Cycle de vie de nanoparticules dans l'organisme : biotransformations et biodégradaton.

Long term fate of inorganic nanoparticles in the organisme : biotransformation and biodegradation

• Auteur / Autrice : Jeanne Volatron
• Direction : Florence Gazeau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Nanomatériaux
• Date : Soutenance le 01/06/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique en Île-de-France (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Matière & Systèmes Complexes (Paris ; 2001-....)
• Jury : Président / Présidente : Marc Benedetti
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Florence Gazeau, Maria Del Puerto Morales, Raphaël Levy, Elias Fattal, Carole Peyssonnaux
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Maria Del Puerto Morales, Raphaël Levy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lanthanides

Marquage isotopique

Ferritines

Métaux des terres rares

Traceurs radioactifs

Ferritine

Détérioration

Nanoparticules

Nanoparticules d'oxyde de fer

Mots clés libres

Nanoparticules d'oxyde de fer

Dégradation

Cycle de vie

Ferritine

Marquage isotopique

Lanthanide

Iron oxide nanoparticles

Degradation

Life cycle

Ferritin

Isotopic labelling

Lanthanide.

Résumé

L’avènement des nanotechnologies engendre une exposition accrue de l’homme aux nanomatériaux, représentant un risque d’un genre nouveau. A cet égard un grand nombre de recherches porte sur l’étude de leur toxicité. Néanmoins, les questions de dégradation et transformation des nanoparticules dans l’organisme sont encore peu abordées. Des études effectuées au laboratoire ont montré qu’après injection de nanoparticules d’oxyde de fer in vivo, celles-ci sont confinées dans les lysosomes où elles sont dégradées. Une partie de mes travaux de thèse se sont concentrés sur une voie possible de métabolisation des produits de dégradation issus de nanoparticules d’oxydes de fer par l’intermédiaire d’une protéine intervenant dans le métabolisme du fer, la ferritine. Nous avons élaboré plusieurs stratégies afin de détecter et de suivre le transfert de métaux vers la ferritine. Ces travaux ont permis de mettre en évidence un processus de prise en charge des produits de dégradation des nanoparticules d’oxyde de fer à l’échelle moléculaire. Une seconde partie de mes travaux ont été consacré au suivi des produits issus de la dégradation des nanoparticules d’oxyde de fer à l’échelle de l’organisme. La haute concentration endogène en fer rendant impossible ce suivi, une stratégie consistant à marquer les nanoparticules de fer avec un isotope du fer, le 57Fe, a permis de suivre les dynamiques de circulation des produits de dégradation in vivo sur une période de six mois. Nous avons également effectué un double marquage des nanoparticules, du cœur inorganique ainsi que de leur enrobage afin de caractériser leur intégrité in vivo

With the advent of nanotechnology, the exposure of humans to nanomaterials increased, representing a risk of a new kind. Although the potential toxicity of such nanomaterials is extensively studied, their long term fate, biotransformation and degradation in the organism are still poorly understood. It was demonstrated earlier in the laboratory, that after intravenous injection, iron oxide nanoparticles undergo local intracellular degradation within lysosomes. In this context, we are interested in the fate of by products from iron oxide nanoparticles. Part of my thesis has focused on a possible pathway for metabolizing these degradation products through a protein involved in iron metabolism, the ferritin. We first studied, in solution, the degradation processes of iron oxide nanoparticles in the presence of these proteins as well as the iron transfer processes from nanoparticles to ferritin. The difficulty is the high concentration of endogenous iron which makes impossible to demonstrate these in vivo transfers. Thus, we have developed a strategy, using doped iron oxide nanoparticles with a scarce element in the organism, to track these phenomena in vivo. This work highlighted a possible mechanism of biological recycling, remediation and detoxification of nanoparticles mediated by endogenous proteins at the molecular scale. A second part of my work was devoted to develop a multi-scale method to study the life cycle of metal oxide nanoparticles and their by products in organism. The main challenge is to differentiate iron stemming from the nanoparticles from the endogenous iron. This specific tracking problem is routinely encountered in geochemical studies and solved by labelling the target material with minor stable isotopes. Therefore, iron oxide nanoparticles enriched in the minor stable isotope 57Fe were synthetized and injected intravenously in mice to follow dynamic circulations of iron oxide nanoparticles and their byproducts. We have also labelled the coating to track the nanoparticles integrity in mice over a period of six month