Devenir et impact de nanoparticules manufacturées et issues de l’usure des freins sur la barrière épithéliale respiratoire

Fate and impact of manufactured and brake wear nanaoparticles on respiratory epithelial barrier

• Auteur / Autrice : Chloé Puisney-Dakhli
• Direction : Armelle Baeza-Squiban, Jean-François Berret
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physiologie et biologie des organismes, populations, interactions. Toxicologie
• Date : Soutenance le 27/09/2018
• Etablissement(s) : Sorbonne Paris Cité
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Médicament, toxicologie, chimie, imageries (Paris ; 2014-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université Paris Diderot - Paris 7 (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Unité de biologie fonctionnelle et adaptative (Paris ; 2014-....)
• Jury : Président / Présidente : Yong Chen
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Armelle Baeza-Squiban, Jean-François Berret, Marie Carrière, Sylvain Billet, Caroline Roques
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marie Carrière, Sylvain Billet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanoparticules

Mucus

Translocation bactérienne

Nanoparticules

Perméabilité

Épithélium

Mucus

Translocation (génétique)

Mots clés libres

Translocation

Mucus

Réparation

Barrière épithéliale

Migration

Translocation

Mucus

Repair

Epithelial barrier

Migration

Résumé

La pollution particulaire de l'air provient de différentes sources dont le trafic routier et est reconnue pour avoir un impact significatif sur la santé. Grâce à un meilleur contrôle des émissions à l'échappement, la contribution des émissions non liées à l’échappement à la pollution de l’air s’accroit. Dans celles-ci- se trouvent les particules d'usure des freins dont la toxicité est mal caractérisée. Dans cette thèse nous avons travaillé sur des particules d’usure de freins recueillies sur différents véhicules avec pour objectif une caractérisation physico-chimique et toxicologique de ces particules et de leur fraction nanométrique. Ces particules présentent une hétérogénéité de forme et de taille avec une fraction nanoparticulaire dont le fer et le cuivre sont les composants principaux. L’étude toxicologique a été réalisée sur un modèle 3D de cellules épithéliales bronchiques humaines (Calu-3) cultivées en Transwell® permettant d’obtenir une barrière épithéliale respiratoire. Les nanoparticules (NPs) jusqu’à 100 µg/cm² n’affectent pas la viabilité cellulaire à 24h et n’induisent pas de réponse-proinflammatoire. La technique de « single Particle ICP-MS » nous a permis de démontrer qu’elles sont capables de traverser la barrière respiratoire en faible quantité, probablement par transcytose. De plus ces NPs induisent l’expression et la production de la mucine MUC5AC par un mécanisme dépendant de la voie du récepteur à l'EGF. Dans un test de blessure réalisé sur un épithélium pré-exposé aux NPs, la vitesse de réparation de la lésion n’est pas modifiée mais la prolifération est plus importante que dans un épithélium non pré-exposé. En conclusion, la fraction nanoparticulaire métallique présente dans les particules d'usure des freins traverse faiblement la barrière épithéliale bronchique, induit la production de mucus et active la prolifération lors de la réparation ce qui pourrait suggérer une implication dans le remodelage des voies respiratoires.

Particulate air pollution results from a variety of sources including road traffic and is known to have a significant impact on health. With improved exhaust emissions control, the contribution of non-exhaust emissions to air pollution is increasing. In these are brake wear particles whose toxicity is poorly characterized. In this thesis we worked on brake wear particles collected on different vehicles with the aim of achieving a physico-chemical and toxicological characterization of these particles and their nanometric fraction. These particles have a heterogeneity of shape and size with a nanoparticulate fraction of which iron and copper are the main components. The toxicological study was performed on a 3D model of human bronchial epithelial cells (Calu-3) grown in Transwell® to obtain a pertinent respiratory epithelial barrier. Nanoparticles (NPs) do not affect cell viability up to 100 μg/cm² at 24 hours and do not induce a proinflammatory response. The technique of "Single Particle ICP-MS" has allowed us to demonstrate that particles are able to cross the respiratory barrier in small quantities, probably by transcytosis. In addition, these NPs induce expression and production of MUC5AC mucin by a mechanism dependent on the EGFR pathway. In a wound healing test carried out on an epithelium pre-exposed to the NPs, kinetic repair of the lesion is not modified but the proliferation is greater than in a non-pre-exposed epithelium. In conclusion, the metal nanoparticulate fraction present in brake wear particles weakly crosses the bronchial epithelial barrier, induces production of mucus and activates the proliferation during the repair which could suggest an implication in the remodeling of the airways.