Tests parallélisés sur puce à cellule de cytotoxicité aigüe de nanoparticules à morphologie contrôlée – PARTOX

Les nanoparticules constituent une innovation majeure, car leur taille permet l'émergence de propriétés inédites de la matière. La production de particules ultrafines ou PUF va augmenter de manière exponentielle dans les prochaines années car de de nombreuses applications industrielles et médicales se développent à très grande vitesse. Or il semblerait que les nanoparticules fabriquées par l'homme puissent avoir des effets délétères sur la santé. Les déterminants de ces effets sont complexes et feraient intervenir différentes caractéristiques des particules telles que le nombre, la surface, la composition, la forme, l'état de surface. Mais il est possible que d'autres paramètres interviennent. Objectifs du projet : •Evaluer les risques liés à la mise en contact avec des nano-particules, pour la santé humaine, que ce soit par inhalation, par ingestion ou par contact avec la peau. Pour ceci on évaluera leur effet sur des cellules du poumon (inhalation), de la peau et du foie (ingestion). •Approfondir la toxicologie des PUF les plus répandues sur le marché : les silices ultrafines, le dioxyde de titane et l'oxyde de zinc ultrafins. Leur effet toxique sera mis en lien avec leurs caractéristiques géométriques, structurales, physiques et chimiques. •Développer une technologie permettant de caractériser la cytotoxicité des PUFs par l'analyse du phénotype de cellules cultivées sur une lame de verre (Cell on Chip ou puces à cellules). •Mettre en place des systèmes d'analyse à haut contenu permettant d'obtenir des informations sur la toxicité des produits testés en s'appuyant sur des données de fluorescence et de morphologie des cellules étudiées. La validation de PARTOX sera réalisée par l'utilisation de trois familles de nanoparticules : oxydes de titane, oxyde de zinc et silice, aussi bien commerciales que synthétisées par un partenaire à des fins d'études paramétriques. Afin de corréler la toxicité des particules à des paramètres « matériaux » objectifs, les propriétés physiques et chimiques de volume et de surface (nature cristalline, composition chimique, taille et morphologie 3D, potentiel zeta, propriétés d'adsorption, cinétique de dissolution...) ainsi que l'état d'agrégation de ces trois types de nanoparticules seront déterminés pour chaque procédé d'élaboration, avant et après leurs suspension dans les milieux de culture cellulaire. Le concept innovant de puces à cellules nous permettra d'étudier la toxicité de nano-particules à l'aide de tests cellulaires massivement parallèles réalisés en nano-gouttes. Cette même technique de tests cellulaires in vitro en remplacement des tests sur animaux a permis de cribler avec succès des pesticides en fonction de leur toxicité (STREP TOXDROP (2004-2006). Les études de toxicité de nano-particules seront réalisées en utilisant des nano-gouttes de culture de cellules et seront caractérisées par des analyses multi-paramétriques concernant la mortalité, le stress oxydatif, l'inflammation et la géno-toxicité des nanoparticules. Afin de reproduire au format puce à cellules l'évaluation traditionnelle de la toxicité, l'effet des nanoparticules sera testé sur plusieurs lignées cellulaires humaines (poumon, foie, peau). La taille des gouttes nous permettra de prendre en compte différentes conditions expérimentales (concentration, type cellulaire, type de nanoparticules) sur une seule lame de quelques cm². L'analyse haut contenu, par traitement d'images de chaque cellule nous donnera des informations précises, au niveau cellulaire, sur la morphologie et la fluorescence. Ces paramètres sont ensuite intégrés par traitement des données au niveau de toute la population cellulaire de manière à produire un phénotypage précis des effets toxiques. Les connaissances combinées du consortium PARTOX en traitement d'image, bioinformatique, physique, chimie, toxicologie et biologie cellulaire, ainsi que les équipements expérimentaux performants et complémentaires dont il dispose (par exemple MET et nanotomographie), constituent un atout majeur pour tenter d'évaluer le risque de certaines nanoparticules sur la santé humaine. Résultats attendus •Maîtriser les procédés d'élaboration reproductibles de nanoparticules. •Standardiser les mesures permettant des les caractériser ainsi que les méthodes de détection et d'étude de leurs effets biologiques afin d'établir une méthodologie stricte et reproductible. •Proposer une nomenclature beaucoup plus fine de ces particules, en fonction de leur mode de fabrication, de leurs caractéristiques structurales et physico-chimiques. •Nous décrirons pour chaque classe le niveau et le type de toxicité sur les principaux organes cible. Nos études pourront orienter, grâce à ce crible très précis, des études tranlationnelles plus complètes, in vivo chez l'animal. Elles pourront également indiquer des pistes de fabrication ou fonctionnalisation de nano-particules inoffensives pour la santé.