des milliers de produits de consommation, y compris les cosmétiques, crèmes solaires, et vêtements - contiennent des nanoparticules ajoutées par les fabricants pour améliorer la texture, tuer les microbes, ou augmenter la durée de conservation, entre autres fins. Cependant, plusieurs études ont montré que certaines de ces nanoparticules modifiées peuvent être toxiques pour les cellules.

Une nouvelle étude du MIT et de la Harvard School of Public Health (HSPH) suggère que certaines nanoparticules peuvent également endommager l'ADN. Cette recherche a été dirigée par Bevin Engelward, professeur de génie biologique au MIT, et professeur agrégé Philip Demokritou, directeur du Centre de nanotechnologie et de nanotoxicologie de l'HSPH.

Les chercheurs ont découvert que les nanoparticules d'oxyde de zinc, souvent utilisé dans les crèmes solaires pour bloquer les rayons ultraviolets, endommager considérablement l'ADN. Argent nanométrique, qui a été ajouté aux jouets, dentifrice, Vêtements, et d'autres produits pour ses propriétés antimicrobiennes, produit également des dommages substantiels à l'ADN, ils ont trouvé.

Les résultats, publié dans un numéro récent de la revue ACS Nano , s'est appuyé sur une technologie de criblage à grande vitesse pour analyser les dommages à l'ADN. Cette approche permet d'étudier les dangers potentiels des nanoparticules à un rythme beaucoup plus rapide et à plus grande échelle qu'auparavant.

La Food and Drug Administration n'exige pas des fabricants qu'ils testent des additifs à l'échelle nanométrique pour un matériau donné si le matériau en vrac s'est déjà avéré sûr. Cependant, il existe des preuves que la forme nanoparticulaire de certains de ces matériaux peut être dangereuse :en raison de leur taille immensément petite, ces matériaux peuvent présenter des propriétés physiques différentes, chimique, et propriétés biologiques, et pénètrent plus facilement dans les cellules.

"Le problème est que si une nanoparticule est faite de quelque chose qui est considéré comme un matériau sûr, il est généralement considéré comme sûr. Il y a des gens qui s'inquiètent, mais c'est une bataille difficile car une fois que ces choses entrent en production, c'est très difficile à défaire, " dit Engelward.

Les chercheurs se sont concentrés sur cinq types de nanoparticules artificielles :l'argent, oxyde de zinc, oxyde de fer, oxyde de cérium, et le dioxyde de silicium (également connu sous le nom de silice amorphe) - qui sont utilisés industriellement. Certains de ces nanomatériaux peuvent produire des radicaux libres appelés espèces réactives de l'oxygène, qui peut altérer l'ADN. Une fois que ces particules pénètrent dans le corps, ils peuvent s'accumuler dans les tissus, causant plus de dégâts.

« Il est essentiel de surveiller et d'évaluer la toxicité ou les dangers que ces matériaux peuvent présenter. Il existe tellement de variantes de ces matériaux, dans différentes tailles et formes, et ils sont incorporés dans tant de produits, " dit Christa Watson, un post-doctorant à HSPH et l'auteur principal de l'article. "Cette plate-forme de criblage toxicologique nous donne une méthode standardisée pour évaluer les nanomatériaux manufacturés qui sont actuellement développés et utilisés."

Les chercheurs espèrent que cette technologie de criblage pourrait également être utilisée pour aider à concevoir des formes plus sûres de nanoparticules; ils travaillent déjà avec des partenaires de l'industrie pour concevoir des nanoparticules plus sûres qui bloquent les UV. Le laboratoire de Demokritou a récemment montré que le revêtement de particules d'oxyde de zinc avec une couche nanofine de silice amorphe peut réduire la capacité des particules à endommager l'ADN.

Analyse rapide

Jusqu'à maintenant, la plupart des études sur la toxicité des nanoparticules se sont concentrées sur la survie des cellules après exposition. Très peu ont examiné la génotoxicité, ou la capacité d'endommager l'ADN - un phénomène qui ne tue pas nécessairement une cellule, mais celui qui peut conduire à des mutations cancéreuses si les dommages ne sont pas réparés.

