La nanotechnologie est en plein essor, mais l'évaluation des risques pour ces minuscules particules est un processus laborieux qui présente des défis importants à l'Institut fédéral allemand pour l'évaluation des risques (BfR). Pour trouver des méthodes de test plus efficaces, des chercheurs du Helmholtz Center for Environmental Research (UFZ) en coopération avec des scientifiques du BfR ont examiné de plus près les effets biologiques. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Particle and Fiber Toxicology.

Des teintures aux matériaux de construction, et des produits cosmétiques à l'électronique et à la médecine, les nanomatériaux se retrouvent dans de nombreuses applications différentes. Mais quels sont ces matériaux ?

"Les nanomatériaux se définissent uniquement par leur taille, " explique le Dr Kristin Schubert du Département de biologie des systèmes moléculaires de l'UFZ. " Les matériaux d'une taille comprise entre un et 100 nanomètres sont appelés nanomatériaux. " Pour aider à envisager leur petite taille :un nanomètre est juste un millionième de millimètre. Puisque les nanomatériaux sont si petits, ils peuvent facilement entrer dans le corps, par exemple par les poumons, peau ou tractus gastro-intestinal, où ils peuvent provoquer des effets indésirables. Tout comme les produits chimiques conventionnels, les nanomatériaux doivent donc être testés pour les risques potentiels pour la santé avant de pouvoir être fabriqués industriellement, utilisé et commercialisé.

Actuellement, des tests sont effectués pour chaque nanomatériau individuellement. Et puisque même les plus petits changements, par exemple, en taille ou en caractéristiques de surface - peut affecter la toxicité, des tests séparés sont également nécessaires pour chaque variante d'un nanomatériau. « L'évaluation des risques des nanomatériaux est parfois difficile et très chronophage, " explique le Dr Andrea Haase du BfR. " Et la liste des substances à tester s'allonge chaque jour, parce que la nanotechnologie est en train de devenir une technologie clé avec des applications de grande envergure. Nous devons donc de toute urgence trouver des solutions pour une évaluation des risques plus efficace."

Comment les nanomatériaux peuvent-ils être classés de manière appropriée en groupes ? Y a-t-il des similitudes dans leurs effets ? Et quelles propriétés matérielles sont associées à ces effets ? Dans leur récente étude, des chercheurs de l'UFZ et du BfR et des représentants de l'industrie se sont attachés à répondre à ces questions. "Nous nous sommes concentrés sur les effets biologiques et avons examiné quelles molécules et voies de signalisation dans la cellule sont influencées par quels types de nanomatériaux, " dit Schubert.

Grâce à des expériences in vitro, les chercheurs ont exposé des cellules épithéliales de poumons de rats à différents nanomatériaux et recherché des changements au sein des cellules. Pour faire ça, ils ont utilisé des méthodes dites multi-omiques :ils ont identifié plusieurs milliers de protéines cellulaires, divers lipides et acides aminés, et étudié d'importantes voies de signalisation au sein de la cellule. En utilisant une nouvelle technique d'analyse bioinformatique, ils ont évalué d'énormes volumes de données et sont arrivés à des résultats intéressants.

"Nous avons pu montrer que les nanomatériaux à effets toxiques déclenchent initialement un stress oxydatif et que dans le processus certaines protéines sont régulées à la hausse ou à la baisse dans la cellule, " explique Schubert. " A l'avenir, ces molécules clés pourraient servir de biomarqueurs pour détecter et fournir des preuves des effets toxiques potentiels des nanomatériaux rapidement et efficacement. » Si la toxicité du nanomatériau est élevée, le stress oxydatif augmente, des processus inflammatoires se développent et après un certain point, la cellule meurt.

« Nous comprenons maintenant mieux comment les nanomatériaux affectent la cellule, " dit Haase. " Et avec l'aide de biomarqueurs, nous pouvons désormais également détecter des effets toxiques beaucoup plus faibles qu'auparavant. " Les chercheurs ont également identifié des liens clairs entre certaines propriétés des nanomatériaux et des changements dans le métabolisme cellulaire. " Par exemple, nous avons pu montrer que les nanomatériaux de grande surface affectent la cellule assez différemment de ceux de petite surface, " dit Schubert. Connaître quels paramètres jouent un rôle clé dans les effets toxiques est très utile. Cela signifie que les nanomatériaux peuvent être optimisés au cours du processus de fabrication, par exemple par de petites modifications, et par conséquent les effets toxiques sont réduits.

« Notre étude nous a permis de faire plusieurs grands pas en avant, " dit Schubert. " Pour la première fois, nous avons largement analysé les mécanismes biologiques sous-jacents aux effets toxiques, ont classé les nanomatériaux en groupes en fonction de leurs effets biologiques et identifié des biomarqueurs clés pour de nouvelles méthodes de test. » Andrea Haase du BfR est plus que satisfait :« Les résultats sont importants pour les travaux futurs. Ils contribueront à de nouveaux concepts pour l'efficacité, évaluation fiable des risques des nanomatériaux et définir la direction dans laquelle nous devons aller. »