Tout l'enthousiasme suscité par la nanotechnologie se résume à ceci :les structures de matériaux à l'échelle du milliardième de mètre acquièrent des propriétés inhabituelles. Les technologues se concentrent souvent sur les plus heureux parmi ces nouvelles capacités, mais de nouvelles recherches menées par une équipe interdisciplinaire de scientifiques de l'Université Brown révèlent que les nanoparticules de nickel activent une voie cellulaire qui contribue au cancer dans les cellules pulmonaires humaines.
"La nanotechnologie a un potentiel énorme et promet de nombreuses applications, " a déclaré Agnès Kane, président du département de pathologie et de médecine de laboratoire de la faculté de médecine Warren Alpert de l'université Brown. "Mais la leçon est que nous devons apprendre pour pouvoir les concevoir plus intelligemment et, si nous reconnaissons les dangers potentiels, de prendre les précautions adéquates."
Kane est l'auteur principal de l'étude publiée à l'avance en ligne ce mois-ci dans la revue Sciences toxicologiques.
Les nanoparticules de nickel s'étaient déjà avérées nocives, mais pas en termes de cancer. Kane et son équipe de pathologistes, les ingénieurs et les chimistes ont trouvé des preuves que les ions à la surface des particules sont libérés à l'intérieur des cellules pulmonaires épithéliales humaines pour lancer une voie appelée HIF-1 alpha. Normalement, la voie aide à déclencher les gènes qui soutiennent une cellule en période de faible apport en oxygène, un problème appelé hypoxie, mais il est également connu pour favoriser la croissance des cellules tumorales.
« Nickel exploite cette voie, en ce sens qu'il trompe la cellule en lui faisant croire qu'il y a une hypoxie mais c'est vraiment un ion nickel qui active cette voie, " dit Kane, dont le travail est soutenu par une subvention du programme de recherche du National Institutes of Health Superfund. "En activant cette voie, cela peut donner une longueur d'avance aux cellules tumorales précancéreuses."
Questions de taille
L'équipe de recherche, dirigée par l'associée de recherche postdoctorale et première auteure Jodie Pietruska, exposé des cellules pulmonaires humaines à des particules nanométriques de nickel métallique et d'oxyde de nickel, et de plus grosses particules microscopiques de nickel métallique. Une découverte clé est que tandis que les particules plus petites déclenchent la voie alpha HIF-1, les plus grosses particules de nickel métallique se sont avérées beaucoup moins problématiques.
En d'autres termes, descendre à l'échelle nanométrique a rendu les particules de nickel métalliques plus nocives et potentiellement cancérigènes. Kane a dit que la raison pourrait être que pour la même quantité de métal en masse, les particules nanométriques exposent beaucoup plus de surface et cela les rend beaucoup plus réactives chimiquement que les particules microscopiques.
Un autre résultat important du travail est que les données montrent une grande différence dans la façon dont les nanoparticules de nickel et les nanoparticules d'oxyde de nickel réagissent avec les cellules, dit Pietruska. Les particules d'oxyde de nickel sont si mortelles que les cellules qui y sont exposées meurent rapidement, ne laissant aucune possibilité au cancer de se développer. Particules de nickel métallique, d'autre part, étaient moins susceptibles de tuer les cellules. Cela pourrait permettre à la voie de l'hypoxie d'amener la cellule à devenir cancéreuse.
"Ce qui est inquiétant, c'est que les nanoparticules de nickel métallique ont provoqué une activation soutenue mais elles étaient moins cytotoxiques, " a déclaré Pietruska. "Évidemment, une cellule morte ne peut pas être transformée."
Bien que Kane ait déclaré que les résultats devraient soulever des inquiétudes claires concernant la manipulation des nanoparticules de nickel, par exemple pour éviter leur exposition dans l'air lors de la fabrication, ils ne sont pas tout ce qui est nécessaire pour causer le cancer. Le cancer dépend généralement d'un certain nombre de changements malheureux, dit Kane. Aussi, elle a dit, l'étude a examiné les effets à court terme de l'exposition aux nanoparticules de nickel dans les cellules d'un laboratoire, plutôt que sur le long terme dans tout un organisme.
Toujours, dans son laboratoire, Kane utilise des mesures de protection importantes pour assurer la sécurité des chercheurs.
« Nous manipulons tous ces matériaux dans des conditions de confinement de niveau de biosécurité 2, " dit-elle. " Je ne veux pas que quelqu'un soit exposé. Nous les manipulons comme s'il s'agissait d'un agent cancérigène dans l'air."
