Toxicité in vitro et propriétés physico-chimiques de nanotubes de carbone

In vitro toxicity and physico-chemical properties of carbon nanotubes

• Auteur / Autrice : Agathe Figarol
• Direction : Philippe Grosseau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 13/11/2014
• Etablissement(s) : Saint-Etienne, EMSE
• Ecole(s) doctorale(s) : ED SIS 488
• Partenaire(s) de recherche : : CHU de Saint-Etienne
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre Sciences des Processus Industriels et Naturels - Département PROcédés Poudres, Interfaces, Cristallisation et Ecoulements - UMR 5307 - Laboratoire Georges Friedel
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marc Tulliani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Grosseau, Jean-Marc Tulliani, Emmanuel Flahaut, Bice Fubini, Didier Bernache-Assollant, Marie Carrière, Jérémie Pourchez, Delphine Boudard
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Emmanuel Flahaut, Bice Fubini

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stress oxydatif

Noir de carbone

Défauts ponctuels

Tests de toxicité in vitro

Thèses et écrits académiques

Nanoparticules

Mots clés libres

Nanotubes de carbone

Fonctionnalisation acide

Cytotoxicité

Réponse pro-inflammatoire

Stress oxydant

Nano-graphite

Carbon nanotubes

Acid functionalization

Structural defects

Cytotoxicity

Pro-inflammatory response

Oxidative stress

Nano-graphite

Carbon black

Résumé

Les propriétés exceptionnelles des nanotubes de carbone (CNT) attirent de nombreux industriels dans les domaines de la microélectronique, des matériaux ou de la nanomédecine. Néanmoins, le risque sanitaire lié à ce nanomatériau reste encore mal compris. Des profils toxicologiques différents, dépendant des caractéristiques physico-Chimiques des CNT, ont été mis en évidence. Une approche « safer by design » est proposée, afin d’identifier les paramètres pouvant, dès la conception des CNT, pour limiter le risque sanitaire. Dans ce contexte, cette thèse avait pour objectif d’étudier l’impact sur la réponse in vitro d’une lignée de macrophages murins (RAW 264.7) de deux traitements de post-Production de CNT : la fonctionnalisation acide et le recuit haute température.Les groupements acides en surface des CNT fonctionnalisés ont entrainé une augmentation de la réponse pro-Inflammatoire sans influencer significativement la cytotoxicité. D’un autre côté, la fonctionnalisation acide, principalement par l’élimination des impuretés métalliques, a permis de diminuer le stress oxydant. Les CNT recuits à haute température étaient à l’origine d’une réponse pro-Inflammatoire plus importante que les CNT bruts, confirmant lasensibilité de cette réponse biologique à la chimie de surface. En revanche, le recuit n’a pas diminué significativement le stress oxydant malgré la purification des CNT, suggérant l’importance des défauts de structure sur cette réponse biologique. La fonctionnalisation acide de nano-Graphite et de noir de carbone a eu un impact similaire à celle des CNT sur l’activité biologique des macrophages. La comparaison de ces trois nanomatériaux fonctionnalisés semble s’accorder avec le paradigme mettant en exergue la toxicité spécifique des fibres et des plaquettes. Enfin, afin de compléter ces résultats, des études exploratoires sur les interférences entre les tests de toxicité et les CNT, ainsi que sur le stress oxydant, ont été conduites.

Due to their exceptional properties, carbon nanotubes (CNT) have aroused a huge interest among in industrial fields such as microelectronics, material science and nanomedicine. Nevertheless, the health impacts of this nanomaterial still remain not well understood. The first toxicological studies pointed out that there is no unique response regarding the healthimpact of the CNT, but different toxicological profiles according to their various physicochemical properties. A safer by design approach is thus proposed to identify the parameters decreasing from their production the CNT biological impacts. In this context, this work aimed at studying the impact on the in vitro response from a macrophage cell line (RAW 264.7) of two post-Production treatments: acid functionalization and high temperature annealing.Surface acid groups from functionalized CNT enhanced the pro-Inflammatory response although the cytotoxicity remained stable. On the other hand, acid functionalization, through the elimination of metallic impurities, significantly decreased the oxidative stress. Annealed CNT increased the pro-Inflammatory response compared to the pristine CNT. It thus confirmed the sensitivity of this response for the changes in surface chemistry. However, the high temperature annealing did not influence the oxidative stress, despite of the CNT purification. It suggested that structural defects are also of importance for this response. Besides, the acid functionalization of nano-Graphite and carbon black displayed trends in the macrophage response similar to the acid functionalization of CNT. The comparison of these three carbon-Based nanomaterials seemed to conform to the fibre and platelets paradigm. Eventually, exploratory studies have also been conducted on the interferences between CNT and the toxicity assays, and on the oxidative stress.