Étude des effets d'un signal 5G (3,5 GHz) sur la réponse au stress des cellules de la peau

Study of the effects of a 5G signal (3.5 GHz) on skin cell stress response

• Auteur / Autrice : Lorenza Patrignoni
• Direction : Isabelle Lagroye
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physiopathologie cellulaire et moléculaire
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2020
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de l'École pratique des hautes études (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : École pratique des hautes études (Paris ; 1868-....)

Mots clés

Mots clés libres

Bioélectromagnétisme

Signaux 5G

Stress mitochondrial

Stress du réticulum endoplasmique

Apoptose

Peau

Bioelectromagnetics

5G signal

Mitochondrial stress

Endoplasmic reticulum stress

Apoptosis

Skin

Résumé

Le ''bioélectromagnétisme'' combine les domaines de recherche en biologie et en physique pour évaluer les mécanismes d'interaction des ondes électromagnétiques avec les tissus vivants, et ses effets bénéfiques ou délétères potentiels. Au cours des deux dernières décennies, cette discipline a suscité un intérêt croissant en raison du développement des technologies produisant des champs électromagnétiques (CEM) et en parallèle, avec l'inquiétude du public. Des sources de CEM artificiels sont des appareils médicaux (par exemple, l'imagerie par résonance magnétique), les équipements électriques, les fours à micro-ondes, les antennes de diffusion radiofréquences (RF) ou les technologies de la communication mobile et sans fil, etc. Les téléphones mobiles sont une source de CEM qui s'est rapidement développée et qui continuera à se développer dans le futur. Plusieurs générations de technologies de communication se sont succédées depuis la fin du XXe siècle jusqu'à aujourd'hui. La cinquième génération (5G) a été créé pour résoudre la saturation des réseaux, supporter le trafic des médias et fournir de nouveaux services. Toutes les technologies de communication mobile utilisent la gamme des RF, c'est à dire de10 MHz à 300 GHz du spectre électromagnétique. Les champs RF sont décrits comme des radiations non ionisantes car ils transportent des photons de faible énergie, inférieure à 12 eV, ce qui est nécessaire pour ioniser la matière vivante. La 5G fonctionnera dans trois bandes de fréquences : 700 MHz, 3,5 et 26 GHz. A ce jour, le seul effet défini des RF sur les systèmes biologiques, et sur lequel reposent les normes relatives aux limites d'exposition, est l'échauffement des tissus lié à la relaxation diélectrique. L'hypothèse selon laquelle l'exposition environnementale aux radiofréquences induit des effets nocifs par le biais d'une production accrue d'espèces réactives de l'oxygène (ROS), ou d'une activation de l'apoptose a été largement étudiée. Malheureusement, les résultats sont variables et contradictoires. En revanche, peu d'informations sont disponibles sur l'activation de la réponse de stress liée à l'accumulation de protéines mal repliées, appelée Unfolded Protein Response (UPR), au niveau du réticulum endoplasmique (RE). L'objectif de ma thèse était d'étudier l'impact du signal 5G à 3,5 GHz sur le stress mitochondrial et du RE, en utilisant des cellules de peau humaine, les fibroblastes et les kératinocytes. Le choix d'utiliser la peau s'explique par le fait que l'absorption des champs RF dans les tissus diminue quand la fréquence augmente, ce qui fait de ce tissu une des principales cibles. Les cellules ont été exposées aux champs RF pendant 24 heures, à trois débits d'absorption spécifiques (DAS) : 0.25, 1 et 4 W/kg. Dans certaines expériences, les cellules ont été pré-irradiées avec des UV-B afin d'étudier l'interaction entre ces deux agents environnementaux. Les résultats suggèrent que le signal 5G, seul ou en co-exposition avec les UV-B, peut moduler la production de ROS mitochondriaux en fonction du type cellulaire, sans affecter la fonctionnalité mitochondriale en termes de potentiel membranaire, ni la viabilité cellulaire. Ce résultat suggère que les champs RF n'ont pas provoqué un burst oxydatif. Enfin, l'étude de l'expression d'une série de gènes liés au stress du RE et à l'apoptose n'a pas révélé de changements dans les fibroblastes primaires humains, quelle que soit la configuration de l'exposition. En conclusion, l'exposition à un signal 5G à 3,5 GHz, jusqu'à 4 W/kg n'a induit que de faibles changements sur les ROS, de manière différente selon le type de cellules de la peau, et en présence ou non d'UV-B. Aucun impact sur la viabilité cellulaire n'a été détecté. Enfin, l'absence d'expression différentielle des gènes liés à l'UPR suggère que le RE n'est pas sensible à l'exposition aux champs RF.

