Relation entre structure, réactivité et interactions cellulaires de nanotubes inorganiques : cas des imogolites

Relating structure, reactivity and cellular interactions of inorganic nanotubes : case of imogolites

• Auteur / Autrice : Astrid Avellan
• Direction : Armand Masion, Clément Levard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences de l'environnement
• Date : Soutenance le 09/12/2015
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de l'Environnement (Aix-en-Provence ; 1996-....)
• Jury : Président / Présidente : Pascale Bauda
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Armand Masion, Pascale Bauda, Corinne Chanéac, Jérôme Rose, Wafa Achouak
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Karim Benzerara, Kevin J. Wilkinson

Mots clés

Mots clés contrôlés

Imagerie hyperspectrale

Tomographie

Internalisation (cytologie)

Nanotechnologie

Aluminosilicate de baryum

Nanoparticules

Mots clés libres

Ge-Imogolite

Pseudomonas brassicacearum

Synthèse contrôlée

Réactivité

Speciation des éléments

Interactions cellules/nanomatériaux

Nano-Tomographie RX

Imagerie hyperspectrale

Ge-Imogolite

Pseudomonas brassicacearum

Controlled synthesis

Reactivity

Elements speciation

Nanomaterials/cells interactions

Hyperspectral imaging system

X-Ray nanotomography

Résumé

Aujourd’hui, les difficultés pour établir des liens entre caractéristiques des nanomatériaux et réponses biologiques sont principalement issues du manque de contrôle de la synthèse des nanomatériaux, ne permettant pas de faire varier leurs paramètres physico-chimiques clés une à une.Pour identifier certains mécanismes gouvernant la toxicité des nanomatériaux nous avons utilisé un nanotube inorganique modèle dont la synthèse est bien contrôlée : les Ge-imogolites. Les effets de la longueur, du nombre de parois, de la cristallinité et de la composition chimique des Ge-imogolites ont été étudiés sur une bactérie des sols: Pseudomonas brassicacearum. Il a été identifié que la présence de sites réactifs (en bordure de tubes) induit une toxicité due à une interaction forte des nanotubes avec les cellules bactériennes, ainsi que la génération d’espèces réactives de l’oxygène. Ajouter des sites réactifs via la présence de défauts structuraux augmente la dégradation des tubes ainsi que la rétention d’éléments nutritifs essentiels, ce qui augmente leur toxicité. Enfin, l’ajout de fer dans leur structure transforme les Ge-imogolites en source de fer, qui sont dégradées et deviennent promoteurs de croissance. Dans tous ces cas, les interactions entre nanomatériaux et cellules ont été identifiées comme cruciales pour comprendre et prévenir les effets des nanomatériaux. Ce travail de thèse a également permis de mettre en avant la capacité de nouveaux outils pour le suivi de l’internalisation de nanomatériaux dans les organismes.

Only a few studies of (eco)toxicology linked the physico-chemical properties of nanoparticles to the toxicity mechanisms or the stress they induce. Moreover, no clear conclusions can be drawn at present because of the variability of nanoparticles used in studies. The present study used the inorganic Ge-imogolite nanotubes as a model compound. The toxic effects of length, number of walls, structural defects, and chemical composition were assessed towards the soil bacteria Pseudomonas brassicacearum. Several mechanisms modulating the toxicity of Ge-imogolite were then identified. Indeed, reactive sites at the tube ends induce a slight toxicity via a strong cell interaction and the generation of reactive oxygen species. Creating vacant sites on the surface of Ge-imogolite (ant thus increasing the number of reactive sites), appears to cause a deficiency of nutrients in the culture media correlated with a higher degradation of the tubes, leading to a high bacterial growth decrease. Finally, structural iron incorporation into Ge-imogolite transforms them into an iron source, being degraded and becoming growth promoters. In this work, the new tools capacities for the study of nanomaterials/cells interaction have been studied.