Génotoxicité induite par les nanoparticules

Pour compléter cette étude de toxicité, nous avons étudié la génotoxicité potentielle de ces nanoparticules après 24 heures d’exposition, à l’aide du test des comètes. Il existe différentes façons de présenter les résultats de ce test, nous avons choisi de représenter les fractions de noyau de chaque catégorie de dommages : de 0 (pas de comètes, pas de génotoxicité) à IV (ADN presque entièrement dans la queue de la comète, génotoxicité importante). Les comètes correspondant à ces différentes catégories sont représentées figure 3.7. En parallèle, l’indice d’endommagement de l’ADN correspond à une représentation de l’ensemble des catégories de dommages, le nombre de comètes de chaque catégorie étant pondéré par le numéro de la catégorie. Pour savoir si les résultats correspondent à une réelle génotoxicité, nous avons fait deux témoins : l’un négatif où l’on analyse des cellules en culture dans des conditions normales, l’autre positif où les cellules sont exposées à un agent génotoxique (staurosporine) pendant 1 heure. Les résultats de ce test montrent que seules les particules Si-10 présentent une certaine génotoxicité comparée à celle des témoins, et ce uniquement à 0,6 mg/mL. En effet, qu’on regarde la répartition des comètes dans les différentes catégories ou l’indice

d’endommagement de l’ADN, la seule différence significative est observée pour Si-10. Cependant, la génotoxicité observée reste faible comparé à celle du témoin positif.

@KLMNO)<HB)/).eQYMQ\KTR)ZO)YQ)LdRT\T`KSK\d)ZOU)VQN\KSMYOU)ZO)UKYKSO)QVN_U)9A)^)Z6O`VTUK\KTR)VQN)YO)\OU\) ZOU) STP_\OUa) QG) NdVQN\K\KTR) ZOU) STP_\OU) ZQRU) YOU) ZKXXdNOR\OU) SQ\dLTNKOU) ZO) ZTPPQLOUa) [G) KRZKSO) Z6ORZTPPQLOPOR\)ZO)Y6,&")

Ces résultats sont compatibles avec les observations d’internalisation, ainsi qu’avec d’autres études portant sur la génotoxicité des nanoparticules de silice (Barnes 2008, Park 2011). Pour expliquer ces résultats, on peut suggérer que l’internalisation des nanoparticules Si-10 sous forme d’agrégats constitués de nombreuses particules peut perturber l’ultrastructure cellulaire et permettre l’accès au noyau. Une autre explication de la génotoxicité observée serait un effet indirect des nanoparticules sur l’ADN via la génération d’espèces réactives de l’oxygène – formées lors du stress oxydant induit par les particules (Akthar 2010, Liu 2010). D’autre part, Chen et al. ont montré que des particules de 40 et 70 nm de diamètre peuvent induire la formation d’agrégats de protéines nucléaires dans des cellules épithéliales humaines, qui vont perturber le fonctionnement des cellules en diminuant l’expression de certains gènes et la prolifération cellulaire (Chen 2005). Tout ceci montre que même si aucune particule n’est visible dans le noyau, l’internalisation peut entraîner des effets génotoxiques par des mécanismes indirects.

3.1.3 B

Après 24 heures d’exposition, il faut distinguer les effets des particules de 10 nm de diamètre de ceux des particules plus grandes. Les particules Si+200 et Si+60 sont internalisées dans des vésicules en nombre d’autant plus important que la taille diminue et d’autant plus rapidement qu’elles sont petites. Ce phénomène a déjà été observé dans d’autres lignées cellulaires (Jin 2008, Hu 2011, He 2010) pour des particules de taille et charge comparables. Cette internalisation induit une période de stress cellulaire, résorbé à 24 heures, et n’a aucun impact sur la viabilité cellulaire, l’intégrité de la membrane ou du noyau.

L’internalisation d’agrégats de particules se fait via un mécanisme d’endocytose active, majoritairement par voie clathrine, comme observé dans d’autres études portant sur l’internalisation de particules de silice de moins de 200 nm de diamètre (Zhang 2010, Drescher 2011). Les auteurs de ces études suggèrent que les agrégats au voisinage des cellules se dissocieraient avant que les particules soient internalisées individuellement. Au contraire, nos observations semblent montrer que les agrégats de particules sont perçus comme un seul objet par la membrane cellulaire et internalisés en l’état. Ce phénomène a été mis en évidence par Stayton et al. dans une étude à l’échelle cellulaire (Stayton 2009). En effet, en comparant l’internalisation de nanoparticules de 13 nm mise en présence de cellules directement ou après 12 heures passées dans le milieu pour atteindre l’équilibre d’agrégation, ils n’observent aucune différence significative dans les courbes d’internalisation. Ceci suggère bien que les cellules sont capables d’internaliser des agrégats de particules, pour peu que ces derniers ne soient pas trop gros.

Cependant l’évolution de ces agrégats dans les cellules dépend des caractéristiques des nanoparticules. En effet, lorsqu’on compare les effets des particules Si+10 et Si-10, on a vu que l’aspect des agrégats internalisés diffère grandement : des agrégats larges et compacts pour Si-10 et des agrégats plus dispersés et répartis dans le cytosol pour Si+10. La différence de charge de surface pourrait expliquer ces résultats. Lorsque les particules se retrouvent piégées dans les vésicules à pH acide, les particules Si+10 seraient plus stabilisées tandis que les particules Si-10 verraient leur charge de surface diminuer, ce qui les déstabiliserait, rendant la formation d’agrégats compacts favorable.

Ce phénomène d’agrégation importante et non contrôlée pourrait être à l’origine des dommages observés et expliquer la différence de toxicité entre les particules de même taille mais de charge de surface différente, pour une concentration de 0,6 mg/mL. En effet, dans

toutes les conditions étudiées, les particules négatives Si-10 apparaissent plus toxiques que les particules positives Si+10 : mortalité cellulaire plus élevée et génotoxicité.

Enfin, il est intéressant de noter que ces dommages sont liés à l’internalisation des particules puisqu’en présence d’inhibiteurs d’internalisation, les cellules ne subissent pas ces mêmes effets. Par ailleurs, d’autres études ont montré que seules des particules de diamètre suffisamment petit (<20 nm) endommagent la membrane (Yu 2009), ce qui semble en accord avec nos observations.