Nos poumons sont quotidiennement exposés à une multitude de particules dangereuses en suspension dans l'air. Nanoparticules, en raison de leur petite taille, peut atteindre la région alvéolaire sensible du poumon humain et déclencher une inflammation même après une seule inhalation entraînant des maladies graves telles que les maladies cardiaques, lésions cérébrales et cancer du poumon en cas d'exposition prolongée. Dans la fabrication, des nanoparticules toxiques peuvent être libérées dans l'environnement lors de la production, En traitement, dégradation ou combustion des matériaux. Malgré les avancées des modèles de nanotoxicologie, actuellement, ni les outils de test in vitro ni in silico ne peuvent prédire de manière fiable les résultats indésirables ou remplacer les tests in vivo. Afin de faciliter l'introduction de matériaux plus sûrs dans nos vies, de nouvelles stratégies de test sont nécessaires pour prédire la toxicité potentielle des nanoparticules industrielles avant et pendant le processus de fabrication.

Débloquer les mécanismes cellulaires

Au Helmholtz Zentrum München, le groupe de recherche du Dr Tobias Stöger se concentre sur une meilleure compréhension mécanistique des interactions entre les nanoparticules et les cellules pulmonaires, surtout en raison de l'inflammation qui en résulte. En coopération avec les partenaires du projet SmartNanoTox EU, le groupe de recherche a découvert que pour certains matériaux, la réponse inflammatoire durable à une seule exposition à une nanoparticule peut provenir de deux événements cellulaires clés qui étaient jusqu'à présent inconnus :le processus de quarantaine qui est le dépôt de composites immobiles excrétés des nanoparticules enveloppées de molécules biologiques sur la surface cellulaire. Seconde, le cycle dit des nanomatériaux qui implique le mouvement des nanoparticules entre différents types de cellules pulmonaires alvéolaires.

"Avec ces nouvelles connaissances, nous avons développé une approche globale plus approfondie sur la façon dont une réponse inflammatoire dans le poumon provient des interactions particule-cellule. Pouvoir identifier l'origine de ces deux événements clés et les décrire quantitativement a été une avancée car cela nous a aidé à construire notre méthode de prédiction", dit Stöger.

Un pas de plus vers le développement de matériaux sûrs dès la conception

En utilisant seulement un petit ensemble de données issues de mesures in vitro et en les combinant avec la modélisation in silico, les chercheurs ont recueilli des informations sur la toxicité des nanoparticules et ont réussi à prédire le spectre de l'inflammation pulmonaire (d'aigu à chronique) associé à une gamme de 15 matériaux sélectionnés. Stöger ajoute :"Être capable de faire une telle prédiction signifie que nous pouvons faire un pas de plus vers un développement de matériaux sûrs par conception. Cela aura de profondes implications sur la sécurité, rapidité et rentabilité des nouveaux matériaux."

Avantage supplémentaire :Test sans animaux

Actuellement, les tests d'innocuité reposent en grande partie sur des études animales. Si l'expérimentation animale reste indispensable pour les études mécanistes et toxicologiques chroniques, ils sont moins adaptés aux tests prédictifs dans le cadre d'une production sûre par conception de nouveaux matériaux. Cette étude présente une stratégie alternative d'expérimentation sans animaux, capable de tests à haut débit et connectable avec la modélisation in silico.