Etude de la biodistribution de nanoparticules de TiO2 inhalées à faibles doses : apport et limites de la sp-ICP-MS

L’utilisation des nanoparticules (NPs) de dioxyde de titane (TiO2) dans de nombreux domaines industriels (cosmétique, BTP, alimentaire, etc.) pose la question de leur impact sur la santé humaine. Elles peuvent en effet pénétrer dans l’organisme par différentes voies (par inhalation, par voie orale ou cutanée). Ainsi, pour évaluer les risques sanitaires associés à leur exposition, il est d’intérêt de déterminer leur devenir au sein de l’organisme (biodistribution). Compte tenu de leur taille nanométrique, elles peuvent se re-suspendre très facilement dans l’air, faisant de l’exposition par inhalation une voie d’entrée à surveiller en priorité. Peu d’études se sont intéressées à évaluer le comportement des NPs au sein des différents compartiments de l’appareil respiratoire en fonction de la charge pulmonaire initiale, notamment pour des concentrations environnementales. A ces faibles doses répétées, les conséquences pulmonaires d’une exposition par inhalation aux NPs sont encore peu connues, de même que le lien avec le passage de la barrière pulmonaire et la clairance des NPs.Actuellement, pour quantifier des NPs métalliques ou d’oxydes métalliques dans des organes, la spectroscopie de masse à plasma inductif (ICP-MS) est utilisée. Cette technique nécessite au préalable une digestion acide de l’échantillon (incluant les NPs), qui ne permet pas d’obtenir les informations sur la forme et la taille des NPs. Or ces données sont essentielles puisqu’il s’agit de comprendre si la toxicité des NPs est reliée à leur taille, à leur fraction potentiellement dissoute ou à leur forme.Afin de contribuer à une meilleure connaissance des dangers liés à une exposition environnementale aux NPs, ce travail de thèse a porté sur l’étude de la biodistribution pulmonaire et systémique de NPs de TiO2 inhalées de façon répétée à de faibles doses, en utilisant une nouvelle technique appelée single-particle ICP-MS (sp-ICP-MS). La sp-ICP-MS semble être un instrument de choix pour étudier la biodistribution des NPs dans des tissus biologiques, puisqu’elle permet d’avoir en une seule mesure, la distribution en taille et la concentration des NPs ainsi que la concentration ionique d’un échantillon.Le premier objectif de la thèse visait à optimiser un protocole de digestion d’organe pour l’analyse de la concentration et de la taille des NPs de TiO2 par sp-ICP-MS. Nous avons montré que la digestion enzymatique était la plus adaptée et que la sp-ICP-MS permettait d’obtenir de bons résultats après une digestion enzymatique en termes de concentration et de taille.Le second objectif était d’analyser les NPs de TiO2 par sp-ICP-MS dans différents compartiments pulmonaires (fluide pulmonaire, cellules alvéolaires et parenchymes) de rats en conditions expérimentales réelles, c’est-à-dire exposés à court-terme par inhalation à différentes doses de NPs de TiO2 aérosolisées, dans le but d’appréhender les limites de détection de la sp-ICP-MS.Enfin, nous avons étudié la biodistribution pulmonaire et systémique ainsi que la clairance de NPs inhalées à faible dose (75 µg/m3) durant 28 jours. Ces expositions in vivo ont montré que les NPs se retrouvent majoritairement dans les tissus pulmonaires toutes doses d’exposition confondues. De plus, une accumulation des NPs dans les macrophages, associée à une augmentation des tailles des NPs, est observée dès lors que les concentrations et la durée d’exposition augmentent. Cependant, dans le cas de l’exposition longue aucune NP n’a été détectée dans les organes systémiques.En conclusion, ce travail de thèse a permis : -D’optimiser des protocoles de digestion d’organes pour l’analyse des NPs de TiO2 par sp-ICP-MS. -De mettre en évidence les forces et les limites de la technique sp-ICP-MS pour l’analyse des NPs de TiO2 dans des milieux complexes. -De caractériser (taille et concentration) les NPs de TiO2 de leur mise en suspension à leur aérosolisation jusqu’à leur répartition dans différents compartiments biologiques.