Thèse soutenue

Contrôler la toxicité des nanofils d'oxyde de zinc dans des modèles de peau

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Auteur / Autrice : Chrysovalanto Louka
Direction : Laurent CharletThierry MaffeisMartin Clift
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences de la Terre et de l'Univers et de l'Environnement
Date : Soutenance le 21/02/2020
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes en cotutelle avec University of Swansea (Swansea (GB))
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la terre, de l’environnement et des planètes (Grenoble, Isère, France ; 1992-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences de la Terre (Grenoble)
Jury : Président / Présidente : Michel Sève
Examinateurs / Examinatrices : Benjamin Gilbert, Donia Movia
Rapporteurs / Rapporteuses : Alexandra Porter, Karl Hawkins

Mots clés

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Résumé

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Les nanofils d'oxyde de zinc (ZnONW) attirent beaucoup d'attention scientifique en raison de leurs propriétés optoélectriques, piézoélectriques et semi-conductrices, qui en font un bon candidat pour les capteurs et l'électronique intégrées dans les textiles. Ces applications augmentent les risques d'exposition cutanée, de qui rend l’étude de leur toxicité cruciale, d'autant plus que les études récentes démontrent une toxicité liée aux ions de zinc due à la dissolution. Malheureusement, la compréhension de l'impact des ZnONWs sur la peau est limitée. Par conséquent, l'objectif de ce projet est d'acquérir une compréhension approfondie du danger potentiel des ZnONWs sur la peau (humaine) in vitro et de la façon dont leurs propriétés physicochimiques sont liées à cela.Ici, une caractérisation physico-chimique étendue des ZnONWs a été effectuée dans des milieux de cultures de cellules (GlutaMAX) avec et sans sérum, et dans des suspensions milli Q eau (mQ H2O). Les résultats ont montré que la dissolution de la suspension stock, où les deux nanomatériaux ZnO (ZnONM) sont dans mQ H2O, a atteint une concentration en ions zinc à l'équilibre de 15 µg / mL immédiatement, tandis que les études de dimensions ont montré une forte agrégation dans GlutaMAX sans sérum et une agrégation réduite dans les milieux GlutaMAX avec du sérum . Il a été démontré que les conditions de stockage de l'incubateur à 5% de CO2 et à 37 ° C ont un impact sur la dissolution en abaissant le pH de la suspension aqueuse milli Q et en formant éventuellement des complexes de carbonate de zinc dans les milieux.L'examen de la cytotoxicité des ZnONW dans la monoculture cutanée et la comparaison avec les nanoparticules de ZnO (ZnONP) et le chlorure de zinc (ZnCl2) a montré que les ZnONM induisaient une cytotoxicité et une baisse de viabilité cellulaire significatives à partir de 40,2 µg / mL d'équivalent zinc, avec moins de 40% de cellules viables. La comparaison avec le ZnCl2 a montré une association claire entre la dissolution et la cytotoxicité cellulaire.Pour évaluer davantage l'impact réel des ZnONW dans la peau, un système de co-culture dans l'interface air-liquide (ALI) composé d'épiderme et de cellules cutanées du derme a été développé après uneoptimisation en monoculture de chaque type de cellule. Le système de modèle de peau 3D a été exposé aux ZnONPs, ZnONWs et ZnCl2. Pour empêcher la dissolution des ZnONW, une couche de dioxyde de titane (TiO2) de 5,75 ± SD 1,06 nm a été déposée par dépôt de couche atomique (ALD) sur les ZnONWs. Les ZnONWs recouverts de TiO2 ont également été testés pour leur toxicité sur le système de co-culture.Les résultats des expositions ont montré une mort cellulaire significative avec seulement 20% de cellules vivantes, après traitement aux ZnONMs et au ZnCl2 à 80,4 µg tandis que le traitement aux ZnONW revêtus de TiO2 maintenait au moins 75% de viabilité cellulaire même à 80,4 µg. Cependant, un examen plus approfondi des médiateurs (pro-) inflammatoires après le traitement a montré que les ZnONW revêtus de TiO2 augmentaient les niveaux d'interleukine (IL) 8 et 6 (pro-) inflammatoires par rapport aux ZnONW sans couche de TiO2. Cela pourrait soulever d'autres problèmes de toxicité.