), un constituant du surfactant, liquide aux capacités tensio-actives qui recouvre les alvéoles pulmonaires.

Les techniques suivantes seront utilisées in vitro et in vivo. L’existence d’un stress oxydant sera évaluée par la détection des protéines carbonylées, et des produits de la peroxydation lipidique d’une part, et des protéines antioxydantes d’autre part, par immunoempreinte, immunohistochimie et/ou RT-PCR quantitative. La réponse inflammatoire sera évaluée en quantifiant, par dosage ELISA, la production de cytokines potentiellement impliquées dans la réponse aux nanomatériaux ; Granulocyte Macrophage-Colony Stimulating Factor, Interleukine-8, Tumor Necrosis Factor-α et Macrophage Inflammatory Protein-2. La morphologie cellulaire et tissulaire, la présence d’agrégats des différents nanomatériaux et leur éventuelle incorporation intracellulaire seront examinés en microscopie optique et électronique. Pour chaque paramètre évalué, nous nous attacherons à corréler les effets biologiques des nanomatériaux aux états de dispersion et de réactivité de surface.

Au total, par ce projet, nous comptons aboutir à une meilleure connaissance de la toxicité respiratoire des NTC. De plus, ce projet devrait permettre de mieux comprendre les mécanismes de cette toxicité, par l’étude de l’incidence du degré d’agrégation des NTC, et de la modification de leur réactivité de surface.