Pour résoudre ce problème, une équipe de recherche dirigée par le professeur de recherche Masazumi Fujiwara et le professeur adjoint Yajuan Zou de l'Université d'Okayama au Japon a développé un revêtement polymère qui peut être appliqué aux NP pour prévenir l'écotoxicité. En modifiant la chimie de surface et la charge électrique des NP, leurs propriétés de liaison peuvent être modifiées. L'introduction de groupes hydrophiles à la surface des NP crée une barrière, empêchant la liaison aux molécules biologiques et aux surfaces cellulaires.

Alors que l'on sait que les NP chargées positivement s'accumulent davantage dans les organismes en raison de leur attraction vers les surfaces cellulaires chargées négativement, des rapports récents suggèrent que les NP chargées négativement peuvent s'accumuler davantage que leurs homologues chargées positivement.

Dans leur étude, publiée dans la revue Chemosphere le 7 mai 2024, les chercheurs ont développé un revêtement de polyglycérol (PG) avec le groupe chargé négativement. Ce revêtement a été appliqué sur des NP d'oxyde de fer (ION) et s'est avéré efficace pour réduire l'accumulation de particules d'oxyde de fer chez Caenorhabditis elegans, un nématode largement utilisé comme organisme modèle en chimie environnementale.

Cette recherche a été co-écrite par le professeur Fujiwara, le Dr Zou et le Dr Yuta Nishina de l'Université d'Okayama, le Dr Yutaka Shikano de l'Université de Tsukuba, ainsi que le Dr Naoki Komatsu et le Dr Eriko Kage-Nakada de l'Université de Kyoto.

"Nous avons démontré que la greffe de PG était une approche efficace pour réduire l'accumulation et supprimer la translocation de ION chez C. elegans, ce qui atténuait par conséquent les résultats toxiques tels que le potentiel reproducteur et le taux de survie", explique le Dr Fujiwara.

Les chercheurs ont appliqué un revêtement de polyglycérol à des ION de différentes tailles (20 nm, 100 nm et 200 nm) pour créer ION-PG, dans le but d'évaluer l'efficacité du revêtement sur un spectre de tailles de NP. Les ION-PG ont ensuite été mis en suspension dans une solution et des nématodes C. elegans ont été introduits.

Les vers se trouvaient à différents stades de leur cycle de vie (des larves aux vers adultes), ce qui a permis aux chercheurs de surveiller l'accumulation de NP tout au long de leur développement. Un groupe témoin a été exposé à une suspension contenant de l'ION non enrobée. Après 24 heures d'exposition, les vers ont été collectés, lavés et examinés pour détecter les NP accumulées dans leur corps.

Le revêtement PG a empêché les NP de coller aux biomolécules, leur permettant de traverser plus librement l'intestin du nématode et d'être excrétées de leur corps. Les nématodes exposés à ION-PG présentaient des niveaux de NP dans leur corps inférieurs à ceux du groupe témoin. Les plus petites NP, qui pouvaient facilement traverser les vers, n'ont pas été détectées.

Les chercheurs ont en outre étudié l'impact des groupes de charge sur la biodisponibilité des NP. Ils ont introduit des groupes aminés chargés positivement et des groupes carboxyle et sulfate chargés négativement dans l'ION-PG et ont recommencé l'expérience. Ils ont découvert que les particules chargées négativement traversaient le ver plus facilement que les particules chargées positivement en raison d'une répulsion électrostatique élevée contre la surface cellulaire chargée négativement et d'une faible affinité pour les biomolécules du nématode.

En conséquence, le revêtement a atténué la toxicité associée à l’ION-PG. Les chercheurs ont observé des améliorations de la capacité de reproduction et de la durée de vie parmi le groupe exposé à l'ION-PG par rapport au groupe exposé aux NP non enrobées.

Les chercheurs soulignent que le revêtement développé peut également être appliqué à d’autres NP tels que l’oxyde de graphène et le dioxyde de titane utilisés pour l’assainissement de l’environnement. "Nos résultats devraient promouvoir la conception et la production de grandes quantités de nanomatériaux respectueux de l'environnement pour des applications environnementales", déclare le Dr Fujiwara.