Ex vivo and in vivo evaluation of the potential toxicity of manufactured nanoparticles

(eng) During the last fifteen-years, nanotechnologies have been developed, and the presence of nanomaterials (NMs) in consumer products has increased. Due to their physicochemical properties, NMs are interesting in various domains as electronic, optic, chemistry, biology, medicine, etc. This highlights the importance of the multidisciplinary aspect and the complexity of the NM research field. Furthermore, NMs can enter into the organism after oral, dermal, pulmonary exposure or by direct contact with blood. It is thus of important interest to know their potential toxicity on human health. To date, only few studies report the toxicity of NMs and no guidelines are available. The potential toxicity of five NMs presenting diverse physicochemical properties (silicon carbide (SiC), titanium carbide (TiC), multi-walled carbon nanotubes (MWCNT), carbon black (CB) and silicon dioxide (SiO2)) was evaluated on three main exposure routes: the gastrointestinal and pulmonary tracts, and on blood. An acute and subacute evaluation of the potential toxicity of SiC, TiC and MWCNT was done as required in classical toxicological screening. To assess the pulmonary toxicity of NMs after inhalation, a nanoaerosol whole-body exposure model was designed, developed and validated. This was an important challenge due to the complexity of the model. In fact, it required the stable and reproducible generation of NM aerosol and the control of NM dispersion characteristics in real time during the experiment. Finally, clinically relevant specific tests were validated for studying the impact of NMs on red blood cells, platelet function and coagulation after evaluation of their suitability and feasibility. Indeed, due to their physicochemical properties, NMs are able to induce interference with many techniques. This work attempted to respond to a request of the scientific community for the proposal of guidelines for NMs.

(fre) Au cours des 15 dernières années, les nanotechnologies se sont développées, et la présence des nanomatériaux (NMs) dans les produits de consommation a augmenté. Grâce à leurs propriétés physico-chimiques, les NMs sont intéressants dans de nombreux domaines comme l’électronique, l’optique, la chimie, la biologie, la médecine, etc… avec comme conséquence de cet aspect multidisciplinaire, la complexité de la recherche sur les NMs. De plus, les NMs peuvent entrer dans l’organisme après exposition orale, cutanée, pulmonaire, ou après un contact direct avec le sang. Il apparait donc important de se questionner quand à leur toxicité potentielle pour la santé humaine, d’autant plus qu’actuellement très peu d’études toxicologiques ont été réalisées et qu’aucune guideline n’est disponible. La toxicité potentielle de cinq NMs présentant des propriétés physico-chimiques différentes (carbure de silicium (SiC), carbure de titane (TiC), nanotubes de carbone multiparois (MWCNT), noir de carbone (CB) et dioxyde de silicium (SiO2)) a été évaluée sur trois voies majeures d’exposition: l’appareil digestif, l’appareil pulmonaire et le contact avec le sang. Une étude de la toxicité orale aiguë et subaiguë potentielle des SiC, TiC et MWCNT a été réalisée, comme recommandé dans les screening toxicologiques classiques. Afin d’évaluer la toxicité pulmonaire des NMs après inhalation, un modèle d’exposition « corps entier » à un nano-aérosol a été dessiné, développé et validé, ce qui représentait un challenge important compte tenu de la complexité du modèle. En effet, celui-ci requière la génération d’un nano-aérosol stable et reproductible, ainsi que le contrôle en temps réel des caractéristiques de la dispersion au cours de l’expérience. Enfin, des tests spécifiques et relevants ont été validés afin d’étudier l’impact des NMs sur les globules rouges, la fonction plaquettaire et la coagulation sanguine humaine, après l’évaluation de leur pertinence et faisabilité. A cause de leurs propriétés physico-chimiques, les NMs sont capables d’induire des interférences avec certaines techniques. Ce travail tend à répondre à une requête de la communauté scientifique en proposant des guidelines pour l’étude de la toxicité potentielle des NMs.