Même des concentrations modérées d'une nanoparticule utilisée pour blanchir certains aliments, le lait et le dentifrice pourraient potentiellement compromettre les cellules les plus nombreuses du cerveau, selon une nouvelle étude de l'Université du Nebraska-Lincoln.

Les chercheurs ont examiné comment trois types de nanoparticules de dioxyde de titane, le deuxième nanomatériau le plus abondant au monde, affecté le fonctionnement des cellules astrocytes. Les astrocytes aident à réguler l'échange de neurotransmetteurs porteurs de signaux dans le cerveau tout en fournissant de l'énergie aux neurones qui traitent ces signaux, parmi de nombreuses autres fonctions.

L'équipe a exposé des cellules d'astrocytes dérivées de rats à des concentrations de nanoparticules bien inférieures aux niveaux extrêmes qui ont démontré qu'ils tuaient les cellules du cerveau, mais qui sont rarement rencontrés par les humains. À la concentration la plus élevée de l'étude de 100 parties par million, ou PPM, deux des types de nanoparticules ont encore tué près des deux tiers des astrocytes en une journée. Ce taux de mortalité est tombé entre la moitié et le tiers des cellules à 50 PPM, s'établissant à environ un quart à 25 PPM.

Pourtant, les chercheurs ont trouvé des preuves que même les cellules survivantes sont gravement altérées par l'exposition aux nanoparticules de dioxyde de titane. Les astrocytes absorbent et traitent normalement un neurotransmetteur appelé glutamate qui joue un large éventail de rôles dans la cognition, mémoire et apprentissage, avec la formation, la migration et le maintien d'autres cellules.

Lorsqu'ils sont autorisés à s'accumuler à l'extérieur des cellules, cependant, le glutamate devient une toxine puissante qui tue les neurones et peut augmenter le risque de maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson. L'étude a rapporté que l'un des types de nanoparticules réduisait l'absorption de glutamate par les astrocytes de 31 % à des concentrations de seulement 25 ppm. Un autre type a réduit cette absorption de 45 pour cent à 50 PPM.

L'équipe a en outre découvert que les nanoparticules bouleversaient l'équilibre complexe de la dynamique des protéines se produisant dans les mitochondries des astrocytes, les organites cellulaires qui aident à réguler la production d'énergie et contribuent à la signalisation entre les cellules. L'exposition au dioxyde de titane a également entraîné d'autres signes de détresse mitochondriale, briser une proportion importante du réseau mitochondrial à 100 PPM.

"Ces événements sont souvent des prédécesseurs de la mort cellulaire, " a déclaré Oleh Khalimonchuk, un professeur assistant de biochimie de l'UNL qui a co-écrit l'étude. "D'habitude, les gens regardent ces conséquences ultimes, mais ce qui se passe avant importe tout autant. Ces petits dommages s'accumulent avec le temps. Finalement, ils vont causer un problème majeur."

Khalimonchuk et son collègue auteur Srivatsan Kidambi, professeur assistant en génie chimique et biomoléculaire, a averti que des recherches supplémentaires sont nécessaires pour déterminer si les nanoparticules de dioxyde de titane peuvent éviter la digestion et traverser la barrière hémato-encéphalique qui bloque le passage de nombreuses substances.

Cependant, les chercheurs ont cité des études antérieures qui ont découvert ces nanoparticules dans le tissu cérébral d'animaux présentant des barrières hémato-encéphaliques similaires. Les concentrations de nanoparticules trouvées dans ces échantillons ont servi de point de référence pour les niveaux examinés dans la nouvelle étude.

« Des preuves s'accumulent maintenant que certaines de ces particules peuvent réellement traverser la barrière (sang-cerveau), " a déclaré Khalimonchuk. " Peu de molécules semblent être capables de le faire, mais il s'avère qu'il existe certains sites dans le cerveau où vous pouvez obtenir cette exposition."

Kidambi a déclaré que l'équipe espère que l'étude facilitera la poursuite des recherches sur la présence de nanoparticules dans les produits de consommation et industriels.

"Nous espérons que cette étude suscitera des discussions car ces nanoparticules n'ont pas été réglementées, " dit Kidambi, qui détient également un rendez-vous de courtoisie avec le centre médical de l'Université du Nebraska. "Si vous pensez à quelque chose de blanc - du lait, chewing-gum, dentifrice, sucre en poudre - tous ceux-ci contiennent des nanoparticules.

"Nous avons découvert que certaines nanoparticules sont sûres et d'autres non, donc nous ne disons pas qu'ils sont tous mauvais. Notre raisonnement est que … nous devons avoir une classification de « sûr » par rapport à « pas sûr, ' ainsi que des seuils de concentration (pour chaque type). Il s'agit de comprendre comment les différentes formes affectent la biologie des cellules."