Effets toxiques des micro- et nanoplastiques, en combinaison avec des polluants métalliques, sur des modèles d'organoïdes intestinaux

Toxic effects of micro- and nanoplastics, in combination with metallic pollutants, on models of intestinal organoids

• Auteur / Autrice : Lucie Breuillé
• Direction : Marie Carrière, Thierry Douki
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Biologie cellulaire
• Date : Inscription en doctorat le 02/10/2024
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale chimie et science du vivant (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes Moléculaires et Nano Matériaux pour l'Énergie et la Santé

Mots clés

Mots clés libres

Micro- et nanoplastiques

Organoïdes intestinaux

Toxicité

Polluants métalliques

Micro- and nanoplastics

Intestinal organoids

Toxicity

Metal pollutants

Résumé

Du fait de leurs propriétés attractives et de leur faible coût, les plastiques sont utilisés dans la plupart des produits de la vie courante. S'ils ne sont pas correctement collectés et/ou recyclés en fin de vie, ces produits deviennent des déchets persistants du fait de la faible dégradabilité des polymères les plus couramment utilisés à l'heure actuelle. Ces déchets s'accumulent dans tous les compartiments des écosystèmes, générant une pollution macroscopique, visible notamment sous la forme de gyres, aussi appelés continents de plastiques, flottant au sein des océans. Au contact des écosystèmes, ils adsorbent potentiellement à leur surface d'autres polluants. Sous l'effet du rayonnement UV et de contraintes mécaniques, chimiques, thermiques et biologiques, ces déchets plastiques se fragmentent en particules de plus petite taille, appelées les micro- et nanoplastiques (MNPs) qui, elles, ne sont pas visibles à l'œil nu, mais présentent une surface spécifique bien plus importante, conduisant à l'adsorption d'une quantité accrue de polluants environnementaux. Les effets de ces déchets sur l'Homme sont encore peu connus. L'Homme y est exposé notamment via l'ingestion d'aliments ou de boissons contaminées, pouvant causer des effets toxiques sur la sphère oro-gastrointestinale. En étant ingérés, ces MNPs entrainent avec eux les polluants qu'ils portent à leur surface, pouvant créer un effet toxique synergique car cette vectorisation conduit les polluants à s'accumuler dans les organismes et les cellules par des voies différentes de celles employées par les contaminants lorsqu'ils sont isolés. Les objectifs de ce projet de thèse sont d'évaluer les effets toxiques de micro- et nanoplastiques (MNPs) sur des modèles intestinaux humains et murins avancés, i.e., des cultures primaires de colon de souris et des organoïdes intestinaux murins et/ou humains, seuls ou en co-exposition avec des polluants environnementaux métalliques, afin d'évaluer si ces modèles complexes reproduisent mieux les effets toxiques observés in vivo que les modèles simples utilisés jusqu'à présent et de caractériser les effets toxiques des MNPs et de ces co-expositions, ainsi que les mécanismes menant à de tels effets. Les expositions aux MNPs seront réalisées soit après inversion de la polarité des organoïdes, soit par microinjection dans la lumière de l'organoïde. Lorsque ces modèles cellulaires seront prêts, ils seront exposés à des micro- et nanoparticules de PLA et de PET, ces deux plastiques étant parmi ceux auxquels l'Homme est le plus exposé par ingestion. Pour se placer dans des conditions réalistes, ces expositions seront faites à l'aide de particules vierges, brutes de synthèse, mais aussi avec des particules vieillies dans des conditions réalistes. Les modifications physico-chimiques des particules dans ces conditions seront caractérisées. Sur les cellules exposées seront identifiés d'éventuels effets cytotoxiques, génotoxiques, inflammatoires, oxydants, ainsi que les effets sur la fonction de barrière de l'épithélium intestinal. Enfin, les effets de co-expositions à des MNPs et à des polluants environnementaux seront évalués, en se focalisant sur des métaux, i.e., le cuivre et/ou le tributyl étain, tous deux étant des polluants omniprésents dans l'environnement et susceptibles de s'accumuler dans les aliments au même titre que les MNPs.

Because of their attractive properties and low cost, plastics are used in most everyday products. If not properly collected and/or recycled at end of life, these products become persistent waste due to the low degradability of the polymers most commonly used today. This waste accumulates in all compartments of ecosystems, generating macroscopic pollution, visible in the form of gyres, also called plastic continents, floating in the oceans. In contact with ecosystems, they potentially adsorb other pollutants to their surface. Under the effect of UV radiation and mechanical, chemical, thermal and biological constraints, this plastic waste fragments into smaller particles, called micro- and nanoplastics (MNPs), which are not visible to the naked eye, but have a greater specific surface area, leading to the adsorption of an increased amount of environmental pollutants. The effects of this waste on humans are still little known. Humans are exposed in particular through the ingestion of contaminated food or beverages, which can cause toxic effects on the orogastrointestinal sphere. By being ingested, these MNPs carry with them the pollutants they carry on their surface, can create a synergistic toxic effect because this vectorization leads pollutants to accumulate in organisms and cells by different pathways than those used by contaminants when isolated. The objectives of this thesis project are to evaluate the toxic effects of micro- and nanoplastics (MNPs) on advanced human and mouse gut models, i.e., primary mouse colon cultures and mouse and/or human intestinal organoids, alone or in co-exposure with metallic environmental pollutants, in order to assess whether these complex models reproduce better the toxic effects observed in vivo than the simple models used so far and to characterize the toxic effects of MNPs and these co-exposures, as well as the mechanisms leading to such effects. The exposures to MNPs will be performed either after inversion of the polarity of the organoids, or by microinjection in the light of the organoid. When these cellular models are ready, they will be exposed to micro- and nanoparticles of PLA and PET, these two plastics being among those to which humans are most exposed by ingestion. To create realistic conditions, these exposures will be made using virgin particles but also with particles aged in realistic conditions. The physicochemical modifications of the particles under these conditions will be characterized. On the exposed cells will be identified possible cytotoxic, genotoxic, inflammatory, oxidizing effects, as well as effects on the barrier function of the intestinal epithelium. Finally, the effects of co-expositions to MNPs and environmental pollutants will be assessed, focusing on metals, i.e., copper and/or tributyltin, Both are pollutants that are ubiquitous in the environment and can accumulate in food as MNPs.