Les macrophages de souris (rouge) engloutissent des nanoparticules de silice (vert)
Des scientifiques ont montré qu'un processus appelé stress oxydatif est à l'œuvre lors de rencontres entre certaines nanoparticules et des cellules immunitaires, modifier sélectivement les protéines sur les macrophages, un type de cellule immunitaire. Les résultats, par des chercheurs du Pacific Northwest National Laboratory du ministère de l'Énergie, ont été publiés dans la revue ACS Nano .
Alors que le stress oxydatif est un moyen courant de provoquer des dommages cellulaires, les résultats ont été une surprise à certains égards.
« Le stress oxydatif se produit de manière sélective même à de faibles niveaux d'exposition aux nanoparticules, " a déclaré Brian Thrall, expert en nanotoxicologie au PNNL et auteur correspondant de l'étude. « Nous avons démontré une approche suffisamment sensible pour détecter les effets des nanoparticules sur les macrophages bien avant la mort de ces cellules. Cela nous donne l'opportunité de comprendre les cibles cellulaires les plus sensibles du stress oxydatif et les voies impliquées plus complètement qu'auparavant.
"Ce sont des informations importantes pour comprendre comment les nanoparticules peuvent altérer la fonction cellulaire et pour commencer à identifier les fonctions qui permettent aux cellules de s'adapter par rapport à celles qui sont potentiellement impliquées dans les effets indésirables, " ajouta Thrall.
Les nanoparticules sont généralement plus petites que 100 nanomètres de large, moins d'un millième de la largeur d'un cheveu humain. Si un ballon de basket standard était agrandi à la taille de la Terre, une nanoparticule agrandie proportionnellement aurait à peu près la taille d'un ballon de plage en comparaison. Les particules sont largement utilisées dans des applications biomédicales, Vêtements, l'industrie électronique, produits de beauté, emballages alimentaires et crèmes solaires; ils sont également une composante de nombreuses formes de pollution de l'air.
Alors que les scientifiques ont affiné leur capacité à fabriquer une diversité de nanoparticules utilisées dans les produits manufacturés, il est plus nécessaire d'étudier leurs effets potentiels. Souvent, ces études examinent si l'exposition aux particules entraîne ou non la mort cellulaire. L'étude du PNNL est plus nuancée, examiner plus en profondeur des protéines spécifiques dans les cellules qui sont les cibles des dommages oxydatifs causés par les nanoparticules.
"Cette étude montre que certaines nanoparticules que nous considérons comme non toxiques peuvent avoir de nombreux effets sur les macrophages, " a déclaré le chimiste analytique Wei-Jun Qian, également un auteur correspondant de l'étude.
Les résultats dépendent d'une méthode récemment développée par les scientifiques du PNNL pour mesurer l'oxydation des protéines à des sites très spécifiques dans les cellules comme les macrophages. Qian a développé une mesure très sensible des modifications des protéines dans les cellules pour permettre aux scientifiques d'examiner des sites spécifiques de la cellule où les scientifiques savent que certaines fonctions sont exécutées. La méthode, connue sous le nom d'approche de protéomique redox quantitative, utilise un spectromètre de masse avancé pour examiner simultanément des milliers de sites impliqués dans des réactions redox.
Les équipes de Thrall et de Qian ont travaillé ensemble pour analyser les modifications de toutes les protéines des cellules de souris. Le groupe a examiné les effets de trois types de nanoparticules dont le potentiel de provoquer un stress oxydatif et la mort cellulaire varie :
L'équipe a examiné de près plus de 2, 000 points chauds cellulaires où un processus connu sous le nom de S-glutathionylation, un type spécifique de modification protéique connue pour être impliquée dans les fonctions immunitaires lorsqu'une cellule est soumise à un stress oxydatif, se produit.
Dans les macrophages exposés aux nanoparticules, l'équipe a trouvé des « empreintes » moléculaires de l'activité – une augmentation de la S-glutathionylation. Cependant, le schéma spécifique des modifications oxydatives sur les protéines variait selon le type de nanoparticule. En regardant ces modifications, les chercheurs ont pu identifier des voies moléculaires spécifiques qui étaient les plus sensibles à de faibles niveaux de stress oxydatif, et distinguer ceux des autres voies qui étaient associées à des niveaux élevés de stress oxydatif lié à la mort cellulaire.
L'idée qu'une nanoparticule endommagerait les macrophages du corps n'est pas surprenante :les macrophages sont les premiers intervenants du corps lorsqu'il s'agit de reconnaître et de neutraliser un envahisseur. Certaines nanoparticules peuvent affaiblir la capacité des macrophages à reconnaître, retenir et engloutir les particules.
Il y a deux ans, L'équipe de Thrall a montré que lorsque les macrophages sont exposés à des nanoparticules, les cellules ne fonctionnent pas aussi bien et sont moins capables de reconnaître et d'éliminer Streptococcus pneumonia, la principale cause de pneumonie communautaire. Le schéma des changements protéiques identifiés dans cette étude fournit de nouveaux indices sur les types de nanoparticules qui provoquent ces effets et les protéines impliquées.
Qian a développé la méthode dans le cadre de ses travaux d'étude des réactions redox qui jouent un rôle important dans la régulation de la photosynthèse chez les plantes. Comprendre comment les plantes capturent, traiter et canaliser l'énergie du Soleil aide naturellement les scientifiques à développer de nouveaux systèmes énergétiques efficaces pour faire de même. Qian a utilisé le système pour découvrir plus de 2, 100 emplacements moléculaires où des réactions redox sont susceptibles de se produire chez les cyanobactéries, qui sont importants pour la production de biocarburants.
