Toxicité pour l'homme de micro- et nanoplastiques ingérés, en combinaison avec des polluants environnementaux métalliques – PLASTOX

En utilisant une approche combinant des études in vitro et in vivo, PLASTOX consiste à caractériser les transformations physico-chimiques des MNPLs lorsqu’elles sont soumises à des conditions environnementales (illumination UV, températures de 25-50°C) et à suivre l’interaction de MNPLs modèles avec des polluants environnementaux métalliques, tels que le cuivre, le nickel, le chrome et le mercure. Par la suite, les effets toxiques des MNPLs d’origine ou après ces vieillissements en conditions climatiques, seules ou en combinaison avec les métaux toxiques, sont évalués sur des modèles d’épithélium intestinal et des modèles immunitaires humains et murins, in vitro et in vivo. Enfin, les mécanismes d’action de ces combinaisons de toxiques sont explorés en vue d’imaginer des solutions de réduction de leurs effets, dans une approche de type safer-by-design.

Les premiers travaux se sont portés sur des MNPLs de polystyrène (PS), de polyethylene terephtalate (PET), d’acide polylactique (PLA) et de polycaprolactone (PCL), dont le devenir en conditions environnementales et les effets ont été étudiés sans que soit ajouté un co-contaminant métallique. La dégradation des particules de PLA et de PCL lors de leur vieillissement accéléré en enceinte climatique a été démontré, ce qui était attendu car ces particules sont connues pour être biodégradables. Ceci a permis de mettre au point une méthode d’analyse par HPLC-MS/MS des produits de dégradation de ces plastiques. Il a également été démontré que des oligomères de PET étaient générés, alors qu’aucune libération d’oligomères de PS n’a été observée. Des modifications de forme des particules ont également été observées. Une exposition unique de rongeurs adultes à des particules de PS affecte la perméabilité intestinale et l’expression génique de certains marqueurs de la santé intestinale. En revanche, in vitro, très peu d’effets sont observés sur des modèles d’épithélia intestinaux humains représentatifs à la fois de patients sains et de patients atteints de la maladie de Crohn. Sur un modèle de macrophages, les particules de plastique s’accumulent dans les cellules, mais ne causent pas de perturbation majeure à des doses d’exposition réalistes. A plus forte dose, la perturbation de certaines voies métaboliques a été observée dans une expérience de protéomique.

Actuellement les recherches se portent sur la caractérisation de l'interaction des ions cuivre et nickel avec la surface des MNPLs de PS, PET, PLA et PCL, d'origine ou vieillies en conditions environnementales. Les effets de la co-exposition MNPLs avec un de ces métaux sera ensuite explorée sur les modèles in vitro et in vivo du projet, en portant une attention particulière sur l'impact qu'ils pourraient avoir sur la fonction de barrière intestinale et sur la santé digestive de la descendance des animaux exposés.

Deux articles scientifiques ont été soumis. Pas de brevet déposé.

En raison de leurs propriétés attractives et de leur faible coût, les plastiques sont très utilisés dans les produits de la vie courante. L'une de leurs propriétés les plus intéressantes est leur faible dégradabilité, propriété qui devient un inconvénient en fin de vie des plastiques, lorsqu’ils sont mis en décharge ou accidentellement libérés dans l'environnement. Ceci conduit à une accumulation substantielle de déchets plastiques qui subsistent durant de longues périodes dans tous les compartiments des écosystèmes, dans lesquels ils se fragmentent progressivement en micro et nanoparticules de plastique (MNPL). Lorsqu'elles sont exposées aux conditions environnementales, notamment aux rayons UV, aux températures élevées et aux contraintes mécaniques, biologiques et chimiques, les propriétés physico-chimiques des MNPL évoluent et leur réactivité de surface peut augmenter. En raison de leur grande surface spécifique, les MNPL adsorbent des polluants environnementaux à leur surface, qui contribue à leur toxicité. Parmi ceux-ci figurent les métaux, qui rencontrent les MNPL pendant leur séjour dans les sols et les eaux de surface. La toxicité pour l'homme de cette combinaison MNPL/métal a été peu étudiée jusqu'à présent, surtout dans des conditions environnementales réalistes qui conduisent à l’altération de la surface des MNPLs et peuvent augmenter leur potentiel d'adsorption des métaux. L'exposition humaine à ces combinaisons de MNPLs et de métaux se produit principalement par l'inhalation d'air pollué et l'ingestion d'aliments contaminés, en particulier les fruits de mer. Cela conduit à une exposition intestinale et à de potentiels effets toxiques sur les cellules épithéliales intestinales et le système immunitaire.
L'objectif de PLASTOX est de mieux comprendre la toxicité pour l'homme des MNPL, qu'ils soient nus ou contaminés par des métaux. Le chrome (Cr), le nickel (Ni), le cuivre (Cu) et le méthylmercure (MeHg) ont été choisis comme modèles d’ions métalliques toxiques, car ce sont des contaminants omniprésents dans l’environnement qui posent des problèmes en termes de sécurité alimentaire. PLASTOX se concentrera sur trois MNPL contribuant considérablement à la contamination de la chaîne alimentaire, qui sont les MNPL libérés à partir du polyéthylène, du polystyrène et du polytétrafluoroéthylène, qui sont parmi les plastiques les plus produits dans le monde. Notre partenaire industriel, dans le but de s'assurer que les articles testés sont des produits réels, fournira certains de ces plastiques. Les MNPLs seront vieillies en enceinte climatique reproduisant des conditions environnementales réalistes, via l'utilisation de normes ISO visant à étudier le vieillissement des matières plastiques, puis seront digérées en utilisant un modèle de digestion humaine, in vitro. Les cinétiques de sorption/désorption des métaux sur les MNPLs vierges et vieillis seront caractérisées. Les effets toxiques de ces combinaisons plastique/métal seront ensuite évalués sur des modèles in vitro et in vivo représentatifs de l’intestin et du système immunitaire humain, en utilisant une combinaison d’approches ciblées et de protéomique visant à étudier à la fois leurs effets cellulaires et les mécanismes sous-jacents.
PLASTOX permettra de mieux comprendre l'interaction entre les particules de plastique et les métaux dans des conditions environnementales réalistes, et d'analyser en profondeur leurs effets toxique par ingestion. Il fournira des informations précieuses pour une meilleure évaluation des risques liés à l’exposition aux MNPL.