Les effets toxiques des nanoparticules sur les macrophages

En raison de l’utilisation intensive des nanoparticules, les toxicologues et les scientifiques souhaitent mieux comprendre leur profil de sécurité. Les effets toxiques des nanoparticules sur les macrophages, par exemple, méritent une étude plus approfondie, car ces cellules immunitaires sont souvent les premières à rencontrer des nanoparticules après leur entrée dans le corps.

Dans un récent Sciences de la vie étude, les chercheurs discutent des changements moléculaires, ainsi que de leurs mécanismes sous-jacents, qui surviennent dans les macrophages suite à leur interaction avec les nanoparticules.

Étude: Revue in vitro des nanoparticules attaquant les macrophages : Interaction et mort cellulaire. Crédit d’image : Kateryna Kon/Shutterstock.com

Arrière plan

Les nanoparticules peuvent être des particules artificielles ou naturelles dont la taille est inférieure à 100 nanomètres (nm) dans au moins une dimension. Au cours des dernières décennies, la nanotechnologie a évolué rapidement, ce qui a par la suite augmenté la demande de nanoparticules comme le dioxyde de titane, l’oxyde de zinc (ZnO), le graphène et les points quantiques plus petits. Ces nanoparticules, largement utilisées dans de nombreuses industries, notamment l’habillement, l’alimentation et les cosmétiques, ont de petites tailles et d’excellentes propriétés optiques.

L’exposition aux voies multiples est le résultat de l’application généralisée des nanoparticules. Les nanoparticules peuvent pénétrer dans le corps humain par contact cutané, inhalation ou ingestion, ainsi que par injection intraveineuse. Après le dépôt, les nanoparticules peuvent être absorbées et distribuées dans tout le corps par les cellules épithéliales, les macrophages pulmonaires et divers autres types de cellules.

Une fois que les nanoparticules pénètrent dans le corps, elles s’accumulent dans leurs organes cibles, tels que la rate, le foie ou les reins, avec une distribution possible au cœur et au cerveau. Des études récentes ont décrit la in vitro toxicité de la plupart des nanoparticules, ce qui a accru l’urgence d’aborder les profils de sécurité de ces particules.

Les macrophages, qui appartiennent à la fois aux systèmes immunitaire et phagocytaire mononucléaire (MPS), sont des membres essentiels de la réponse immunitaire, car ils phagocytent environ 95 % des nanoparticules envahissantes. Cependant, les macrophages sont sensibles aux nanoparticules étrangères et sont, par conséquent, partiellement impliqués dans le processus de lésion tissulaire.

Résultats de l’étude

Les nanoparticules internalisées par les macrophages ou ciblant les macrophages peuvent induire une cytotoxicité en générant des dommages fonctionnels et en réduisant la viabilité cellulaire.

Courant in vitro les modèles de macrophages considèrent principalement les macrophages alvéolaires, la microglie et les macrophages hépatiques. Dans le contexte des lignées cellulaires KUP5 et Hepa1-6, une cytotoxicité importante a été rapportée suite à une exposition à l’argent (Ag), à l’oxyde de cuivre (CuO), au pentoxyde de vanadium (V₂O₅) et des nanoparticules de ZnO dans les deux lignées cellulaires.

Les facteurs physico-chimiques influençant la cytotoxicité des macrophages suite à une exposition aux nanoparticules ont également été évalués. À cette fin, la taille, la forme, la charge et les propriétés de surface des nanoparticules peuvent affecter leur absorption et leurs interactions cellulaires.

La taille est considérée comme un facteur important dans l’absorption des nanoparticules. Généralement, plus la taille est petite, plus la cytotoxicité est grande.

Les nanoparticules se présentent également sous diverses formes, telles que des anneaux et des tubes, les nanoparticules sphériques étant plus facilement internalisées par les cellules. Notamment, les nanoparticules sphériques sont moins cytotoxiques, ce qui est contraire à la croyance populaire selon laquelle les nanoparticules les plus toxiques sont facilement internalisées.

La modification de surface des nanoparticules contribue également à leur cytotoxicité globale. Par exemple, le revêtement de silice améliore considérablement la biocompatibilité des nanoparticules d’oxyde de gadolinium et, par conséquent, réduit leur cytotoxicité.

Les effets toxiques médiés par les nanoparticules se présentent sous la forme de dommages génétiques, de stress oxydatif et de réponses inflammatoires. De plus, il existe cinq aspects clés liés aux changements et à l’interaction cellulaires, notamment l’internalisation par les macrophages, les dommages à l’ADN, la mort cellulaire, ainsi que la production d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) et de cytokines.

L’internalisation cellulaire est le processus par lequel des particules étrangères sont ingérées dans la cellule. Ainsi, ce processus est affecté par les propriétés physiques et chimiques des molécules de surface. Les nanoparticules envahissantes sont principalement ingérées par les macrophages via leur activité phagocytaire.

Le mécanisme de production de ROS est différent selon les nanoparticules, les mitochondries étant la principale source de production de ROS. Il est important de noter que toutes les nanoparticules n’induisent pas la production de ROS, la majorité des nanoparticules métalliques générant une toxicité par l’induction d’une réaction hydroxyle au moyen d’une réaction de type Fenton.

Le mécanisme par lequel les nanoparticules induisent une cytotoxicité vis-à-vis des macrophages est similaire au mécanisme toxique classique des nanoparticules, qui est la production et la libération de cytokines pro-inflammatoires et la réponse inflammatoire subséquente. Les nanoparticules peuvent également induire des dommages à l’ADN par contact direct ou par le biais d’un stress oxydatif et de réponses inflammatoires.

La mort cellulaire est le changement cellulaire le plus néfaste, qui pourrait prendre la forme d’apoptose, également appelée mort programmée, autophagie et nécrose, ou mort non programmée. Différents types de nanoparticules induisent différents types de mort cellulaire.

conclusion

Dans la présente étude, les chercheurs résument les effets toxiques des nanoparticules sur les macrophages in vitro et décrire les changements cellulaires qui surviennent suite à cette interaction. Dans l’ensemble, la toxicité des macrophages due aux nanoparticules est principalement démontrée par l’internalisation des nanoparticules, les réponses inflammatoires, le stress oxydatif, la mort cellulaire et les dommages à l’ADN.

À l’avenir, les chercheurs devraient étudier les mécanismes de toxicité non classiques et explorer davantage les in vivo toxicité macrophage des nanoparticules.