Des études épidémiologiques ont établi une forte corrélation entre l'inhalation de particules ultrafines issues d'une combustion incomplète et les maladies respiratoires et cardiovasculaires. Toujours, on sait relativement peu de choses sur les mécanismes à l'origine de la façon dont les particules atmosphériques affectent la santé humaine. De nouveaux travaux avec des nanopoints de carbone visent à fournir le premier modèle de la façon dont les particules ultrafines à base de carbone interagissent avec les tissus pulmonaires.

Un groupe international de chercheurs a créé un système de modèle de cellules pulmonaires en 3D pour étudier le comportement des sous-produits de combustion à base de carbone lorsqu'ils interagissent avec le tissu épithélial humain. Dans Biointerphases , une revue AVS, les chercheurs ont découvert que les propriétés de surface des propriétés du nanodot de carbone et les modèles d'agrégation affectaient leur distribution dans une copie cultivée en laboratoire de la couche barrière du poumon, l'épithélium. Les nanodots de carbone ont servi de représentants pour les particules de pollution atmosphérique.

"La localisation et la quantification des nanoparticules de carbone inhalées au niveau cellulaire a été très difficile, " a déclaré Barbara Rothen-Rutishauser, un auteur sur le papier, qui fait partie d'un numéro spécial de la revue Biointerphases sur les femmes dans la science de la biointerface. "Nous avons maintenant une particule fluorescente modèle qui peut essayer de répondre aux questions sur le sort des particules ultrafines dans les poumons."

A moins de 100 nanomètres de diamètre, les particules ultrafines ont la petite taille et la grande surface relative pour faire des ravages sur les cellules et potentiellement entrer dans la circulation sanguine. Les recherches d'autres groupes ont montré que les particules ultrafines induisent des effets néfastes sur les poumons et le système cardiovasculaire en augmentant le stress oxydatif dans le corps.

En raison de la taille des particules, il est difficile pour les techniques de laboratoire de faire la distinction entre le carbone dans les polluants et le carbone dans les tissus. Par conséquent, on sait peu de choses sur la charge de surface et les états d'agglomération, deux caractéristiques physiques et chimiques clés qui affectent la façon dont les particules de carbone interagissent avec les tissus vivants.

Pour commencer à modéliser des particules ultrafines, Estelle Durantie, un autre auteur de l'étude, se sont tournés vers des nanopoints de carbone fluorescents dopés à l'azote et une combinaison d'azote et de soufre avec différentes tailles et charges. L'équipe a ensuite appliqué ces nanopoints à la couche supérieure d'un tissu épithélial cultivé en laboratoire, où les échanges gazeux se produisent généralement dans les poumons.

Étant donné que les microscopes à fluorescence ordinaires n'ont pas la résolution nécessaire pour visualiser de telles petites particules, le groupe a utilisé la spectroscopie et la lumière UV pour détecter et quantifier les nanopoints lorsqu'ils ont migré du compartiment luminal au-delà des cellules immunitaires de leur modèle pulmonaire. Comme les chercheurs l'avaient prévu, les particules chargées avaient tendance à se coller les unes aux autres avant de pénétrer la barrière d'échange gazeux. Alors que la plupart des nanopoints chargés de manière neutre ont traversé le tissu après seulement une heure, seulement 20 pour cent des particules chargées agglomérées ont infiltré l'épithélium.

Rothen-Rutishauser a déclaré qu'elle espère améliorer encore les nanopoints afin qu'ils imitent mieux les particules ultrafines. "Ce que nous voyons, c'est que la translocation dépend de l'état d'agrégation, " a déclaré Rothen-Rutishauser. " Nous espérons continuer à essayer différentes tailles de nanopoints, y compris d'autres types de particules qui nous rapprochent de l'environnement réel."