Quelles nanoparticules provoquent des maladies ?

Which atmospheric nanoparticles trigger health diseases?

• Auteur / Autrice : Yuri Lima de Albuquerque
• Direction : Alain Géloën
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 07/12/2021
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Claude Bernard (Lyon ; 1971-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Cardio-Vasculaire, Métabolisme Diabétologie et Nutrition (Lyon)
• Jury : Président / Présidente : Emmanuelle Canet-Soulas
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Claude Atgié, Tatiana Borisova
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Claude Atgié, Tatiana Borisova

Mots clés

Mots clés contrôlés

Biomasse -- Combustion

Naphtalène

Effets physiologiques

Nanoparticules

Pollution atmosphérique -- Effets physiologiques

Mots clés libres

Rtca

Holomonitor

Naphtalène

1,4-Naphthoquinone

Rtca

Holomonitor

Naphthalene

1,4-Naphthoquinone

Résumé

En 2017, environ 5 millions de personnes sont décédées prématurément du fait de la pollution de l'air. Nos objectifs étaient d'identifier quelles nanoparticules atmosphériques ont des effets négatifs sur la santé humaine, leurs mécanismes d'action et comment les prévenir. Deux types de particules ont été testés, le naphtalène (d'origine anthropique) et les particules issues de la combustion de biomasse (d'origine à la fois anthropique et biogénique). Trois méthodologies différentes ont été utilisées : l’analyse cellulaire en temps réel qui mesure de la prolifération et de l'adhésion cellulaires ; le microscope à contraste de phase quantitatif (Holomonitor, PHI), qui donne les paramètres comportementaux et structurels des cellules (par exemple, l’aire, la motilité et la migration) et la microscopie en temps réel en champ clair (Cytation, Biotek), pour l'imagerie cellulaire en temps réel. Les nanoparticules fraîches de naphtalène se sont avérées plus toxiques que les mêmes particules oxydées. Le glutathion à 1 mM a partiellement restauré la prolifération cellulaire. Quatre sous-produits de nanoparticules de naphtalène ont été testés sur le modèle de cellules pulmonaires A549 : 1,4-naphtoquinone (1.4-NQ), 2-hydroxy-1,4-naphtoquinone (2-OH-NQ), acide phtalique (PA) et phtaldialdéhyde (OPA). Selon leur CE50, la 1.4-NQ a montré une toxicité 100 fois plus élevée que les autres composés. 1.4-NQ et OPA ont diminué le volume optique, la migration, la mobilité et la vitesse de mobilité des cellules. La 1.4-NQ a augmenté le stress oxydatif (marcation DHR). L'ajout de glutathion a protégé les cellules contre la 1,4-NQ. La toxicité des particules provenant de différents modes de combustion du bois (flamme (FWS), combustion lente (SWS) et pyrolyse (PWS)) ont eu un effet toxique sur la prolifération des cellules A549. En conclusion, la toxicité des nanoparticules de naphtalène dépend de la 1,4 naphtoquinone qui est conditionné par le stress oxydatif.

In 2017 around 5 million people had premature deaths due to air pollution. Our objectives were to identify which atmospheric nanoparticles cause negative effects on human health, their mechanisms of action and how to prevent them. Two types of particles were tested, naphthalene (anthropogenic origin) and particles from biomass burning (from both anthropogenic and biogenic origin). Three different methodologies were used: real time cell analysis, a measure of cell proliferation and adhesion; quantitative phase contrast microscope (Holomonitor, PHI), that gives behavioral and structural parameters of cells (e.g. area, motility and migration) and bright field real time microscopy (Cytation, Biotek), for real time cell imaging. Fresh naphthalene nanoparticles were more toxic than aged. Glutathione at 1 mM partially restored cell proliferation. Four by-products of naphthalene nanoparticles were tested on lung cell model A549 :1.4-naphthoquinone (1.4-NQ); 2-hydroxy-1.4-naphthoquinone (2-OH-NQ), phthalic acid (PA) and phthaldialdehyde (OPA). According to their EC50, 1.4-NQ showed a toxicity 100 times higher than other compounds. 1.4-NQ and OPA decreased the optical volume, migration, motility and motility speed of cells. 1.4-NQ increased the oxidative stress (DHR staining). Addition of glutathione protected the cells against 1,4-NQ. The toxicity of particles from different mode of burning wood (flaming (FWS), smoldering (SWS) and pyrolysis (PWS)) were similarly toxic on A549 cell proliferation. In conclusion, toxicity of naphthalene nanoparticles depends on 1,4 naphthoquinone which is mediated through oxidative stress.