Voies d’exposition et principaux effets

première, mais aussi lors de leurs assemblages (dans les écrans par exemple). Ils peuvent également être exposés aux QDs ou à leur produits de dégradation en manipulant les produits en fin de vie, lors du traitement en décharge [16], [18].

Les consommateurs représentent une deuxième population à risque. Ils peuvent être exposés lors de l’utilisation des produits. En effet, les produits comme les écrans de tablettes et smartphones, où sont inclus les QDs, sont en permanence manipulés par le consommateur qui peut potentiellement rentrer en contact avec ces derniers si les écrans se fissurent ou se cassent. De plus, les effets du vieillissement de ces composés sous les irradiations du soleil sont méconnus mais peuvent entrainer leur dégradation ainsi que la libération d’éléments toxiques. Cette population inclut également les patients dans le cas de futures applications biomédicales des QDs en imagerie et thérapies ciblées.

Plus généralement, l’ensemble de la population peut être exposée via l’environnement. Le risque est double, puisque l’exposition peut se faire d’une part par le relargage des QDs eux même ou par l’exposition à leurs produits de dégradation, car il a été démontré qu’en vieillissant, les QDs se dissolvent et libèrent des éléments toxiques [32]. Cela laisse penser que, lors du stockage des produits en fin de vie dans les décharges, ces éléments toxiques vont pouvoir être libérés dans l’environnement (écrans cassés, exposés au soleil, vent…). Ils peuvent alors être lixiviés par les eaux de pluies et se retrouver dans l’eau et le sol puis dans la chaine alimentaire. Une autre source de contamination peut provenir de l’élimination par le corps des QDs injectés en imagerie qui se retrouvent alors dans les eaux usées. Le traitement en station d’épuration n’ayant pas été conçu pour ce type de composés nanométriques, des éléments peuvent passer la barrière des filtres et retourner dans l’eau de consommation ou se retrouver dans le sol via les boues d’épandage [18].

4.1.2. Voies d’exposition et principaux effets

Les QDs se présentent généralement sous forme de suspensions colloïdales, ils sont synthétisés en phase liquide. Il est donc peu probable de les retrouver dans l’air. De ce fait, la voie d’exposition par inhalation n’est pas la plus pertinente à étudier. Ainsi, quelques études démontrent que les QDs de Cd, par administration intratrachéale chez des souris (CdSe) et par inhalation chez des rats (CdS/Cd(OH)2), induisent une réaction inflammatoire locale des poumons avec un recrutement de lymphocytes co-localisés avec les QDs chez les souris [37]. Néanmoins, chez les rats, l’inflammation régresse après trois semaines de récupération [38]. Aucune dégradation des QDs n’est observée chez les souris et aucune preuve formelle de la translocation à travers la barrière pulmonaire n’est mise en évidence [37]. Ces études montrent

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une toxicité localisée des QDs au niveau pulmonaire mais ne suggèrent pas d’effets systémiques.

Parmi les autres voies d’exposition, la voie par ingestion est envisageable par un contact main-bouche. Les travailleurs et les consommateurs pourraient être concernés par ce type d’exposition lors de la manipulation des QDs au cours de leur fabrication ou lors du contact avec des écrans brisés. Cependant, cette voie reste accidentelle. Par ailleurs, la population générale pourrait également être exposée par ingestion dans le cas où les QDs seraient transférés via l’environnement dans l’eau de boisson et dans l’alimentation. Pour ce type d’étude, il serait nécessaire de connaitre la biodisponibilité des QDs dans l’eau et dans le sol, c’est-à-dire la fraction de QDs qui peut être absorbée par les organismes vivants en fonction de leur spéciation chimique et de leur mobilité dans les différents milieux. Cependant, ces études, extrêmement longues et complexes à réaliser ne sont pas retrouvées dans la littérature. Dans l’hypothèse où les QDs sont ingérés, une étude in vivo sur des rats exposés à une prise orale de QDs CdSe/ZnS (21,5 nM) montre que, dans le tractus gastro-intestinal, les QDs se dégradent progressivement sous l’effet des faibles pH, notamment au niveau de l’estomac où le fluide gastrique est particulièrement acide [39]. Cette dégradation est plus ou moins rapide et dépend de la fonctionnalisation par les ligands de surface qui vont être impactés en premier [40]. Les études

in vitro montrent que les QDs de CdSe/ZnS hydrophobes (sans fonctionnalisation) se dégradent

plus rapidement que les CdSe/ZnS recouverts de fonctions hydrophiles [39], [41]. La perte des ligands entraine alors la dégradation du ZnS, lorsqu’il est soumis aux pH acides, entrainant la libération du cœur des QDs [42]. Une autre étude, in vivo, démontre que l’administration orale de 200 pmol de QDs CdSe/ZnS fonctionnalisés avec un ligand polythiol et encapsulés dans une coquille de silice sont en grande partie retrouvés dans les fèces des souris exposées. L’encapsulation des QDs dans des coquilles de silice les rend plus résistants à la dégradation [43].

