Signatures toxicologiques de nanoobjets manufacturés sur des cellules humaines après inhalation ou ingestion – SIGNANOTOX

Les nanosciences et les nanotechnologies conduisent à une production de nanoobjets en forte croissance, ce qui déclenche de nombreuses craintes de la part du public. Les investissements impressionnants qui y sont consacrés dans le monde marquent la nécessité de la prise en compte d'un risque sanitaire potentiel. La grande surface spécifique des objets les rend parfois plus toxiques sous leur forme nanométrique du fait d'une pénétration accrue dans les cellules. Les mécanismes cellulaires et moléculaires de leur toxicité ne sont pas élucidés. Les recherches proposées dans ce projet s'inscrivent dans l'axe prioritaire « Toxicologie, exposition et mécanismes d'action des nanomatériaux » (chapitre 2.2.1) de l'ANR Santé-Environnement et Santé-Travail. Les objectifs sont d'une part d'étudier les mécanismes d'action des nanoobjets après contact avec des cellules humaines ; d'autre part, d'analyser les profils transcriptionnels spécifiques aux nanoobjets et prédictifs de leur toxicité ; enfin de découvrir de nouveaux biomarqueurs précoces d'une exposition à des faibles doses ou des doses sub-toxiques. Du fait de leur persistance dans l'air, l'inhalation est la première voie d'exposition humaine aux nanoobjets. Elle est suivie de l'ingestion et de l'exposition cutanée. Dans ce projet, l'exposition cutanée n'est pas prise en compte, compte tenu du fait que la question est déjà largement considérée dans le projet européen Nanoderm. Le but de ce projet ANR est de caractériser les effets biologiques des nanoobjets sur l'homme, à la fois sur les organes directement touchés après inhalation ou ingestion (poumon, foie) et sur les organes touchés après passage des barrières naturelles de l'organisme et impliqués dans les voies d'élimination (rein). Le projet bénéficie des compétences de deux équipes en synthèse et caractérisation fine des nanoobjets. Les nanoobjets étudiés, choisis pour être représentatifs des différentes familles chimiques et de l'importance prévue au niveau de leur utilisation, sont : les nanotubes de carbone, les oxydes TiO2 et Gd2O3, les métaux Au, Ag, un semi-conducteur Si et une céramique carbure SiC. Au préalable des expositions des cellules aux nanoobjets, le plus grand soin sera apporté au contrôle de leur dispersion dans les milieux d'exposition. Ces études sont menées sur des modèles cellulaires in vitro, méthodes alternatives à l'expérimentation animale. Les expériences réalisées sur lignées cellulaires permettent un large screening de nanoobjets de différentes classes (nanotubes ; nanoparticules : oxydes, métaux, céramiques…) mis en contact avec plusieurs modèles cellulaires humains pour simuler plusieurs voies de contamination (pneumocytes ; cellules rénales et hépatocytes). Elles permettent en outre d'étudier les mécanismes d'action des toxiques (cyto et génotoxicité, génomique fonctionnel…). Elles seront validées par deux expériences ponctuelles chez la souris. L'équipe porteur du projet aura une activité centrale et fera l'exposition de ces cellules aux nanoobjets pour le consortium dans son intégralité, ce qui permettra à tous de travailler sur les mêmes échantillons avec des approches scientifiques et techniques diverses. Cyto, génotoxicité, accumulation et devenir cellulaire seront caractérisés par des techniques de biologie cellulaire et moléculaire et par microscopie électronique à transmission. Deux équipes partenaires pour les aspects toxicologiques soulignent également la complémentarité pour la caractérisation des dommages de l'ADN et la recherche de signatures toxicologiques, par des techniques de pointe que sont la chromatographie couplée à la spectrométrie de masse en mode tandem et la génomique fonctionnelle (puces à ADN). Les profils transcriptionnels caractéristiques des nanoobjets seront corrélés à des end-points pathophysiologiques grâce à l'utilisation d'algorithmes d'apprentissage. Les données générées permettront donc d'extraire des signatures transcriptionnelles prédictives de la toxicité et de découvrir de nouveaux biomarqueurs pour mesurer l'exposition aux nanoobjets, à des faibles doses ou des doses sub-toxiques. Parmi ceux-ci, les gènes impliqués dans le stress oxydant et les processus inflammatoires seront spécifiquement étudiés. Les résultats attendus sont : -une meilleure connaissance des conséquences biologiques de l'exposition cellulaire aux nanoobjets ; -une meilleure compréhension des mécanismes cellulaires et moléculaires d'interaction nanoobjets-cellules (in vitro) ; -l'identification des signatures toxicologiques pour plusieurs types cellulaires (poumon, foie, rein) et plusieurs classes de nanoobjets (nanotubes ; nanoparticules : oxydes, métaux, céramiques) ; -leur confirmation par deux séries d'expériences in vivo ; -leur comparaison et hiérarchisation par rapport aux signatures toxicologiques de référence (en particulier celles d'autres contaminants chimiques) ; -l'évaluation du risque sanitaire réel d'une exposition humaine aux nanoobjets.