Des expériences à faible coût pour tester la toxicité des nanomatériaux se sont concentrées sur les populations de vers ronds. Les scientifiques de l'Université Rice ont pu tester 20 nanomatériaux en peu de temps, et voient leur méthode comme un moyen de déterminer quels nanomatériaux devraient subir des tests plus approfondis. Crédit :Zhong Lab/Université du riz
Le petit ver rond est la vedette d'un ambitieux projet de l'Université Rice visant à mesurer la toxicité des nanoparticules.
Le low cost, Une étude à haut débit menée par les scientifiques de Rice Weiwei Zhong et Qilin Li mesure les effets de nombreux types de nanoparticules non seulement sur des organismes individuels mais aussi sur des populations entières.
Les chercheurs de Rice ont testé 20 types de nanoparticules et ont déterminé que cinq, dont les molécules de carbone 60 ("buckyballs") découvertes à Rice en 1985, montré peu ou pas de toxicité.
D'autres étaient modérément ou hautement toxiques pour Caenorhabditis elegans , plusieurs générations dont les chercheurs ont observé les effets des particules sur leur santé.
Les résultats ont été publiés par la revue American Chemical Society Sciences et technologies de l'environnement . Ils sont également disponibles sur le site open source des chercheurs.
"Les nanoparticules sont fondamentalement de nouveaux matériaux, et nous ne savons pas grand-chose sur ce qu'ils feront pour la santé humaine et la santé de l'écosystème, " dit Li, professeur agrégé de génie civil et environnemental et de science des matériaux et nano-ingénierie. "Il y a eu beaucoup de publications montrant que certains nanomatériaux sont plus toxiques que d'autres. Donc avant de fabriquer plus de produits qui incorporent ces nanomatériaux, il est important que nous comprenions que nous ne mettons rien de toxique dans l'environnement ou dans les produits de consommation.
"La question est, Quel coût pouvons-nous supporter ?", a-t-elle déclaré. "C'est un processus long et coûteux de faire une étude toxicologique approfondie de tout pas seulement des nanomatériaux. » Elle a déclaré qu'en raison de la grande variété de nanomatériaux produits à grande vitesse et à une si grande échelle, il y a "un besoin urgent de techniques de criblage à haut débit pour prioriser celles à étudier plus en profondeur".
Le chercheur postdoctoral de l'Université Rice, Sang-Kyu Jung, vérifie un essai de vers ronds comme ceux utilisés pour tester la toxicité des nanoparticules. Les scientifiques du riz ont mis au point un système à haut débit qui pourrait réduire le coût de détermination des nanoparticules à étudier plus avant pour des applications et pour leurs effets sur l'environnement. Crédit :Jeff Fitlow/Université Rice
L'étude pilote de Rice prouve qu'il est possible de recueillir de nombreuses données de toxicité à faible coût, dit Zhong, professeur assistant en biosciences, qui a mené des études approfondies sur C. elegans , en particulier sur leurs réseaux de gènes. Matériaux seuls pour chaque dosage, y compris les vers et les bactéries qu'ils ont consommés et les milieux de culture, coûte environ 50 centimes, elle a dit.
Les chercheurs ont utilisé quatre tests pour voir comment les vers réagissent aux nanoparticules :fitness, mouvement, croissance et durée de vie. L'essai de toxicité le plus sensible était la valeur adaptative. Dans cet essai, les chercheurs ont mélangé les nanoparticules dans des solutions avec les bactéries que les vers consomment. Mesurer la quantité de bactéries qu'ils ont mangées au fil du temps a servi à mesurer la « condition physique » des vers.
« Si la santé des vers est affectée par les nanoparticules, ils se reproduisent moins et mangent moins, " dit Zhong. " Dans le test de fitness, nous surveillons les vers pendant une semaine. C'est assez long pour que nous puissions surveiller les effets de toxicité accumulés sur trois générations de vers." C. elegans a un cycle de vie d'environ trois jours, et puisque chacun peut produire de nombreux descendants, une population qui a commencé à 50 en compterait plus de 10, 000 après une semaine. Un si grand nombre d'animaux testés a également permis au test de fitness d'être très sensible.
Le système "QuantWorm" des chercheurs a permis une surveillance rapide de la forme physique des vers, mouvement, croissance et durée de vie. En réalité, la surveillance des vers était probablement la partie la moins chronophage du projet. Chaque nanomatériau nécessitait une préparation spécifique pour s'assurer qu'il était soluble et pouvait être livré aux vers avec les bactéries. Les propriétés chimiques de chaque nanomatériau devaient également être caractérisées en détail.
Les chercheurs ont étudié un échantillon représentatif de trois classes de nanoparticules :métal, oxydes métalliques et à base de carbone. "Nous n'avons pas fait de nanoparticules polymères car le type de polymères que vous pouvez éventuellement avoir est infini, " expliqua Li.
Ils ont examiné la toxicité de chaque nanoparticule à quatre concentrations. Leurs résultats ont montré des fullerènes C-60, fullerol (un dérivé du fullerène), le dioxyde de titane, les nanotubes décorés de dioxyde de titane et le dioxyde de cérium étaient les moins dommageables pour les populations de vers.
Leur test de « fitness » a confirmé la toxicité dose-dépendante du noir de carbone, nanotubes de carbone mono et multiparois, graphène, oxyde de graphène, nanoparticules d'or et dioxyde de silicium fumé.
Ils ont également déterminé dans quelle mesure la chimie de surface affectait la toxicité de certaines particules. Alors que les nanotubes multiparois fonctionnalisés par une amine se sont révélés hautement toxiques, les nanotubes hydroxylés étaient les moins toxiques, avec des différences significatives de condition physique, longueur du corps et durée de vie.
Un tableau de toxicité complet et interactif pour tous les matériaux testés est disponible en ligne.
Zhong a déclaré que la méthode pourrait s'avérer utile en tant que moyen rapide pour les sociétés pharmaceutiques ou autres de réduire la gamme de nanoparticules qu'elles souhaitent faire passer plus chères, tests toxicologiques dédiés.
"Prochain, nous espérons ajouter des variables environnementales aux dosages, par exemple, pour imiter l'exposition aux ultraviolets ou les conditions de l'eau de la rivière dans la solution pour voir comment ils affectent la toxicité, ", a-t-elle déclaré. "Nous voulons également étudier le mécanisme biologique par lequel certaines particules sont toxiques pour les vers."
