La Toxicité des Nanoparticules |
Nanomatériaux : les Industriels entretiennent le Flou |
L.G. - SCIENCE & VIE N°1242 > Mars > 2021 |
L'Exposition aux Nanoparticules se lit sur la Peau |
Dentifrice, pneus, cosmétiques... les nanoparticules sont partout. Or, ces particules ultrafines peuvent se révéler toxiques lorsqu'elles sont absorbées par l'organisme.
Pourtant, à ce jour, aucune méthode ne permet de mesurer facilement les doses reçues par une personne : il faut en passer par des prélévements directs sur les organes potentiellement contaminés. Les travaux de Warren Chan, à l'université de Toronto (Canada), pourraient changer la donne. Pour la première fois, "le taux d'exposition aux nanoparticules peut être quantifié en observant simplement la peau changer de couleur", affirme le chercheur.
Chez la souris, il a en effet montré qu'une partie des nanoparticules absorbées à la surface de la peau... et, surtout, que leur concentration locale est un bon marqueur du niveau d'exposition des autres organes. Pour le prouver, il a injecté à des rongeurs des nanoparticules fluorescentes à différents dosages : sur leur peau, des taches sont apparues... plus ou moins intenses selon la dose reçue. En pratiquant des biopsies de la rate et du foie, le chercheur a confirmé que l'intensité des taches était bien corrélée à la concentration retrouvée dans ces organes.
C.H. - SCIENCE & VIE N°1162 > Juillet > 2014 |
Sait-on Exactement Quelles Napoparticules nous Respirons ? |
Des études ont montré que les nanoparticules pénètrent dans les alvéoles pulmonaires sans toutes en ressortir.
À question simple, réponse complexe. Bien sûr, il est toujours possible d'analyser les composants d'un aérosol, y compris les nanoparticules de n'importe quel type, en utilisant des moyens "classiques" de laboratoire : spectrométrie, diffraction des rayons X, analyse chimique, microscope électronique, etc. Lourdes, longues et coûteuses, ces techniques ne conviennent évidemment pas au terrain. Sommes-nous alors démunis ? Non, car depuis une trentaine d'années, des appareils capables de caractériser les particules en suspension dans l'air ont été développés pour les climatologues ou les spécialistes de la radioprotection. Cependant, avant d'opter pour telle ou telle technique, il convient de savoir ce que l'on cherche. Les études environnementales explorent la composition "brute" de l'aérosol, alors que les travaux à visée sanitaire ou épidémiologique s'attachent à l'exposition des personnes. Les premiers classent les particules par taille (PM10, PM2,5 et PM1, selon leur diamètre en micromètres), les seconds distinguent les particules "inhalables" qui pénètrent les voies aériennes supérieures, "thoraciques", qui vont jusqu'aux bronches, et "alvéolaires", qui atteignent les alvéoles pulmonaires. Les nanoparticules appartiennent à cette dernière catégorie, et démontrent de plus une fâcheuse tendance à rester dans les alvéoles au lieu d'en repartir à l'expiration suivante.
ANALYSE EN LABORATOIRE
Les naoparticules tendent à s'agréger entre elles, formant des microparticules (ici, du noir de carbone ->), ou à se coller à de la poussière.
Une fois tombé d'accord sur la nature de l'élément à traquer, reste à décider comment s'y prendre : étudie-t-on un lieu de travail ou un environnement extérieur ? En temps réel ou a posteriori ? Et souhaite-t-on détecter, identifier ou quantifier ce qui flotte dans l'air ? Les techniques utilisées et la stratégie de mesure dépendront de ces choix. Enfin, il ne faut pas oublier que les nanoparticules ne restent pas longtemps isolées : elles ont tendance à s'agglomérer ou à se déposer sur des grains de poussière "ordinaire", de l'ordre de la dizaine de micromètres. Or, ces agglomérats de taille micrométrique ne se comportent pas forcément comme des microparticules, notamment d'un point de vue toxicologique, puisque leur surface développée reste très importante. Pour prendre vraiment en compte les nanoparticules, il faut donc aussi s'intéresser aux microparticules.
