Mécanismes d’internalisation et de toxicité des nanoparticules d’oxyde de titane dans des organismes multicellulaires eucaryotes – TITANIUMS

Les particules ultrafines (pollutions atmosphériques, toners, pigments) sont de plus en plus présentes dans l'environnement et augmentent les risques d'exposition interne par ingestion, inhalation et par pénétration trans-cutanée. Ces particules ultrafines généralement micronisées et souvent sous la forme de nanoparticules d’oxydes métalliques (dioxyde de titane, TiO2) entrent dans la composition de nombreux produits domestiques et dermo-cosmétiques Ces produits sont employés quotidiennement, l'exposition est donc permanente.
Les nanoparticules manufacturées représentent cependant un enjeu technologique et économique majeur pour la société. Elles permettent des innovations majeures dans de nombreux domaines : santé, énergie, information, transports, sécurité… Leur développement très rapide, l’absence de dispositifs réglementaires spécifiques et les inconnues concernant leur toxicité pour l’Homme provoquent de nombreuses réactions d'inquiétude devant des risques qui semblent nouveaux, et très mal définis. Ainsi depuis 2004, de nombreuses autorités administratives et sociétés scientifiques appellent à la prudence et éditent des principes de précautions face à l’emploi et à la manipulation des nanoparticules. Ces administrations soulignent également que les nanomatériaux présentent un risque potentiel pour les travailleurs exposés, préconisent la mise en place de systèmes de confinement dans les industries et incitent aux développements de recherche afin de définir précisément les mécanismes de toxicité induits par ce nouveau type de contaminants (pour l’homme et son environnement).

Dans ce sens, et étant donné notre expertise dans le domaine de la micro et nano-analyse par faisceau d’ions, nous avons développé ce programme de recherche interdisciplinaire (physique, chimie, biologie) afin de détecter, de suivre et de déterminer les conséquences biologiques induites par des nanoparticules de TiO2 au sein de systèmes biologiques mono-cellulaire (cellules humaines) et multi-cellulaire (C. elegans). Pour ce faire, nous combinons l’expertise : (i) d’un groupe de chimistes (ICMCB) afin de synthétiser et caractériser des nanoparticules de TiO2 dont les propriétés physico-chimiques seront contrôlées (taille, forme, structure, réactivité) et modifiées chimiquement afin de les suivre in situ à l’échelle cellulaire et sub-cellulaire ; (ii) d’un groupe de physiciens et de biologistes (CENBG) dont l’expertise repose sur le développement et l’utilisation de nanofaisceaux d’ions afin de définir quantitativement la composition chimique élémentaires d’organisme biologique ; (iii) d’un groupe de biologistes (IECB) afin d’étudier les effets des nanoparticules sur un organisme multicellulaire complexe comme C. elegans.

L’alliance de ces différentes expertise et notamment la combinaison de différentes techniques d’analyses et d’imagerie, associé aux techniques de synthèse et de modifications chimiques des nanoparticules de TiO2 et appliquées à des modèles biologiques originaux permet d’envisager une description détailler des mécansimes moléculaires et cellulaires induits par les nanoparticules de TiO2. Ainsi, il nous sera possible de déterminer en fonction des propriétés physico-chimiques des nanoparticules, les mécanismes qui définissent (i) leur bio-distribution à l’échelle cellulaire et multi-cellulaire, (ii) leurs sites de bio-accumulation , (iii) leur bio-persistence et donc en définitive les conséquences biologiques associées.
Ces études permettront donc d’appréhender les mécanismes moléculaires et cellulaires de toxicité induites par les nanoparticules dans des modèles cellulaires humains et dans un modèle de référence en écotoxicologie (C. elegans). L’étroite relation entre chimistes, physiciens et biologistes permettra de préciser les déterminants physico-chimiques associés à la nanotoxicité et donc d’ouvrir des perspectives quant aux développements des nanoparticules bio-compatibles et respectueuses de l’environnement.