Type de document
Rapports de recherche scientifique
Année de publication
2017
Date de mise à jour
November 2017
Langue
Français
Résumé
L’économie du Canada, comme celle de bien d’autres pays industrialisés, bénéficie du développement des nanotechnologies dont le fort potentiel peut être exploité dans plusieurs secteurs industriels. Un nombre croissant d’entreprises québécoises de production de nanoparticules (NP) est d’ailleurs déjà implanté et tout porte à croire que d’autres emboîteront le pas dans les années à venir. Ce faisant, non seulement le nombre de travailleurs œuvrant dans la fabrication et la synthèse des NP augmentera sensiblement, mais également le nombre de ceux qui seront appelés à en manipuler et à en transformer dans les domaines des nanotechnologies en général. Une des conséquences de cette situation est l’augmentation du nombre de personnes potentiellement exposées aux NP. Dans la littérature scientifique, de nombreux travaux rapportent des effets inflammatoires causés par l’inhalation de NP; le système respiratoire étant l’une des voies d’exposition aux NP les plus probables. En effet, il a été démontré, par exemple, que des NP comme les oxydes de zinc (ZnO) et de cuivre induisent un recrutement de cellules immunitaires de types éosinophiles (ÉO) dans les poumons des rongeurs. Ces cellules sont bien connues pour causer divers désordres et maladies pulmonaires comme l’asthme. Malgré ce fait, aucune donnée relative aux interactions entre les NP et les ÉO humains n’était disponible avant la réalisation du présent projet. De ce fait, le mode d’action des NP sur la biologie des ÉO était inconnu. En plus des voies respiratoires, les personnes peuvent être exposées par contact cutané et même par ingestion; les NP pouvant ainsi se frayer un chemin par la circulation sanguine ou à travers les divers tissus.
Devant ces faits, l’hypothèse voulant que les NP puissent altérer la biologie des ÉO humains a été émise et le comblement de cette lacune a été retenu comme principal objectif du présent projet. Pour élargir le champ des connaissances et mieux comprendre le mode d’action des NP, des ÉO de donneurs sains et consentants ont été fraîchement isolés puis exposés à une NP donnée afin d’évaluer les capacités modulatoires de plusieurs fonctions, toutes reliées au processus inflammatoire. Parmi ces fonctions, la capacité des NP à affecter la production de dérivés réactifs de l’oxygène (ROS), le chimiotactisme, l’adhérence, l’apoptose et la production de certaines cytokines par les ÉO.
En utilisant une approche expérimentale, il a été possible de dresser un tableau démontrant les effets différentiels des NP sur la biologie des ÉO humains. Ainsi, par exemple, les NP de dioxyde de cérium (CeO2) sont celles qui induisent le plus fortement la production de ROS alors qu’elles ne modulent pas l’apoptose. Ajoutons que les NP de dioxyde de titane (TiO2) sont celles qui augmentent le plus la capacité des ÉO à adhérer à un substrat cellulaire alors qu’elles n’ont pas ou peu d’effets sur la production de ROS et sur l’apoptose.
L’ensemble des résultats démontre clairement qu’il est difficile de classifier les NP strictement selon leur potentiel à modifier l’une ou l’autre des fonctions étudiées. Il est préférable de présenter un tableau plus nuancé dans lequel les effets provoqués par une NP donnée sur la biologie des ÉO humains in vitro doivent être pris en considération pour en éclaircir le mode d’action. Les effets des NP sont donc extrêmement variés et la présente étude vise à démontrer qu’elles n’agissent pas toutes de la même façon. Les retombées de ce projet effectué avec des cellules isolées d’individus sains sont multiples. Les résultats permettront, par la suite, de justifier l’utilisation de cellules de travailleurs potentiellement exposés aux NP, incluant les chercheurs, les étudiants et le personnel technique, afin d’étudier les fonctions des ÉO qui pourraient avoir des réponses fonctionnelles disproportionnées ou, à l’inverse, très faibles. Les résultats et les observations de cette étude, combinés à ceux qui seront décrits par d’autres équipes étudiant différentes facettes de la toxicité des NP, permettront d’aider à la prise de certaines décisions sur le plan de la gestion des risques liés à une exposition des travailleurs aux nanoparticules.
Abstract
Canada’s economy, like that of many other industrialized countries, is benefitting from the development of nanotechnologies, with their rich potential that can be put to work in many different industries. A growing number of Québec companies are already producing nanoparticles (NPs) and there is good reason to believe that others will follow in their footsteps in the years ahead. As a result, not only will the number of workers employed in the manufacture and synthesis of NPs grow substantially, so will the number of worker who will have to handle and process them in nanotechnologies in general. One consequence of this situation is an increase in the number of people who may be exposed to NPs. The scientific literature includes numerous studies reporting inflammatory effects caused by inhaling NPs, with the respiratory system being the most probable NP exposure pathway. It has been demonstrated, for example, that NPs such as zine oxides (ZnO) and copper induce recruitment of eosinophil immune cells (EOs) in the lungs of rodents. Such cells are well known to cause a variety of lung disorders and diseases, including asthma. Despite this, there were no data on interactions between NPs and human EOs available before this project was undertaken. In other words, the mode of action of NPs on EO biology was unknown. Furthermore, people can be exposed to NPs not only through airways but also through the skin and even by ingestion, allowing NPs to make their way through the bloodstream or other tissue.
Given the above, it was hypothesized that NPs could alter the biology of human EOs, and this study was undertaken with the primary goal of filling in the knowledge gap. To expand the field of knowledge and get a better understanding of the mode of action of NPs, EOs from consenting healthy donors were freshly isolated and then exposed to a given NP to assess the modulatory capacities of several functions related to the inflammatory process, including the capacity of NPs to affect production of reactive oxygen species (ROS), chemotaxis, adhesion, apoptosis and production of certain cytokines by EOs.
Using an experimental approach, it was possible to demonstrate the differential effects of NPs on the biology of human EOs. For example, cerium dioxide (CeO2) NPs cause the biggest increase in ROS production but do not affect apoptosis, and titanium dioxide (TiO2) NPs cause the greatest increase in EO adhesion to cell substrates but have little or no effect on ROS production or apoptosis.
The results clearly demonstrate that it is difficult to classify NPs solely on the basis of their potential to modify any one of the functions studied. It is best to provide a more nuanced picture showing the effects provoked by a given NP on the biology of in vitro human EO that must be considered to understand its mode of action. In other words, the effects of NPs are extremely varied and the aim of this study is to demonstrate that they do not all act in the same way.
The impacts of this research project involving isolated healthy cells are many. The results show that it is worthwhile to use the cells of workers who have may have been exposed to NPs (including researchers, students and technical staff) to study EO functions that could have disproportionate functional responses or, conversely, little response. The results and observations of this study, together with those that will be described by other teams studying different facets of NP toxicity, will help in making certain decisions regarding the management of risks related to occupational exposure to nanoparticles.
Mots-clés
Nanoparticule, Nanoparticle, Effet biologique, Biological effect, Évaluation de la toxicité, Toxicity evaluation, Dioxyde de titane, Titanium dioxide, CAS 13463677, Oxyde de zinc, Zinc oxide, CAS 1314132, Dioxyde de cérium, Cerium dioxide, CAS 1306383, Affection respiratoire, Respiratory disease, Québec
Numéro de projet IRSST
2012-0053
Numéro de publication IRSST
R-990
Citation recommandée
Girard, D. et Marion-Murphy, M. (2017). Activation des éosinophiles humains par des nanoparticules (Rapport n° R-990). IRSST.