Quelle que soit la situation, un passage par le laboratoire reste aujourd'hui inévitable. En effet, les appareils de terrain disponibles ne mesurent que des paramètres quantitatifs (masse totale, taille, nombre ou surface), mais ne peuvent pas déterminer la nature des particules détectées, ni les distinguer du "bruit de fond" (l'atmosphère est chargée de nanoparticules naturelles ou résultant d'activités humaines comme les particules diesels, les fumées de soudure, etc.). Il faut donc au moins une fois prélever un échantillon et l'analyser "classiquement" en laboratoire. Une fois connus la composition de l'aérosol et le bruit de fond, le suivi in situ peut commencer. Entrent alors en jeu des instruments aux noms barbares, comme des impacteurs en cascade, des spectromètres à mobilité électrique ou des batteries de diffusion pour déterminer la taille des particules, des compteurs optiques ou à noyau de condensation pour compter leur nombre, des microbalances à élément oscillant pour évaluer leur masse, voire des chargeurs à diffusion d'ions pour connaître leur surface. Reste que, pour déterminer l'exposition d'uné personne, il ne suffit pas de caractériser l'atmosphère ambiante de son lieu de travail ou de vie : encore faut-il savoir précisément ce qu'elle inhale, donc mesurer au plus près de ses voies respiratoires, avec des dispositifs portables sur la poitrine. De tels instruments, s'ils existent déjà pour les microparticules, en sont encore au stade du développement pour leurs homologues nanométriques. C'est l'objet, entre autres, des programmes de recherche européens Nanosafe et Nanodevice. Enfin, pourra-t-on un jour déterminer in situ la nature des particules détectées, sans devoir recourir au laboratoire ? C'est le but d'un appareil en cours de développement, le spectromètre laser. Son principe : un rayon laser transforme les nanoparticules en un plasma, qui émet un spectre lumineux caractéristique de ses composants. Il suffit donc de focaliser et d'analyser cette lumière. Déjà opérationnel en laboratoire, ce spectromètre restera toutefois un appareil imposant (donc inadapté aux mesures individuelles), extrêmement cher.
P.P. - SCIENCE & VIE HS > Décembre > 2010 |
À quelles Quantités sommes-nous Exposés Chaque Jour ? |
À l'extérieur, en milieu urbain, la concentration de nanoparticules peut dépasser les 100.000 unités par millilitres d'air.
Bien malin qui peut répondre à cette question, d'autant qu'il n'existe pas de campagnes de mesures systématiques autres que celles liées à la qualité de l'air. Celles-ci prennent en compte des particules de tailles diverses (PM10, PM2,5 et PM1, selon leur taille en micromètres) auxquelles se sont récemment ajoutées les particules "ultrafines" (PM0,1), qui sont des nanoparticules. Nous inhalons en permanence un aérosol formé de nanoparticules naturelles (provenant d'éruptions volcaniques, de l'érosion éolienne, des feux de forêt, des pollens, des embruns, etc.) et d'origine humaine non volontaire (fumées industrielles ou domestiques, échappement des véhicules, en particulier diesels, etc.). À titre d'exemple, une voiture rejette de 100.000 à 1 million de milliards de nanoparticules par kilomètre parcouru ! Des chiffres circulent, certes. Ainsi à l'extérieur, dans un milieu préservé (à la campagne) ou à l'intérieur d'une habitation, chaque millimètre d'air contient environ 10.000 nanoparticules. Ce chiffre augmente dans des zones les plus exposées, notamment près d'une voie de circulation fréquentée, et atteint 700.000 nanoparticules dans les aéroports. À cela vont bientôt s'ajouter celles produites volontairement, par exemple échappées des pneumatiques et de l'usure de matériaux en contenant. Elles ne représenteront cependant qu'une partie minime du total, ce qui ne facilitera pas leur détection.
UN ÉNORME BRUIT DE FOND NATUREL
Il en va autrement en milieu professionnel (usine de silice, minoterie, atelier de soudage...) où se concentrent plusieurs centaines de milliers et de nanoparticules par millimètre d'air. Quel sens accordé à ces chiffres ? L'énormité du bruit de fond naturel et de la pollution interdit probablement toute estimation de l'impact des nanoparticules "volontaires". Surtout, le nombre total de particules inhalées n'est peut-être pas un critère suffisant. La surface totale, considérée comme plus pertinente en termes toxicologiques, la forme des particules (les fibres seraient ainsi plus dangereuses que les sphères) et leur composition (totalement inatteignable par des mesures de terrain) échappent pour l'instant aux mesures.
P.P. - SCIENCE & VIE HS > Décembre > 2010 |
Les Nanoparticules présentent-elles un Danger pour la Santé ? |
La question est sur toutes les lèvres. Comme toute nouveauté technique, les nanotechnologies suscitent des inquiétudes légitimes, des débats, voire des oppositions plus ou moins radicales. Des études menées in vitro montrent que certaines nanoparticules pourraient porter atteinte aux gènes.
Certains groupes vont même jusqu'à les qualifier de nécrotechnologies. À quelques années d'écart, l'âpreté de la controverse rappelle l'arrivée des OGM. Quoi qu'il en soit, si l'on est loin de pouvoir répondre aujourd'hui à la question de la toxicité des nanoparticules, il existe de sérieuses raisons de la poser.
