Une nouvelle étude trouve des raisons de prudence - une émergence claire de toxicité - dans les formulations de produits à base de nanomatériaux, mais il fournit également une technique de test précoce qui pourrait aider l'industrie à continuer d'aller de l'avant.

Dans une découverte surprise, Des chimistes de l'Université de l'Oregon et des toxicologues de l'Oregon State University ont découvert que les nanoparticules d'or biocompatibles et les tensioactifs largement utilisés - chacun auparavant considéré comme sûr en tant que composant individuel - deviennent toxiques pour les embryons de poisson zèbre lorsqu'ils se combinent de manière synergique.

La synergie, ou effet multiplicateur, a été découvert lors de l'utilisation d'un nouveau système de livraison lors de l'essai de nanomatériaux, l'équipe de recherche de quatre membres a noté dans un article mis en ligne le 26 avril et imprimé le 26 juin dans ACS Nano .

"Des années après avoir montré que ces matériaux étaient les matériaux les plus inoffensifs et parmi les moins toxiques que nous ayons jamais vus, nous avons fait ces expériences avec les tensioactifs et avons constaté que, dans ce cas, ils étaient toxiques, " a déclaré le co-auteur Jim Hutchison du département de chimie et de biochimie de l'UO.

"Notre nouvelle étude nous donne un coup de semonce, " a-t-il dit. " Ce n'est pas la première fois que les gens voient la toxicité d'un mélange, mais cela nous rappelle que deux choses sûres mélangées ne signifient pas que le mélange est sûr."

Ce n'est pas clair, il a dit, si la toxicité chez le poisson zèbre suggère une menace pour la santé humaine.

Aux balbutiements de la nanotechnologie, les toxicologues ont remis des nanoparticules à la main au poisson zèbre à l'aide de pipettes. Hutchison et le co-auteur de l'OSU, Robert Tanguay, avaient précédemment découvert que les nanoparticules inorganiques et les tensioactifs, individuellement, n'étaient pas toxiques pour le poisson zèbre.

Cependant, un passage à l'automatisation - utilisant des dispositifs de type imprimante à jet d'encre pour injecter rapidement des matériaux utilisant de petites quantités de tensioactif pour contrôler la taille des gouttelettes délivrées - a entraîné des effets imprévus.

La nouvelle étude a révélé un taux de mortalité de 88 pour cent des embryons de poisson zèbre exposés à des nanoparticules d'or mélangées à du polysorbate 20, alors que l'administration à la pipette des nanoparticules seules n'a entraîné que 3 % de toxicité.

Les polysorbates sont des tensioactifs et des émulsifiants couramment utilisés dans les détergents à lessive, lotions solaires, cosmétiques et glaces. L'équipe a également trouvé une toxicité synergique en utilisant deux autres tensioactifs courants, polysorbate 80 et dodécyl sulfate de sodium.

Dans le projet, les chercheurs ont réexaminé la toxicité des nanoparticules qui avaient été étudiées dans le cadre de la Safer Nanomaterials and Nanomanufacturing Initiative, qui a été financé par l'Air Force Research Laboratory. La National Science Foundation et les National Institutes of Health ont soutenu les récents travaux.

La cause de la toxicité synergique a été découverte lorsque les matériaux ont été analysés par spectroscopie RMN ordonnée par diffusion, une adaptation de la résonance magnétique nucléaire qui révèle comment les particules se déplacent, ou diffuse, en solution.

Au fur et à mesure que des quantités croissantes de tensioactifs ont été ajoutées, les chercheurs ont observé que les particules diffusaient plus lentement car le tensioactif s'assemblait à l'extérieur des nanoparticules d'or, entraînant à la fois une augmentation de l'absorption et de la toxicité, entraîné par la structure de surface, chez le poisson zèbre.

"Notre méthode RMN nous a permis d'affirmer que cette toxicité synergique est vraiment liée à l'interaction de ces deux matériaux bénins et qu'elle génère quelque chose de plus toxique, ", a déclaré Hutchison.

L'approche de dépistage rapide utilisée dans la recherche, il a dit, pourrait servir de méthode de dépistage précoce. Cela permettrait des ajustements dans les formulations ou la refonte d'ingrédients individuels avant que de gros investissements n'aient été faits, pour s'assurer que les produits sont sûrs, dit Hutchison.

"Le poisson zèbre s'est avéré être un puissant modèle de laboratoire de criblage à haut débit qui nous aide à découvrir rapidement si les mélanges chimiques sont dangereux, " dit Tanguay. " Ce n'est pas un humain, mais les similitudes biologiques entre l'homme et le poisson zèbre sont remarquablement élevées, donc les découvertes chez le poisson zèbre prédisent souvent les dangers pour l'homme."

Hutchison et Tanguay sont internationalement connus pour être pionniers dans l'utilisation de la chimie verte, également connue sous le nom de chimie durable, dans la conception de nanoparticules. La technique exploite les principes de conception moléculaire pour produire des produits chimiques plus sûrs, réduire la toxicité et minimiser les déchets.

Aurora L. Ginzburg, un doctorant de l'UO travaillant sur la synthèse de nanoparticules d'or à usage biomédical, a dirigé les efforts d'analyse à l'aide d'équipements du Centre de caractérisation avancée des matériaux de l'UO en Oregon, connu sous le nom de CAMCOR. Lisa Truong, directeur adjoint du laboratoire de recherche aquatique Sinnhuber de l'OSU, était également co-auteur. Son objectif est d'utiliser le modèle de développement du poisson zèbre pour évaluer la sécurité des produits chimiques et des produits dans le commerce.