Etude de la toxicité des nanoparticules sur les cellules respiratoires : rôle des propriétés physico-chimiques et de l'endocytose

Toxicity of nanoparticles in the respiratory cells : role of physico chemical characteristics and endocytosis

• Auteur / Autrice : Sandra Vranic
• Direction : Armelle Baeza-Squiban, Sonja Boland
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Toxicologie
• Date : Soutenance en 2013
• Etablissement(s) : Paris 7

Mots clés

Mots clés contrôlés

Endocytose

Cellules épithéliales

toxicité

Nanoparticules

Chimie physique et théorique

Résumé

De nombreuses applications prometteuses sont attendues des propriétés uniques des nanoparticules (NP) mais les risques potentiels liés à une exposition aux NP doivent être mieux déterminés. Notre objectif était de caractériser et de déterminer le rôle de l'internalisation et des caractéristiques physicochimiquesdes NP dans leurs effets sur les cellules de l'appareil respiratoire in vitro. Nous avons pu caractériser l'internalisation en développant une méthodologie excluant les NP adsorbées à la surface cellulaire pour quantifier les NP internalisées par cytométrie en flux couplée à de l'imagerie. Nous avons démontré que l'internalisation des NP de SiO2 par les cellules épithéliales bronchiques humaines NCI-H292 est saturable et dépend du temps de traitement et de la dose. Par une approche intégrative, utilisant des inhibiteurs, des siRNA et des études de colocalisation, la macropinocytose s'est révélée être la voie principale d'internalisation. Le rôle des caractéristiques physico-chimiques des NP a été confirmé dans les effets cellulaires. Les NP solubles de ZnO sont plus toxiques que les NP insolubles de TiO2 qui induisent cependant une réponse pro-inflammatoire dépendante, de la taille, des charges et de la réactivité de surface. L'internalisation des NP de TiO2 dépend de la charge de surface et semble nécessaire pour induire les effets. La présence de sérum augmente l'internalisation mais diminue leurs effets contrairement au surfactant. En conclusion, plusieurs paramètres interviennent dans la toxicité des NP et leur internalisation qu'il faut étudier avec des méthodologies adaptées.

@Many promising applications are expected due to the unique properties of ENPs. However, the potential risks associated with exposure to NPs must be better determined. Our objective was to characterize the internalization of NPs by developing a methodology to quantify the internalized NPs alter excluding the NPs that remain adsorbed on the cell surface, using SiO2 NPs. We also wanted to determine the role of internalization and physico-chemical characteristics of NPs in their effects on respiratory epithelial cells in vitro, using TiO2, ZnO and Ag NPs. The internalization of NP is shown to be dependent on the duration of the treatment, applied concentrations and NP charge. Imaging flow cytometry can assess the internalization with more precision compared to classic flow cytometry and microplate reader. By an integrative approach (inhibitors, siRNA, colocalization studies) macropinocytosis is shown to be the major route of internalization of SiO2 NPs. The role of physicochemical characteristics of nanoparticles was confirmed in the cellular effects (ZnO NPs were more toxic than TiO2 NPs). However, the study of the effects of TiO2 NPs should not be neglected as they may induce other adverse cellular effects (pro-inflammatory response dependent on internalization, NP size, surface properties, surface reactivity and coating). Before classifying one NP as non-toxic, several parameters must be checked and applied methodology must be adapted to each NP that is studied.