Voici un aperçu de l'intérieur du Cyclotron de l'UAB, qui fabrique des agents d'imagerie moléculaire radioactifs pour la médecine nucléaire à l'aide d'un type d'accélérateur de particules qui déplace des protons, une sorte de particule chargée, le long d'un chemin en spirale pour frapper un matériau pour produire des radio-isotopes. Crédit :UAB News
Des équipes de recherche de l'Université de l'Alabama à l'École de médecine de Birmingham et de l'Université de Notre Dame ont développé une nouvelle méthode qui permet aux chercheurs de radiomarquer trois formes de substances alkyles perfluorées et polyfluorées et de suivre le devenir de ces produits chimiques lorsqu'ils pénètrent dans l'organisme.
Il s'agit d'une avancée significative et opportune dans l'identification et le suivi de ces PFAS, qui sont connus pour être nocifs pour le corps humain, et le mois dernier, il a été constaté qu'il était largement utilisé dans le papier d'emballage de restauration rapide dans de nombreuses chaînes de restaurants populaires.
La nouveauté de la méthode nouvellement conçue est que l'un des atomes de fluor sur la molécule de PFAS a été remplacé par une forme radioactive de fluor, le même radio-isotope fluor-18 qui est utilisé pour les tomographies médicales par émission de positons dans les hôpitaux du monde entier.
"Pour la première fois, nous avons un traceur PFAS ou un produit chimique que nous avons marqué pour voir où il va chez les souris, " dit Suzanne Lapi, Doctorat., auteur principal de l'étude publiée aujourd'hui dans le Journal des sciences et technologies de l'environnement . Lapi est professeur agrégé au département de radiologie et de chimie de l'UAB, et directeur de l'installation Cyclotron de l'UAB. "Chacun des traceurs a montré un certain degré d'absorption dans tous les organes et tissus d'intérêt qui ont été testés, y compris le cerveau. L'absorption la plus élevée a été observée dans le foie et l'estomac, et des quantités similaires ont été observées dans le fémur et les poumons."
Points clés à savoir sur cette découverte, découvertes récentes
Les PFAS sont souvent utilisés dans les produits antitaches, les matériaux de lutte contre l'incendie et les ustensiles de cuisine antiadhésifs et non destinés à l'ingestion. Des études antérieures ont montré que les PFAS peuvent migrer, contaminer les aliments et, lorsqu'il est consommé, s'accumuler dans le corps.
Maintenant qu'il semble probable que tout PFAS pouvant être synthétisé et isolé puisse être radiomarqué et utilisé pour mesurer directement la cinétique d'absorption et de biodistribution dans les systèmes biologiques, il ouvre la possibilité de mesurer directement l'absorption chez des sujets humains volontaires.
"C'est possible car des traces de composés sont facilement mesurables et la radioactivité est de courte durée, " a déclaré Graham Peaslee, Doctorat., le co-auteur de l'étude et professeur de physique nucléaire expérimentale au Collège des sciences de l'Université de Notre Dame. "C'est une découverte importante parce que les PFAS sont un produit chimique vraiment persistant qui, une fois dans le sang, y reste et s'accumule, ce qui n'est pas bon."
Maladies, y compris les cancers du rein et des testicules, maladie thyroïdienne, faible poids de naissance et immunotoxicité chez les enfants, et d'autres problèmes de santé ont été liés aux PFAS dans des études antérieures.
Maintenant que les chercheurs ont identifié pour la première fois quels PFAS s'accumulent initialement - et dans quels organes spécifiques - et avec quelques différences surprenantes, les auteurs disent qu'il y a des implications pour la santé bien au-delà de cette étude initiale.
"Nous sommes très enthousiastes à propos de cette technique, qui emprunte à nos travaux actuels de développement d'agents d'imagerie en médecine nucléaire, " a déclaré Jennifer Burkemper, Doctorat., scientifique au Cyclotron de l'UAB et le premier auteur de l'étude. "Ce travail peut permettre un criblage rapide des composés PFAS pour obtenir des informations clés sur leur devenir biologique."
Les PFAS dans l'actualité
Les produits chimiques fluorés ont beaucoup fait la une des journaux ces derniers temps, en particulier les PFAS. Il y a eu des accidents industriels comme ceux découverts près de la rivière Hoosic à New York l'automne dernier, et le règlement Dupont de 670 millions de dollars le mois dernier lié au déversement du produit chimique toxique C8, également connu sous le nom d'acide perfluorooctanoïque, dans la rivière Ohio.
Une autre source d'exposition à ces produits chimiques a été signalée en février, lorsqu'une enquête a révélé qu'un tiers des emballages de restauration rapide avaient été traités avec ces produits chimiques fluorés.