La principale voie d’exposition directe aux QDs est la voie cutanée. Les consommateurs, qui représentent une très grande partie de la population, sont en contact permanent avec les écrans (tablettes, smartphones…). Lorsque ces derniers sont conçus, les QDs qui les composent sont piégés et recouverts d’une matrice polymère, ce qui limite l’exposition. Cependant, lorsque les écrans se fissurent ou vieillissent, sous l’effet des irradiations solaires par exemple, ils sont susceptibles de libérer les produits de dégradation des QDs, engendrant potentiellement un risque pour la santé. De plus, les travailleurs sont également concernés par ce type d’exposition cutanée. Les QDs sont manipulés lors de la fabrication des écrans ou des agents d’imagerie. Ils

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se présentent en suspensions dans des matrices liquides donc le risque de projection sur la peau est supérieur aux autres types d’expositions. Le danger est d’autant plus élevé pour les travailleurs qui s’occupent de la fin de vie des produits car les QDs peuvent être en partie dégradés et être plus toxiques. Une étude a mis en évidence la pénétration des QDs à travers la peau saine porcine [44]. Dans cet article, des peaux de porc sont prélevées et exposées à 62,5 pmol/cm² de QDs CdSe/ZnS (de formes et de fonctionnalisations différentes) en diffusion continue pendant 8 h ou 24 h. Les QDs testés dans cette étude sont de forme sphérique ou en forme d’ellipse, fonctionnalisés avec des acides carboxyliques (COO-) ou du polyéthylène glycol (PEG) neutre ou encore des PEG amines (PEG-NH3⁺). Il est démontré que la barrière cutanée est perméable à ces QDs qui se retrouvent dans la barrière épidermique après 8 h d’exposition, excepté pour les QDs-COOH en forme d’ellipse, qui ne traversent la barrière qu’après 24 h de diffusion. Les QDs-PEG-NH3+ sphériques sont également capables de migrer plus loin que les autres (jusqu’au derme). Le niveau de pénétration des QDs à travers la barrière épidermique dépend donc de leurs tailles/formes/ligands et de la charge en surface. La suite de cette étude évalue la cytotoxicité ainsi que la réponse inflammatoire de ces QDs sur des kératinocytes primaires humains. En particulier, après 24 h d’exposition à 20 nM, les QDs fonctionnalisés par des COOH entrainent une élévation de la cytotoxicité ainsi que la libération de cytokines (IL1β, IL6 et IL8) [45]. La charge de surface modifie donc le potentiel inflammatoire des QDs, ce qui a été démontré par la suite dans de nombreuses études [41], [45]–[49]. Par exemple, dans une étude in vitro, l’exposition de kératinocytes (HaCaT) aux QDs de CdSe/ZnS entraîne une diminution de la viabilité cellulaire et une accumulation de ROS. Cet effet est amplifié par l’exposition en parallèle aux rayons UV [50], [51]. Cependant, toutes ces études sont réalisées à partir de peaux saines. Le niveau de pénétration des QDs lorsque la peau est lésée, ainsi que les éventuels effets systémiques sont alors inconnus.

D’autres voies d’exposition particulières peuvent également faire l’objet d’études, comme l’exposition oculaire par projection de QDs (par exemple chez les travailleurs, s’ils ne sont pas correctement protégés). Pour ce type d’exposition, aucune étude n’a été trouvée dans la littérature. Un autre exemple est celui de l’exposition pour les applications en imagerie biomédicale. Les patients sont alors exposés par voie intraveineuse, comme pour les agents de contraste classiques. Des études d’exposition de souris par voie intra-veineuse à 25 mg/kg de QDs InP/ZnS montrent une diminution rapide de l’indium (mesuré par ICP-MS) dans le sang des souris (inférieur à la limite de détection après 24h) et une accumulation dans certains organes comme la rate et le foie (et dans une moindre mesure dans les poumons, les reins et le