Étude in vitro de la toxicité de nanoparticules métalliques (TiO2, ZnO, CdS) sur la cible rénale

In vitro toxicity of metallic nanoparticles (TiO2, ZnO, CdS) on human kidney cells

• Auteur / Autrice : Igor Pujalte
• Direction : Béatrice L'azou
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences, technologie, santé. Epidémiologie et santé publique
• Date : Soutenance le 29/11/2011
• Etablissement(s) : Bordeaux 2
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Jury : Président / Présidente : Laurence Bordenave
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Patrick Brochard, Ryszard Lobinski
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Armelle Baeza-squiban, Sophie Lanone

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stress oxydatif

Toxicologie cellulaire

Rein

Nanoparticules

Mots clés libres

Nanoparticules

Métaux

Cellules rénales

Cytotoxicité

Stress oxydant

Nanoparticles

Metals

Renal cells

Cytotoxicity

Oxidative stress

Résumé

De nombreuses incertitudes persistent sur la toxicité potentielle des nanoparticules (NPs) et leur devenir dans l’organisme humain. L’objectif de ce travail est de mieux comprendre les mécanismes cytotoxiques induits par des NPs métalliques sur une cible secondaire, représentée par le rein. En effet, les NPs sont susceptibles de franchir les barrières cellulaires, d’être véhiculées par le sang pour se retrouver filtrées par le rein au niveau des cellules glomérulaires et peut-être, réabsorbées au niveau des cellules tubulaires. Cette étude est réalisée in vitro, avec des NPs métalliques de titane (TiO2 : 12 nm), de zinc (ZnO : 75 nm) et de cadmium (CdS : 8 nm), sur cellules mésangiales (IP15) et cellules épithéliales tubulaires (HK-2). Les résultats démontrent des effets variables selon le type cellulaire étudié, la nature chimique des NPs et leur solubilité. Si les NPs insolubles de TiO2 (CI50>100 µg/cm²) ne sont que très peu toxiques, les NPs de CdS et de ZnO le sont bien plus du fait de leur solubilité (CI50<7 µg/cm²). La libération de cations métalliques Cd2+ et Zn2+ est à l’origine de cette toxicité. La production d’ERO et la perturbation du statut oxydatif cellulaire (GSH/GSSG) sont corrélées aux effets cytotoxiques des NPs de ZnO et CdS. Une approche moléculaire permet d’identifier les voies de signalisation cellulaire intervenant dans la réponse au stress (translocation nucléaire des facteurs de transcription : Nrf2 et NF-κB). L’internalisation et l’accumulation, des NPs de TiO2 et de CdS, sont responsables de l’induction d’un stress oxydant et d’un effet cytotoxique lors d’exposition sur le long terme.

Many uncertainties remain about the potential toxic effect of nanoparticles (NPs), and their becoming in human organism. The aim of this study was to understand the cytotoxic mechanisms induced by metallic NPs, on a secondary target organ, the kidney. NPs were able to cross biological barriers, be carried in blood to kidney cells, on glomerular or tubular cells. This study was performed in vitro, with NPs of titanium (TiO2: 12 nm), zinc (ZnO: 75 nm) and cadmium (CdS: 8 nm), on mesangial IP-15 cells and epithelial HK-2 cells. Results showed effects depending on cell type, chemical nature of NPs and their solubility. TiO2 NPs have no cytotoxic effect (IC50>100µg/cm²), probably due to their insolubility. Exposure to CdS and ZnO NPs lead to cell death (IC50< 7 µg/ cm²). Release of metallic cations Cd2+ and Zn2+ are the main causes of toxicity. ROS production and disruption of oxidative cellular balance (GSH/ GSSG) were correlated to the cytotoxic effects of ZnO and CdS NPs. A molecular approach was used to identify signaling pathways involved in oxidative stress response (nuclear translocation of NF-kappaB and Nrf2).Internalization and accumulation of TiO2 and CdS NPs were responsible of oxidative stress induction and cytotoxic effect on long term exposure.