Effet de l'exposition périnatale aux nanoparticules d'oxyde de zinc sur l'activité des réseaux de neurones moteurs impliqués dans les fonctions respiratoire et locomotrice

Perinatal effect of zinc oxyde nanoparticles on motor neurons networks activity implicated in respiratory and locomotor functions

• Auteur / Autrice : Angelo Nicolosi
• Direction : Didier Morin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Neurosciences
• Date : Soutenance le 18/12/2017
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Neurosciences Cognitives et Intégratives d’Aquitaine (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Grélot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laurent Juvin, Morgane Le Bon-Jego
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Véronique Bach, Laurence Bodineau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Néonatologie

Électrophysiologie

Système nerveux

Nanoparticules

Mots clés libres

Nanoparticules

Centres respiratoires

Electrophysiologie

Système nerveux

Nanoparticles

Respiratory centers

Electrophysiology

Nervous system

Résumé

De par leur taille (<100nm) leur conférant des propriétés nouvelles, les nanoparticules (NPs) sont déjà utilisées dans de nombreux produits de la vie quotidienne. La population y étant donc exposée de façon croissante, elles sont au cœur de nombreuses discutions sur la santé publique et environnementale. En effet, les NPs sont capables de pénétrer dans l'organisme, traverser différentes barrières biologiques telles les barrières alvéolaires, placentaire, ou encore hématoencéphalique, s'accumuler dans certains organes et potentiellement induire diverses pathologies. Pouvant s'agréger dans le cerveau, des études ont déjà montré des effets modulateurs des NPs sur les activités bioélectriques des neurones, mais aucune à ce jour n'a permis d'évaluer leurs effets potentiels sur l'activité de tout un réseau, tels ceux responsables de la genèse d'activités motrices impliquées dans des fonctions vitales. Mon travail de thèse s'est donc attaché à déterminer si les NPs, en particulier d'oxyde de zinc (ZnO), pouvaient modifier l'activité des réseaux de neurones responsables de la genèse des activités respiratoire et locomotrice. Cette étude, réalisée ex-vivo sur des préparations de moelle-épinière/tronc cérébral ou de tranches bulbaires isolées de rat nouveau-nés, mais également in-vivo après injection des NPs au cours de la gestation, a permis de combiner des approches électrophysiologiques, pharmacologiques et neuroanatomiques. Ce travail doctoral a permis de mettre en évidence l’existence d'un effet délétère des NPs ZnO sur les neurones respiratoires, provoquant lors d’une exposition aigue une augmentation de la fréquence inspiratoire suivie d'un arrêt précoce et définitif de toute activité. De plus, les NPs modifient le rythme ventilatoire et prolongent la durée des pauses respiratoires (apnées) d'animaux nouveau-nés dont la mère a été exposée de façon chronique aux NPs ZnO au cours de la gestation. Enfin, elles perturbent également l'activité des réseaux spinaux locomoteurs en provoquant un changement du rythme et en modifiant les patrons d'alternance caractéristiques de cette activité. Ces données permettent d'apporter un éclairage nouveau concernant la neurotoxicité potentielle des NPs ZnO sur le fonctionnement et le développement des réseaux neuronaux moteurs chez les mammifères, mais elle permet également de s'interroger sur la vulnérabilité périnatale des organismes lors d'une exposition maternelle au cours de la gestation. Malgré les avantages technologiques et économiques qu'offre le développement des nanotechnologies et des nanoparticules, il est donc nécessaire de considérer avec attention le risque chimique que pourrait représenter l'exposition (aiguë et/ou chronique) aux NPs sur la santé de la population en général, mais également dans la cadre d'activités professionnelles.

Due to their size (<100nm) that confers them unique properties, nanoparticles (NPs) are used in many products of everyday life. The growing exposition of the population to NPs, have elicited concerns about their possible impact on health and environment. Indeed, NPs are able to enter and diffuse into organism, through the alveolar, placental, and blood-brain barriers. More dramatically, NPs accumulate into organs such as the brain, and could potentially induce various diseases. Recent findings have highlighted the ability of NPs to modulate the bioelectric properties of individual neurons. However, whether NPs could impair the functioning of a whole neural network, remained unknown. My doctoral work aimed at determining whether zinc oxide (ZnO) NPs alter the activity of neuronal networks that are responsible for the genesis of respiration and locomotion. Here, we have shown that acute exposure to ZnO NPs induced an increase of inspiratory frequency followed up by a premature cessation of the rhythm generation, using ex-vivo brainstem/spinal cord preparations from newborn rats. Our results have highlighted the inspiratory neurons from the pre-Bötzinger complex as a preferential target of ZnO NPs. When, ZnO NPs were injected chronically into gestating females, we observed a modification of the respiratory rhythm and an increase of respiratory pause duration (apnoea), by performing plethysmographic recordings in the following progeny. Taking together, those data shed a new light not only on the potential neurotoxicity of ZnO NPs, and as a consequence on the functioning of mammals' motors neurons networks, but also on organism perinatal vulnerability throughout maternal exposition during gestation.