“Bioelectromagnetism” combines the biological and physical fields of research, with the aim to assess the mechanisms by which electromagnetic waves interact with living tissues, potentially associated with beneficial or deleterious effects. During the past two decades, this discipline has shown increasing interest given the development in electromagnetic fields (EMF) emitting technologies and its public concern. Sources of man-made EMF are medical devices (e.g., magnetic resonance imaging), electrical equipment, micro-wave oven, antennas for broadcasting radiofrequency (RF) power, or general public technologies such as mobile and wireless communication, and data transmission. Mobile phones are a particular source of EMF that has rapidly grown in a few years, and that will continue to grow in the next future. To support this development, several generations of communication technologies have succeeded one another from the end of the twentieth century to today. The fifth generation (5G), the last one, was developed to fix network congestion, support media traffic, and provide news services to the society. All mobile communication technologies belong to the RF range, which runs between 10 MHz and 300 GHz in the electromagnetic spectrum. RF fields are described as non-ionizing radiations since they carry little energy quantities (photons), below the value of 12 eV, which is commonly required to ionize the living material. In particular, the 5G technology will operate at three frequency bands: 700 MHz, 3.5 GHz, and up to the 26 GHz band. For now, the only well-described effect of RF on biological systems is known to be caused by the dielectric relaxation-related tissue heating, on which lie standards for exposure limits. The hypothesis that, environmental RF exposure may induce deleterious effects through the activation of cellular stress, such as apoptosis or oxidative stress response through increased production of reactive oxygen species (ROS), has been widely evaluated. Unfortunately, those results are variable and contradictory. On the other hand, very few information is available on the possible activation of another very sensitive stress signaling pathway linked to the accumulation of misfolded proteins: the endoplasmic reticulum (ER) unfolded protein response (UPR). The aim of my PhD research was to investigate the impact of the new 5G RF signal at 3.5 GHz on mitochondrial and ER stress, in human skin fibroblasts and keratinocytes cells. The choice of skin biologic model is related to the fact that RF absorption within the tissues is decreasing while the frequency increases, making skin one of the main target tissues of RF. The cells were exposed to RF for 24 hours at three different specific absorption rates (SAR): 0.25, 1, and 4 W/kg. In some set of experiments, cells were pre-irradiated with UV-B in order to investigate the possibility for an interaction between the two physical environmental agents. The results suggested that 5G modulated radiofrequency at 3.5 GHz, alone or in co-exposure with UV-B, could modulate mitochondrial ROS generation in a cell-specific manner. However, this had no impact on mitochondrial function in terms of membrane potential nor on cell viability, suggesting that the level of ROS was not sufficiently high (no oxidative burst). Finally, the study on the expression of a panel of genes specifically related to ER-stress and apoptosis showed no differentially-expressed genes in human primary fibroblasts, whatever the exposure set-up. In conclusion, exposure to a 5G RF signal at 3.5 GHz and up to 4 W/kg induced only small changes in ROS production, differently according to cell types, in the presence or absence of UV-B. These changes had no further impact on cell viability. Moreover, the lack of differential expression in genes related to the UPR suggesting that the ER is not sensitive to RF exposure.