NANOTECHNOLOGIES (enjeux et risques)

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Quels sont les mécanismes cellulaires et moléculaires qui peuvent être à l'origine d'une toxicité des nanoparticules ?

Toutes les données acquises sur les particules Diesel et les particules atmosphériques, en particulier fines et ultrafines, retrouvées en milieu professionnel et dans l'environnement général, montrent qu'elles ont la capacité d'induire de façon plus ou moins importante une réponse inflammatoire dans les organes où elles s'accumulent (F. Marano et al., 2004). Il s'agit d'un mécanisme physiologique de défense normal qui fait suite à une agression (microbienne, physique, chimique) et qui doit permettre à l'organisme de rétablir rapidement son intégrité. Cependant, quand il n'est pas contrôlé et surtout quand il est persistant, il est susceptible d'être à l'origine de pathologies très diverses : bronchite chronique, fibrose voire cancer pour le poumon, maladies cardio-vasculaires, maladies neurodégénératives... Par exemple, le résultat d'un processus inflammatoire est observé dans des lavages bronchoalvéolaires (LBA) réalisés sur des volontaires après exposition à des échappements Diesel dilués. L'infiltrat inflammatoire contient des neutrophiles (PNN), cellules jouant un grand rôle dans les bronchites chroniques mais également dans l'asthme et les rhinites allergiques (S. Salvi, 1999).

Les recherches de ces dernières années ont beaucoup porté sur l'origine de cette réponse inflammatoire d'origine particulaire. Elles ont montré que les particules, et plus particulièrement les particules fines et ultrafines, peuvent produire directement ou indirectement des dérivés de l'oxygène qu'on appelle espèces réactives de l'oxygène (ERO), parmi lesquelles se trouvent les radicaux libres (Baeza et Marano, 2007). Ces radicaux libres, qui ont la particularité d'avoir un ou des électrons libres, sont des oxydants extrêmement puissants, capables de réagir très rapidement avec les molécules biologiques comme les lipides, les protéines et les acides nucléiques sur lesquels ils induisent des lésions. Les plus réactifs sont le radical hydroxyl (–OH), le radical superoxyde (O2), mais de l'eau oxygénée (H2O2), qui n'est pas un radical libre, peut également être produite. La cellule a ses propres systèmes de défense contre la production des ERO. Il s'agit d'enzymes antioxydantes (catalase, superoxyde-dismutase, peroxydases) et de petites molécules comme les vitamines C ou A. Les végétaux ont la capacité de produire une grande variété de molécules à activité antioxydante comme les polyphénols qu'on trouve, en plus des vitamines, dans les fruits et légumes et qui peuvent donc être apportées par l'alimentation. Le « stress oxydant » au niveau d'une cellule, d'un tissu ou d'un organe, survient quand il y a déséquilibre au profit des oxydants entre la quantité d'oxydants produits et la défense antioxydante. C'est ce déséquilibre persistant qui peut être à l'origine de pathologies.

Que sait-on de la production d'ERO par les nanoparticules et des réponses biologiques associées ? Des études sur cultures cellulaires et chez l'animal montrent que des particules ultrafines d'oxyde de titane ou de carbone produisent davantage de radicaux libres que les mêmes particules plus grosses et provoquent un stress oxydant plus important associé à une réponse inflammatoire. Il n'existe pas à l'heure actuelle de données sur des expositions humaines à des nanoparticules, cependant, la similitude des réponses observées chez l'animal entre nanoparticules et particules atmosphériques ultrafines laisse supposer des mécanismes de toxicité voisins, tout au moins pour les nanoparticules qui, comme les particules atmosphériques, sont capables de produire un stress oxydant.

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Francelyne MARANO, « NANOTECHNOLOGIES (enjeux et risques) », Encyclopædia Universalis [en ligne], consulté le 25 mai 2022. URL : https://www.universalis.fr/encyclopedie/nanotechnologies-enjeux-et-risques/