Internalisation cellulaire et effets biologiques de nanoparticules fluorescentes de silice. Influence de la taille et de la charge de surface

Cellular uptake and biological activity of fluorescent silica nanoparticles with controlled size and surface charge

• Auteur / Autrice : Andréa Kurt-Chalot
• Direction : Didier Bernache-Assollant, Michèle Cottier-Jouffre
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des Procédés
• Date : Soutenance le 07/10/2014
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE
• Ecole(s) doctorale(s) : ED SIS 488
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Nadine Millot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Didier Bernache-Assollant, Michèle Cottier-Jouffre, Nadine Millot, Carine Michiels, Christian Villiers, Hervé Hillaireau, Matteo Martini, Valérie Forest
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nadine Millot, Carine Michiels

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cytopathologie

Fluorescence

Macrophages

Thèses et écrits académiques

Médicaments -- Toxicologie

Mots clés libres

Nanoparticules de silice

Diamètre hydrodynamique

Fonctionnalisation de surface

Potentiel zêta

Effet pro-inflammatoire

Cytotoxicité

Internalisation

Macrophages murins

Nanoparticles

Cellular uptake

Physico-chemistry

Biological activity

Résumé

En ce début de XXIème siècle l’essor des nanotechnologies est indéniable et ne semble pas près de ralentir. En effet, les secteurs industriels de pointe misent sur les innovations remarquables permises par les nouvelles propriétés de la matière à l’échelle nanométrique. Cependant, les efforts scientifiques et budgétaires, mis en place pour comprendre les potentiels risques sanitaires des nano-objets pour l’homme et l’environnement, s’avèrent peu fructueux tant la diversité des nano-objets est étendue. De plus, il n’existe pas de consensus règlementaire pour la nanotoxicologie, ce qui entraine un manque d’homogénéité, et parfois de cohérence, entre les données issues de la recherche. Dans ce contexte, la présente étude porte sur l’amélioration de la compréhension de l’activité biologique des nanoparticules. Des nanoparticules fluorescentes de silice, synthétisées à façon, ont permis d’étudier séparément l’impact de deux de leurs caractéristiques physico-chimiques (taille et fonctionnalisation de surface). L’altération membranaire, la réaction pro-inflammatoire et la génération de stress oxydant induites par la mise en contact des nanoparticules avec une lignée de macrophages murins ont été étudiées. En complément, des méthodes permettant de distinguer les nanoparticules internalisées de celles adsorbées à la membrane cellulaire ainsi que d’observer en cinétique la phagocytose, ont été développées. La nature et l’intensité des effets biologiques observés ont montré que les nanoparticules n’étaient pas inertes et que leur impact dépendait bien de leur taille et de leur fonctionnalisation de surface ainsi que de la dose étudiée.

In the 21st century nanotechnologies are growing fast and are continuously evolving. Indeed, high-tech industries rely on remarkable innovations enabled by the new properties of matter at the nanoscale. In addition, the nanomedicine field seems hopeful to cure human health problems such as heart or liver diseases, brain damage or cancers. However, despite expansive scientific efforts the potential risks of nano-objects on human health and on the environment are still poorly understood due to the wide variety of nano-objects. In addition, no consensus about nanotoxicology exists yet, sometimes leading to inhomogeneous and inconsistent findings. In this context, the present study aimed at a better understanding of the nanoparticles biological effects. Fluorescent silica nanoparticles with well-controlled size and surface functionalization were synthesized to study separately the impact of these two physico-chemical characteristics on cell response. Murine macrophages (from the RAW 264.7 cell line commonly used as a reference for nanotoxicology studies) were exposed to the different nanoparticles, and membrane alteration, induction of pro-inflammatory effect and generation of oxidative stress were investigated. In addition, in order to distinguish uptaken nanoparticles from those adsorbed at the cell membrane and to observe phagocytosis over time, methods were developed. Results demonstrated that the studied nanoparticles were not inert. Moreover the biological effects were found to depend on nanoparticles size, surface functionalization and dose.