Une façon courante d'étudier les dommages à l'ADN dans les cellules est ce qu'on appelle le « test des comètes, " nommé pour le frottis en forme de comète qui a endommagé l'ADN pendant le test. La procédure est basée sur l'électrophorèse sur gel, un test dans lequel un champ électrique est appliqué à de l'ADN placé dans une matrice, forçant l'ADN à se déplacer à travers le gel. Pendant l'électrophorèse, l'ADN endommagé voyage plus loin que l'ADN non endommagé, produisant une forme de queue de comète.

Mesurer la distance que l'ADN peut parcourir révèle l'ampleur des dommages causés à l'ADN. Cette procédure est très sensible, mais aussi très fastidieux.

En 2010, Engelward et le professeur du MIT Sangeeta Bhatia ont développé une version beaucoup plus rapide du test des comètes, connu sous le nom de CometChip. Grâce à la technologie de microfabrication, des cellules individuelles peuvent être piégées dans de minuscules micropuits à l'intérieur de la matrice. Cette approche permet de traiter jusqu'à 1, 000 échantillons dans le temps qu'il fallait pour traiter seulement 30 échantillons, ce qui permet aux chercheurs de tester des dizaines de conditions expérimentales à la fois, qui peut être analysé à l'aide d'un logiciel d'imagerie.

Wolfgang Kreyling, un épidémiologiste du Centre de recherche allemand pour la santé environnementale qui n'a pas participé à l'étude, affirme que cette technologie devrait aider les toxicologues à rattraper le rythme rapide de déploiement des nanoparticules artificielles (ENP).

« Des plates-formes de criblage à haut débit sont désespérément nécessaires, " dit Kreyling. " L'approche proposée sera non seulement un outil important pour les nanotoxicologues développant des stratégies de dépistage à haut débit pour l'évaluation des effets néfastes possibles sur la santé associés aux ENP, mais aussi d'une grande importance pour les scientifiques des matériaux travaillant sur le développement de nouvelles ENP et d'approches plus sûres dès la conception."

En utilisant la puce Comet, les chercheurs du MIT et de la HSPH ont testé les effets des nanoparticules sur deux types de cellules couramment utilisées pour les études de toxicité :un type de cellules sanguines humaines appelées lymphoblastoïdes, et une lignée immortalisée de cellules ovariennes de hamster chinois.

L'oxyde de zinc et l'argent ont produit les dommages les plus importants à l'ADN dans les deux lignées cellulaires. À une concentration de 10 microgrammes par millilitre - une dose pas assez élevée pour tuer toutes les cellules - ceux-ci ont généré un grand nombre de cassures d'ADN simple brin.

Dioxyde de silicone, qui est couramment ajouté lors de la production d'aliments et de médicaments, généré de très faibles niveaux de dommages à l'ADN. L'oxyde de fer et l'oxyde de cérium ont également montré une faible génotoxicité.

Combien c'est trop ?

D'autres études sont nécessaires pour déterminer dans quelle mesure l'exposition aux nanoparticules d'oxyde métallique pourrait être dangereuse pour l'homme, disent les chercheurs.

"Le plus grand défi que nous ayons en tant que personnes concernées par la biologie de l'exposition est de décider quand quelque chose est dangereux et quand ne l'est pas, en fonction du niveau de dose. A de faibles niveaux, probablement ces choses sont bien, " dit Engelward. " La question est :à quel niveau cela devient-il problématique, et combien de temps faudra-t-il pour que nous le remarquions ? »

L'un des domaines les plus préoccupants est l'exposition professionnelle aux nanoparticules, disent les chercheurs. Les enfants et les fœtus sont également potentiellement plus à risque car leurs cellules se divisent plus souvent, les rendant plus vulnérables aux dommages de l'ADN.

Les voies les plus courantes que les nanoparticules manufacturées suivent dans le corps sont à travers la peau, poumons, et l'estomac, les chercheurs étudient donc maintenant la génotoxicité des nanoparticules sur ces types de cellules. Ils étudient également les effets d'autres nanoparticules manufacturées, y compris les oxydes métalliques utilisés dans le toner des imprimantes et des photocopieurs, qui peut devenir en suspension dans l'air et pénétrer dans les poumons.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.