« On craignait que ces produits chimiques ne pénètrent directement dans les aliments emballés avec des emballages traités, " dit Peaslee, qui a utilisé l'émission de rayons gamma induite par des particules pour faire les conclusions rapportées en février. « Une préoccupation plus importante est que, parce que ces produits chimiques persistent longtemps dans l'environnement, lorsque les produits de consommation traités entrent dans la décharge, ces produits chimiques réapparaîtront dans notre eau potable. Ces résultats globaux remettent déjà en question la sécurité de ces composés alternatifs de PFAS à chaîne plus courte. »
Lapi dit que le nouvel outil développé par les équipes de recherche peut être utilisé pour étudier le comportement des PFAS dans les études d'assainissement de l'environnement afin de mesurer le devenir des composés radiomarqués dans les systèmes de traitement de l'environnement.
"C'est un premier pas formidable, " Lapi dit, "Et cela souligne la nécessité d'études supplémentaires pour enquêter de manière agressive sur différents composés PFAS dans différents systèmes biologiques et environnementaux afin d'évaluer le plein impact de cette nouvelle méthode de radiosynthèse."
En plus des cancers du rein et des testicules, les scientifiques ont déjà trouvé un taux de cholestérol élevé, maladie thyroïdienne, l'hypertension induite par la grossesse et la rectocolite hémorragique à corréler à la quantité d'acide perfluorooctanoïque, ou PFOA, trouvé dans le sang des personnes qui ont été exposées à l'eau contaminée.
Par conséquent, l'Environmental Protection Agency et les fabricants américains sont parvenus à un compromis pour retirer volontairement deux PFAS « à longue chaîne » spécifiques du marché américain d'ici 2015, y compris le PFOA. Cependant, industry has switched from these "long-chain" forms of PFAS to shorter-chained versions of the same chemicals, Peaslee says. There are no toxicology data available for most of the alternative short-chain PFAS compounds used commercially.
Additional importance, future steps
Lapi's team makes radioactive molecular imaging agents for nuclear medicine using the UAB Imaging Facility's cyclotron, a type of particle accelerator that moves protons, one kind of charged particle, along a spiral path to strike a material to produce radioisotopes. These radioisotopes can be chemically attached to molecules created to home in on biological targets of interest. These targets typically include certain receptors on cancer, and lung and heart function. They also look at different tracers for neurology.
When researchers looked at the PFAS chemicals and saw their structure, Lapi says, her group thought the chemistry of the compound was amenable enough to do radiolabeling with their techniques.
"Conventionally, tracing these PFAS compounds is very difficult, " Lapi said. "These compounds are not UV active, and they're very difficult to detect. There are some techniques where you can detect total fluorine concentration, but that does not give you an idea of which compound the fluorine is attached to. With our method, we can actually tag the intact compound with a fluorine 18 radio tracer, and it gives us a handle so we can see where that compound is going and make very sensitive measurements. These sensitive measurements are probably the most important thing, because it's so difficult to detect in other methods, where you would have to take the liver out, homogenize it, extract the chemical out and do mass spectrometry to see how much of the chemical is in there. And you'd have to do it with every single organ. Pour nous, we can take the whole mouse, image it, and we're done. Or we can take the tissues and we can count it, and we're done. It's a much quicker and less time-consuming method to look at where these go."
Jusque là, Lapi says, the group has looked at three compounds, far short of the hundreds of PFASs that have been identified.
"While I don't think we will look at all of these PFASs, we would like to look at different families of these compounds and see how they are distributed in the body, " Lapi said. "Because even with very small changes in these compounds, we were able to see differences in brain uptake, which is important because these may have neurological impacts. We saw different clearance patterns, blood binding and other things. We want to look at different classes of compounds, how they're excreted from the body, how they accumulate, and see if we can really say something about how you would get rid of these compounds."
The next step after that would be to identify how this newly discovered technique could be used to clean up compounds in environmental situations where there is a contaminate issue.
"We want to know if, dire, we have a huge contaminated water supply full of PFASs, how do we make techniques to get PFAS out of the water supply, " she said. "Perhaps we can take a bucket of water, spike it with our radioactive substance, put it through filters and different types of cleanup technologies, and see how we can effectively extract that compound from the water supplies."
Lapi and her team are excited that they have been able to show how to take techniques from nuclear medicine and previous UAB imaging studies and apply them to environmental compounds—a significant achievement moving forward.
"When people think of radio chemistry, they typically think of tritium or carbon 14 or these very long-lived compounds when doing these pharmacokinetic studies, " Lapi said. "Now we have a whole host of different radio isotopes with different chemical properties, and we really have these nice tools that we can use for different applications outside of nuclear medicine, like environmental cleanup applications."
