Effets des particules sur le stress oxydant et l’inflammation

L’induction d’un stress oxydant et le développement d’une réponse inflammatoire sont les mécanismes les plus largement décrits dans la littérature, après exposition in vitro et in

171 observés à la suite d’une exposition aux NP, nous avons commencé à évaluer et à caractériser ces réponses.

Nous avons en premier lieu vérifié que nos particules n’étaient pas contaminées par des endotoxines. En effet, une contamination par des endotoxines peut survenir pendant les étapes de fabrication des NP et celles-ci peuvent induire des effets toxiques qui pourraient être interprétés comme une réponse aux NP (Smulders et al. 2012). Dans notre étude, nous n’avons détecté aucune contamination avec des endotoxines de nos particules. De plus, nous avons également évalué la production de ROS per se par les particules. En effet, il est désormais connu que certaines NP peuvent générer par elles-mêmes des ROS, en dehors de tout contexte cellulaire (Crouzier et al. 2010; Nymark et al. 2014). Cette production de ROS pouvant jouer un rôle dans leur réponse pathogénique, et notamment dans l’induction d’un stress oxydant, il est important de l’évaluer. Les nanotubes de carbone S-CNT, L-CNT et LF-CNT sont les particules produisant le plus de ROS en conditions acellulaires alors que SF-CNT, FW2 et Rut n’en produisent pas. Il semble donc que la capacité des particules à générer des ROS dépende du type de particule.

Concernant la réponse oxydante des NP dans les macrophages, nous avons montré une plus forte induction de l’expression de HO-1 par les CNT que par les autres particules. D’une manière générale, il semble que les CNT interagissent plus avec le système anti-oxydant que FW2, Micro et les NP de TiO₂. En effet, ces dernières n’induisent pas d’augmentation d’expression génique d’HO-1, SOD-1 et SOD-2 mais induisent une légère augmentation de l’expression de la protéine HO-1 ; les CNT induisent au contraire une forte augmentation d’HO-1 et de SOD-2, enzymes dont la transcription est induite en réponse à un stress oxydant. Nous avons observé des résultats similaires concernant la réponse inflammatoire. En effet, les CNT induisent une augmentation de l’expression génique de plusieurs cytokines (TNF-α, IL-1β, IL-6, MCP-1) plus élevée que les autres particules. Cette plus forte augmentation après exposition aux CNT est également retrouvée au niveau protéique (TNF- α et MIP-2). Nous avons observé plusieurs niveaux de réponses oxydantes et inflammatoires à l’intérieur de chaque groupe de particules utilisées (CNT vs particules sphériques). En effet, nous avons noté des différences concernant les CNT, SF-CNT étant le moins réactif des CNT. Concernant les particules sphériques, les NP de TiO2 induisent une réponse inflammatoire plus importante que FW2 ou Micro. De plus le greffage de NP d’or sur P25 conduit à une réponse inflammatoire moins importante que celle observée après exposition à la NP P25 nue.

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Les données de la littérature fournissent de multiples preuves de l’influence des caractéristiques physico-chimiques des NP sur les réponses oxydantes et inflammatoires. Ainsi, et de façon cohérente avec ce que nous avons montré, de nombreuses études font état d’une induction d’une inflammation sévère au niveau pulmonaire après exposition à des MWCNT, ce fait s’expliquant probablement par leur forme (Ma-Hock et al. 2013; Ma-Hock et al. 2009; Porter et al. 2013). En effet, une de ces études a montré que des MWCNT induisaient une réponse inflammatoire beaucoup plus importante un jour après exposition pulmonaire chez la souris qu’une masse égale de NP de noir de carbone sphérique. Dans notre étude, les MWCNT sont les plus réactifs, et plus notamment plus réactif que FW2, particule également carbonnée mais de forme sphérique. Cela suggére que la forme intervient en premier plan dans l’induction des réponses oxydantes et inflammatoires. Il serait intéressant, pour confirmer ce résultat, d’évaluer également l’effet de nanotubes de TiO2.La longueur et/ou la fonctionnalisation des MWCNT semblent également intervenir dans les réponses des macrophages aux CNT. En effet, nous avons observé que SF-CNT induisait des réponses inflammatoires et oxydantes moins importantes que les autres CNT. Plusieurs études comparant des MWCNT de différentes longueurs n’ont pas montré d’influence majeure de la longueur sur la production de cytokines inflammatoires et/ou de ROS (Thurnherr et al. 2011; van Berlo et al. 2014). Cependant, une étude parue en 2012 a montré que des MWCNT courts (4,8 µm) et oxydés entrainaient une réponse oxydante et inflammatoire plus importante que des MWCNT plus longs (9,5 µm) et purifiés (Bussy et al. 2012). Nos résultats suggèrent une influence de composition chimique et de la taille dans les réponses observées suite à l’exposition aux NP, FW2 et Micro induisant des réponses moins importantes que les NP de TiO2. L’influence de la taille dans la toxicité des NP a été démontrée de nombreuses fois dans la littérature, quel que soit le type de NP utilisée (Braakhuis et al. 2014; Shi et al. 2013). De plus, une revue analysant une grande partie des études toxicologiques, in vitro et in vivo, conduites sur différents types de NP a montré que les NP de TiO2 étaient plus toxiques (induisant notamment une inflammation) que les NP de noir de carbone sphériques (Landsiedel et al. 2010a). De façon cohérente avec les résultats obtenus dans notre étude, cette étude comparative conclut sur le degré de toxicité de différentes NP en montrant que les MWCNT induisent plus d’effets que les NP de TiO2, qui elles induisent plus d’effets que les NP de noir de carbone. Nous avons observé que l’ajout de NP d’or à la surface de NP de TiO2 pouvait influer sur leurs effets biologiques. Dans notre étude, cette modification semble diminuer la réponse inflammatoire. Dans la littérature, il a également été montré un effet des modifications de la surface des NP sur leur toxicité, cependant celui-ci dépend fortement du

173 type de modification effectuée à la surface de la NP (Braakhuis et al. 2014; Shvedova et al. 2010).

L’ensemble de ces résultats suggère un effet prépondérant de la forme (CNT vs particules sphériques) sur les réponses oxydantes et inflammatoires. De plus, la composition chimique, la taille et la chimie de surface semblent également jouer un rôle, de second plan toutefois, dans l’induction de ces réponses.