Etude multi-échelles des mécanismes de biodégradation de nanoparticules inorganiques dans l'organisme

• Auteur / Autrice : Muhammad Yasir Javed
• Direction : Christian Ricolleau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matière condensée et Interfaces
• Date : Soutenance en 2015
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Partenaire(s) de recherche : Autre partenaire : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Microscopie électronique à transmission

Nanostructures

Biotransformation

Composés du fer III

toxicité

Nanoparticules

Résumé

En dépit de son importance en terme de santé publique, le cycle de vie des NPs inorganiques dans leur environnement d'application reste peu exploré, en particulier dans l'organisme. La majorité des études nano-toxicologiques n'observe que l'influence de l'insertion des nano-objets dans l'organisme sur les fonctions biologiques. Dans cette thèse, nous proposons une approche parallèle indispensable pour avoir une vision d'ensemble du problème de la nanotoxicité. Basé sur notre savoir-faire en science des matériaux, nous proposons de nouvelles méthodes nanométrologiques afin de détecter et quantifier les processus de biodégradation de nanomatériaux dans l'organisme, et ce de l'échelle tissulaire à l'échelle atomique. Nous avons exploités les multifonctionnalités de la microscopie électronique corrigée en aberration pour suivre la biodistribution et l'évolution des propriétés structurales de NPs (oxyde de fer, or, ferrite de cobalt) injectées dans des milieux biologiques (solution modèle et directementin vivo). Ce suivi à l'échelle nanométrique est complété par un suivi magnétique permettant de caractériser les NPs à l'échelle macroscopique et de suivre l'évolution de leurs propriétés magnétiques très convoitées pour des applications biomédicales. En adoptant ainsi le point de vue des matériaux nous avons pour la première fois mis en évidence les mécanismes de dégradation et de recyclage de nanoparticules d'oxyde de fer et établi de nombreuses relations entre la structure (taille, forme, composition. . . ) et le cycle de vie dans l'organisme de NPs inorganiques.

A key concern raised by the development of nanotechnology is the long term fate of nanomaterials in their environment, and particularly the control over inorganic nanoparticles (NPs) full life cycle in the organism and related risks for human health. Most toxicology studies take the point of view of living organisms to examine the effects of exposure to NPs on biological functions. Here, we propose an original ''Materials Science'' approach to the nanotoxicology paradigm: we choose to take the point of view of nanomaterials in order to monitor the transformation and degradation of their atomic structure and physical properties in living environment and then unravel the mechanisms determining their fate. We have exploited the multifunctionality of aberration-corrected transmission electron microscopy to follow the biodistribution and the structural evolution of inorganic NPs (iron oxide, gold, cobalt ferrite) injected into biological media (solution mimicking the intracellular environment and mice). These nanoscale investigations were complemented by the magnetic follow-up of the injected NPsin order to quantify the NPs at the macro-scale and follow the evolution of their magnetic properties. This multi-scale approach allowed us to characterize for the first time, the the degradation and recycling mechanisms of iron-oxide nanoparticles and to provide relevant insightsonthe relations between the initial structure (size, shape, composition. . . ) and the life cycle of inorganic NPsin the organism.