Les plastifiants dans les gants à usage professionnel : de l'analyse de leur composition à l'évaluation de leur toxicité endothéliale par une approche in vitro

Evaluation of plasticizers used in protective gloves : an analysis of their content and an in vitro approach to assess their endothelial toxicity

• Auteur / Autrice : Kelly Poitou
• Direction : Christelle Monteil
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la vie et de la sante
• Date : Soutenance le 11/07/2022
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Normande de biologie intégrative, santé, environnement (Mont-Saint-Aignan, Seine-Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Établissement de préparation : Université de Rouen Normandie (1966-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Aliments Bioprocédés Toxicologie Environnements
• Jury : Président / Présidente : Marie Lecoeur Lorin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christelle Monteil, Marie Lecoeur Lorin, Valérie Sautou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sylvain Billet, Jean-François Goossens

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cellules endothéliales

Cultures cellulaires

Chimie analytique

Toxicologie

Plastifiants

Gants

Phtalates

Mots clés libres

Gants

Phtalates

Plastifiants

Toxicologie

Chimie analytique

Culture cellulaire

Cellules endothéliales microvasculaires

Gloves

Phthalates

Plasticizers

Toxicology

Analytical chemistry

Cell culture

Microvascular endothelial cells Cell culture Microvascular endothelial cells

Résumé

Les plastifiants sont principalement utilisés pour conférer des propriétés de plasticité à la matière plastique. L’exposition humaine aux plastifiants se caractérise par un contexte de multi-exposition car ils entrent dans la composition de nombreux produits de consommation. Malgré l’absence de composition sur l’emballage des boîtes de gants, il n’en demeure pas moins que la présence des plastifiants a été appuyée par les résultats de différentes études. Pourtant, les plastifiants sont des substances chimiques pointées du doigt. Plusieurs études ont documenté l’implication des plastifiants dans différentes toxicités d’organes dont les maladies cardiovasculaires. Dans ce contexte, la première partie de ce travail de thèse a consisté à développer des outils analytiques afin de déterminer la composition en plastifiants dans les gants, pour pallier le manque d’information. Deux méthodes analytiques orthogonales (GC-MS et HPLC-DAD) ont été développées et validées pour la caractérisation des plastifiants dans les gants. Leur application aux échantillons de gants a permis d’identifier sept plastifiants sur les treize sélectionnés (DMP, DEP, DIBP, DBP, DEHP, DINP et DEHT). Les teneurs massiques peuvent atteindre 44% (m/m). Alors que le DEHP est une substance classée en raison de sa toxicité présumée pour la reproduction humaine, il a néanmoins été quantifié dans tous les échantillons. Les résultats de cette étude soulignent que le port de gants constitue une source d’exposition aux plastifiants en milieu professionnel. La connaissance de la présence des plastifiants, pouvant atteindre des teneurs massiques élevées, suscite des inquiétudes au regard de leur relargage car ils ne sont pas liés de manière covalente. Ainsi, un relargage peut survenir lors du port de gants, ce qui représente un risque d’exposition cutanée aux plastifiants. Cela peut s’accompagner d’une absorption qui s’ajoute à celle d’autres voies et sources. Cela pose donc la question de leur toxicité endothéliale car la distribution des plastifiants au sein de l’organisme est médiée par la circulation sanguine. Cependant les effets au niveau endothélial sont peu étudiés. Dans ce cadre, la toxicité in vitro a été évaluée pour les plastifiants majoritairement quantifiés dans les gants, en utilisant une lignée de cellules humaines endothéliales (HMEC-1). Ils ont été testés individuellement et en mélange (DEHP, DEHT et DINP). Une cytotoxicité induite par les plastifiants a été observée pour toutes les conditions, excepté pour le DEHT. La respiration mitochondriale est une cible de l’action des plastifiants, car une diminution de la consommation mitochondriale d’oxygène et une augmentation du métabolisme glycolytique ont été conjointement observées. Ces effets ont été observés de manière rapide pour le DEHP à la suite d’une exposition aiguë (3 h) par rapport au mélange et au DINP (24 h et 48 h respectivement). Cependant, les répercussions sur le fonctionnement cellulaire (glutathion total, ratio ATP/ADP) ne sont pas immédiates. L’ensemble de ces résultats suggère un mécanisme d’adaptation des cellules endothéliales impliquant les voies métaboliques. Pour conclure, les résultats issus de ce travail de thèse apportent de nouvelles informations concernant les plastifiants, autant en ce qui concerne la composition des gants que leurs effets au niveau endothélial. Les résultats obtenus soulignent l’intérêt de poursuivre les recherches sur les plastifiants afin de mieux caractériser le risque associé au port de gants et les mécanismes de toxicité impliqués au niveau endothélial. Dans ce cadre, les protocoles expérimentaux devront s’attacher à étudier les effets mélange pour refléter au mieux les conditions réelles d’exposition.

Plasticizers are chemicals of high demand used in a wide range of commercial products to improve plasticity properties. Human exposure occurs through multiple pathways from numerous sources as they have been reported in a wide range of commercial products. Although gloves composition is not characterized, several studies have identified plasticizers in glove samples. Plasticizers are controversial chemicals because many studies have reported their multiple-induced organ toxicity such as cardiovascular diseases. In this context, analytical developments were conducted in order to identify and to quantify the content of plasticizers in protective gloves. To that purpose, two orthogonal methods, (i.e., GC–MS and HPLC–DAD) were developed and validated for their application to protective gloves. The analysis of glove samples revealed the presence of a total of seven out of the thirteen studied plasticizers (i.e., DMP, DEP, DIBP, DBP, DEHP, DINP and DEHT). The content of plasticizers in gloves can be high as it can reach up to 44% (w/w). Although DEHP is a known reproductive toxicant (CMR 1B), it was quantified in all the studied gloves. Results showed that gloves are a real source of exposure to plasticizers and exposed to a variety of compounds. Thus, protective gloves appear to be a real source of dermal exposure in the workplace. Knowing that the content of plasticizer can be significant in gloves, it raises concern of leach out during glove handling because they are not covalently bound. Indeed, plasticizers release could end up to human exposure, and thus may lead to their absorption. This is a matter of particular concern as the vascular system distributes plasticizers throughout the body and therefore these substances can interact with the endothelium. But data on their endothelial effects are scarce. In that regard, in vitro endothelial toxicity was assessed based on the results of gloves analyses, the main plasticizers were tested both individually and in mixture (DEHP, DEHT and DINP). Plasticizers-induced cytotoxicity were observed for all the conditions tested, excepted for DEHT. Mitochondrial respiration is a target of plasticizers, because a depletion of mitochondrial ATP production coupled to oxygen consumption and an increase of glycolytic metabolism occurred concomitantly. The effect was rapid for DEHP with a short-term exposure time (at 3 h) whereas it less sudden for the mixture and DINP (respectively at 24 h and 48 h). However, cell function impairments (total glutathione and ratio ATP/ADP) were noted with a delayed-time manner in comparison to mitochondrial parameters. Altogether, these results suggest that endothelial cell could induced an adaptation mechanism through metabolic pathways. To sum up, this thesis work provides additional data about plasticizers contents in gloves and showed that they can induced an endothelial dysfunction. These results stress the need for more research on the subject to fulfil knowledge gap for both risk assessment of plasticizers from protectives gloves and to better understand their toxicological mechanisms in endothelial cells. Experimental design with mixture effects is needed to better reflect real-life exposure.