CE34 - Contaminants, écosystèmes et santé

Nanoparticules métalliques polluantes dans le lait: transfert de la mère au petit et rôle des vésicules extracellulaires – NanoMilk

Contamination du lait par des nanoparticules métalliques

Les nanoparticules métalliques sont massivement libérées dans l'air, l'eau et les sols. Compte tenu de leur toxicité supposée, il est crucial d'évaluer leur présence dans les organismes vivants dans les écosystèmes contaminés par ces nanomatériaux et de caractériser les mécanismes cellulaires et moléculaires associés ainsi que l’impact de l’exposition sur l’ensemble du continuum mère-lait-petit.

Evaluation de l'existence d'une contamination du lait par des nanoparticules métalliques, rôle des vésicules extracellulaires mammaires, impact sur le continuum mère-petit

Les nanoparticules métalliques sont utilisées dans tous les secteurs industriels. Les NP de dioxyde de titane et d'oxyde de fer sont parmi les plus fabriquées. Leur large spectre d'applications s'étend des produits de la vie quotidienne tels que le dentifrice, les aliments, les médicaments et les peintures à l'agriculture où elles sont utilisées comme pesticides ou engrais. Malgré les nombreuses études révélant leur relargage dans l'air, l'eau et les sols ainsi que leur toxicité supposée, il existe à ce jour très peu d'analyse de la contamination réelle des organismes vivants dans les écosystèmes pollués. Des études expérimentales chez des rongeurs en lactation exposés à certaines NPs ont suggéré le passage de NPs dans le lait et leur transfert aux petits, avec un impact potentiel sur leur développement et survie. Dans ce contexte, le projet NanoMilk évalue l'existence d'une contamination réelle des mammifères élevés pour leur lait, leur transfert de la mère au petits par le lait et les mécanismes sous-jacents dans la sécrétion de la glande mammaire en nous concentrant sur le rôle des vésicules extracellulaires (VE) qui sont des transporteurs bien connus de molécules bioactives qui pourraient également transporter des polluants. Dans un modèle in vivo, nous analyserons la biodistribution des NP dans le continuum mère-enfant et leur impact sur la composition des VE du lait et la santé animale.

Des approches de pointes telles que la spectrométrie par fluorescence X (XRF) et la spectroscopie de structure près du front d'absorption de rayons X (XANES) menées à l'accélérateur de particules SOLEIL sont combinées à de spectroscopie RAMAN et à la spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS), pour identifier et caractériser la présence de NP dans le lait de mammifères collectés dans des régions plus ou moins exposées à des sources connues de pollution. In vitro, NanoMilk emploie des approches de biophysique et de biologie cellulaire pour étudier les mécanismes permettant la sécrétion de NP dans le lait et en particulier le rôle des vésicules extracellulaires (VE), structures connues pour leur rôle de vecteur de molécules bioactives. A cette fin, nous utiliserons des approches de pointe pour purifier les VE mammaires et du lait notamment par fractionnement d'écoulement de champ par écoulement asymétrique (AF4) combinées à une approche de coculture cellulaire. La détection de NP se fera par imagerie Raman et microscopie confocale à fluorescence couplée à de la réflectance. Le mécanisme de sécrétion sera analysé par invalidation de l’expression de gènes d’intérêt et l'impact des NP sera analysé sur l'expression du génome entier des cellules receveuses. Enfin, in vivo NanoMilk étudierons le transport des NP dans l'ensemble du continuum mère-petit. La biodistribution des NP sera analysée dans les tissus de la mère et de la progéniture, ainsi que dans les échantillons de lait collectés à différents moments de la lactation. En plus de surveiller l'effet des NP sur la croissance et la survie de la progéniture, nous analyserons également leur effet les VE.

Par analyse XRF et XANES au synchrotron SOLEIL, plusieurs éléments métalliques ont été détectés dans des échantillons de lait provenant de différentes régions et de différentes espèces. Nos résultats montrent que ces éléments sont des oxydes métalliques, accumulés sous forme de microaggrégats en partie de taille nanométrique. Pour évaluer le rôle des VE du lait comme vecteurs de NP, nous avons réalisé des mises au point à partir de VE produite par des cellules modèles exprimant des marqueurs de VEs fluorescents après exposition des cellules à des NP. Nous avons mis au point la microscopie confocale à réflectance/fluorescence et la spectroscopie Raman et montré la présence de ces NP dans les VE. En adaptant notre approche de coculture, un cotransfert des VE et d’un signal de reflectance a été detecté entre les cellules. In vivo, des lapines allaitantes ont été exposées par voie orale de façon chronique à des faibles doses de NP. Le lait et les VE du lait ont été prélevés aux jours 2, 5, 9 et 19 et la biodistribution des NP est évaluée dans le lait et le continuum mère-petit ainsi que l’impact de l’exposition sur la santé animale.

