Evaluation in vitro du profil toxicologique des nanoparticules de silices et nanoémulsions

In vitro evaluation of the toxicological profile of silica nanoparticles and nanoemulsions

• Auteur / Autrice : Taghrid Zaiter
• Direction : Arnaud Beduneau, Mona Diab-Assaf
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie et biologie moléculaire
• Date : Soutenance le 13/12/2022
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Environnements, Santé
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Pathologies et épithéliums : prévention, innovation, traitements, évaluation (PEPITE) (Besançon) - Pathologies et épithéliums : prévention, innovation, traitements, évaluation
• Partenaire(s) de recherche : site de préparation : Université de Franche-Comté (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Anne Sapin-Minet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ahmad Daher, Hélène Martin, Raphaël Cornu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Sapin-Minet, Sonja Boland

Mots clés

Mots clés contrôlés

Surfactants

Mucus

Intestins

Toxicologie

Nanoémulsions

Nanoparticules de silice

Mots clés libres

Nanoparticules de silice

Nanoémulsions

Toxicité

Barrière intestinale

Mucus

Silica nanoparticles

Toxicity

Intestinal barrier

Résumé

La quantité de nanoparticules manufacturées sur le marché est en constante augmentation du fait de leurs propriétés uniques. Elles sont utilisées commeexcipients en cosmétique, additifs alimentaires, et systèmes de délivrance de médicaments. Leur taille nanométrique est responsable de leur forte interactionavec l’environnement biologique. Ce travail a pour but d’évaluer la toxicité intestinale de deux types de nanoparticules (NPs) : des nanoparticules de silice potentiellement présentes dans l’additif E551 et des nanoémulsions utilisées pour la délivrance de lipides et substances actives. L’évaluation toxicologique a été réalisée à partir de modèles in vitro, à savoir des monocultures et une co-culture de cellules intestinales (Caco-2 et HT29-MTX). Avant l’incubation, l’additif Cependant, ces dernières n’ont pas causé decytotoxicité sur la monoculture de cellules caliciformes en raison du rôle protecteur du mucus. Les NPs de silice avec une taille supérieure à 70 nm et l’additif E551 n’ont présenté aucune toxicité, même en l’absence de mucus. Contrairement aux NP20 et NP30, elles n’ont pas modulé significativement la résistance électrique transépithéliale de la co-culture. Concernant les nanoémulsions, une cytotoxicité dose-dépendante a été observée dans les cultures de Caco-2 et HT29-MTX, sans influence de la taille. La composition en lipides ainsi que la présence de tensioactif pourraient faciliter l’internalisation cellulaire des gouttelettes, même les plus grossières. Cette étude démontre que les facteurs de nanotoxicité varient selon la composition des NPs. Contrairement aux nanoémulsions, le profil toxicologique des particules de silice est fortement dépendant du diamètre hydrodynamique. Le mucus doit également être pris en compte dans les études de toxicité pour une meilleure prédiction a été digéré en présence de fluides gastriques et intestinaux simulés afin de mimer fidèlement les conditions in vivo. Les plus petites NPs de silice caractérisées par des diamètres de 20 et 30 nm ont altéré la viabilité des entérocytes et induit la production de ROS après 7 jours d’exposition. Cependant, ces dernières n'ont pas causé de cytotoxicité sur la monoculture de cellules caliciformes en raison du rôle protecteur du mucus. Les NPs de silice avec une taille supérieure à 70 nm et l'additifE551 n'ont présenté aucune toxicité, même en l'absence de mucus. Contrairement aux NP20 et NP30, elles n'ont pas modulé significativement la résistance électrique transépithéliale de la co-culture. Concernant les nanoémulsions, une cytotoxicité dose-dépendante a été observée dans les cultures de Caco-2 etHT29-MTX, sars influence de la taille. La composition en lipides ainsi que la présence de tensioactif pourraient faciliter l'internalisation cellulaire des gouttelettes, même les plus grossières. Cette étude démontn que les facteurs de nanotoxicité varient selon la composition des NPs. Contrairement aux nanoémulsions, le profil toxicologique des particules de silice est fortement dépendant du diamètre hydrodynamique. Le mucus doit également être pris en compte dans les études de toxicité pour une meilleure prédiction.

The quantity of manufactured nanoparticles (NPs) on the market is constantly increasing due to their unique properties. They are used as cosmetic ingredients, food additives and as drug delivery systems. Their size in the manometer range confers them a strong ability to interact with the biological environment. This work aims to evaluate the intestinaltoxicity of two types of nanoparticles (NPs): silica NPs potentially present in E551 food additive and nanoemulsions used as drug/lipid delivery system. The toxicological evaluation was carried out using in vitro models consisting in single cultures and co-culture of intestinal cells (Caco-2 and HT29-MTX). Prior to the incubations, E551 additive was digested with gastric and intestinal simulated fluids, to accurately mimic thein vivo conditions. The smallest silica NPs characterized by hydrodynamic diameters of 20 and 30 nm, altered the viability of enterocytes and induced ROS production after 7-day exposure. However, the single culture of goblet cells was not affected due to theprotective barrier of mucus. Silica NPs with a size of at least 70 nm and additive E551 were not toxic, even in the lack of mucus. Unlike NP20 and NP30, they did not significantly modulate the transepithelial electrical resistance of the co-culture. Regarding nanoemulsions, a cytotoxicity in a dose-dependent manner was observed in Caco-2 and HT29-MTX cultures, without any size effect. The lipid composition and the presenceof surfactant could facilitate the cell internalization of droplets, even the largest ones. This study demonstrates that the nanotoxicity factors vary according to the composition of NPs. Unlike nanoemulsions, the toxicological profile of silica particles is strongly dependent on the hydrodynamic diameter. Mucus also needs to be considered in toxicitystudies for a better prediction.