Du terrain, à l'in vitro et à l'in vivo, NanoMilk évalue et caractérise la présence de polluants de type NP dans le lait et leur transfert de la mère à la descendance, fournissant des informations cruciales sur leur impact en santé animale ainsi que sur les mécanismes cellulaires et moléculaires fondamentaux qui sous-tendent leur sécrétion par les cellules mammaires et le rôle des VE dans ce processus. NanoMilk pourrait fournir de nouvelles bases pour l'utilisation des nanoparticules dans l'industrie et en particulier dans les produits auxquels sont exposés les femmes allaitantes, voire des recommandations concernant l'allaitement dans des zones exposées.

La contamination par des nanoparticules métalliques (NPs) des écosystèmes est en constante augmentation. Fabriquées pour leurs propriétés industrielles d’agents anti-UVs, antibactériens, dépolluants, colorants, engrais ou pesticides, les NPs sont relarguées en masse dans l’air, les eaux et les sols. Avec les NPs d'oxyde de fer (Fe2O3), les NPs de dioxyde de titane (TiO2) sont parmi les plus fabriquées. Une littérature très émergente suggère l’existence d’une contamination chez l'homme par les NPs de TiO2 dans les tissus placentaires, les selles des nouveaux-nés, le sang et des tissus de tumeurs du côlon. Concernant les animaux, l’existence d’une contamination réelle n’est pas connue mais de rares études sur des rongeurs en lactation exposés à certaines NPs ont suggéré le passage de NPs dans le lait et chez les petits dont le développement et la survie ont été affectés.

Dans ce contexte, NANOMILK propose d'évaluer l'existence d'une contamination réelle par les NPs dans le lait animal en utilisant une combinaison d'approches biophysiques de pointe (WP1). Le contenu en NPs de laits collectés dans des fermes urbaines dont une pollution par des métaux lourds dans les sols et les légumes est connue sera comparé à celui de laits issus de fermes arctiques non polluées en Norvège.

Afin de décrypter les mécanismes permettant le passage de NPs dans le lait (WP2), nous étudierons la sécrétion de NPs à partir de lignées de cellules mammaires et en particulier le rôle des vésicules extracellulaires (VEs). Les VEs sont des structures impliquées dans la communication intercellulaire et dans des processus physio-pathologiques tels que la réponse immunitaire ou le cancer. En 2007, des VEs ont été détectées dans le lait. Sécrétés par les cellules mammaires, elles transporteraient des informations à la descendance et influenceraient son immunité et son développement. Les partenaires de ce projet ont démontré précédemment que des NPs de Fe2O3 et de TiO2 étaient transférées entre des cellules non-mammaires via un processus impliquant des VEs. Afin d’évaluer le rôle des VEs mammaires dans le transport de NPs, nous étudierons le contenu en métaux des VEs provenant de cellules mammaires exposées aux NPs. Nous réaliserons des tests de transfert, indirects ou directs en co-culture, couplés à de l’invalidation de gènes impliqués dans la communication intercellulaire. Par ailleurs, l'impact des NPs transférées aux cellules réceptrices sera évalué sur leurs profils d'expression du génome entier par puces à ADN.
Enfin, nous étudierons in vivo le transport des NPs dans l'ensemble du continuum mère-petit (WP3). Après une étude d'escalade de dose, nous analyserons le comportement de NPs administrées par l'eau potable chez des lapines en lactation. La biodistribution des NPs sera analysée dans les tissus de la mère et de la progéniture, ainsi que dans les échantillons de lait collectés à différents moments de la lactation. En plus d'apprécier l'effet des NPs sur la croissance et la survie de la progéniture, nous analyserons également leur effet sur le protéome des VEs afin d'évaluer un effet potentiel sur la biogenèse, l'origine et l'abondance des VEs.
Du terrain, à l'in vitro et à l'in vivo, NANOMILK évaluera et caractérisera la propagation des NPs de la mère aux petits. Une contamination dans des échantillons de lait provenant de fermes urbaines, influencerait la tendance à produire localement lorsque le lieu est pollué. Les résultats de NANOMILK apporteront des connaissances majeures sur la communication mère-petit par le lait, sur les VEs du lait, et sur la façon dont elles peuvent être utilisées par des polluants. NANOMILK pourrait ainsi fournir de nouvelles bases pour l'utilisation des nanoparticules, pour l'industrie laitière, pour la nanoagriculture mais également pour l'allaitement dans les zones polluées.

Coordination du projet

Anne Burtey (Génétique Animale et Biologie Intégrative)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

UiB University of Bergen / Department of Clinical Dentistry
SayFood Paris-Saclay Food and Bioproduct Engineering Research Unit
GABI Génétique Animale et Biologie Intégrative
MSC Laboratoire Matière et Systèmes Complexes

Aide de l'ANR 493 347 euros
Début et durée du projet scientifique : décembre 2021 - 42 Mois

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