Bien entendu, la réponse - lorsqu'elle arrivera différera selon les types de particules. À ce sujet, il faut distinguer les nanoparticules insolubles, qui peuvent poser un problème, de leurs homologues solubles et/ou biodégradables, qui sont décomposées dès leur entrée dans l'organisme et redeviennent ipso facto des substances "ordinaires". Malgré l'absence de recul sur les nanoparticules fabriquées intentionnellement, les chercheurs ne sont pas totalement démunis. Tout d'abord, les épidémiologistes ont tiré des enseignements de la présence de particules "ultrafines" non-intentionnelles dans l'atmosphère, qu'il s'agisse par exemple des émissions des moteurs diesels, de l'amiante ou de la poussière de silice. Le bilan de la pollution atmosphérique est bien connu : réponse inflammatoire dépendant de la dose, pathologies allergiques et respiratoires (rhinite, asthme, bronchite), pathologies cardiovasculaires. Les personnes fragiles (asthmatiques, ou ayant un antécédent cardiovasculaire) en sont les premières victimes. Sur les lieux de travail, les effets de l'amiante (cancer de la plèvre), de la silice (silicose) ou des poussières de bois (cancer des voies respiratoires supérieures) ont aussi été bien documentés. Deuxième élément d'inquiétude : du fait de leur immense surface spécifique, les nanoparticules sont beaucoup plus réactives, et donc susceptibles d'interagir davantage avec l'organisme que leurs homologues micrométriques.
DES CANCERS CHEZ LE RAT
Le cas du dioxyde de titane (TiO2) est à cet égard emblématique. Considéré comme inerte à l'échelle micrométrique, ce composé est très largement employé dans l'agroalimentaire et l'industrie cosmétique. Or, des nanoparticules de TiO2 ont montré, chez le rat, qu'elles pouvaient entraîner des mutations et des cancers. En 2006, le Centre international de recherche sur le cancer - une émanation de l'OMS a donc classé le TiO2 inhalé comme "cancérogène possible pour l'homme", en précisant que la forme nanométrique était plus dangereuse, expérimentalement, que la forme micrométrique. De manière générale, plus elles sont petites, plus les nanoparticules semblent toxiques. La forme intervient également puisque les fibres sont encore plus problématiques que les sphères - c'est d'ailleurs le cas pour le TiO2. Elles ont en effet la désagréable propriété de perturber la division cellulaire. De plus, la présence fréquente d'impuretés à leur surface, ainsi que leur tendance à former des agrégats de composition variable, selon ce qui flotte dans l'air, concourent à la possible toxicité des nanoparticules. Enfin, et c'est une autre raison de s'interroger, leur taille minuscule par rapport aux cellules leur confère des propriétés remarquables - même si celles-ci varient selon la nature de la particule - de pénétration dans l'organisme. Elles peuvent en effet, à partir d'un dépôt en surface, entrer dans les cellules superficielles, puis passer de l'une à l'autre - un phénomène appelé translocation - et atteindre le flux sanguin pour se répandre dans l'organisme entier. Elles peuvent également suivre d'autres voies, comme les nerfs. Faute de modèle approprié, on ne sait rien du passage de la barrière placentaire, donc si des nanoparticules présentes dans l'organisme maternel peuvent atteindre le fotus. Des trois voies d'entrée possibles dans l'organisme, l'inhalation est la plus étudiée. Arrivées dans le nez, des nanoparticules peuvent parvenir directement au cerveau en suivant le nerf olfactif. La plupart pénètrent cependant jusqu'aux alvéoles pulmonaires et s'y déposent - à l'exception des plus petites, de moins de dix nanomètres, qui se déposent plutôt dans les voies supérieures. Certes, les macrophages, ces cellules immunitaires chargées de phagocyter ("avaler") les intrus, veillent à la surface des alvéoles, et évacuent les poussières en les remontant avec le mucus après la capture. Mais certaines nanoparticules, comme le noir de carbone de moins de vingt nanomètres ou les nanotubes, échappent à leur vigilance ! Résultat : elles s'accumulent dans l'alvéole, provoquant une inflammation. Pire, une quantité non-négligeable pénètre dans les cellules et arrive, via le sang, jusqu'à des organes comme le foie, les reins, la rate, mais aussi le cerveau, les organes reproducteurs, etc.
La deuxième voie d'entrée possible est la peau, qu'il s'agisse de nanoparticules présentes dans les produits cosmétiques, donc volontairement déposées là, ou de contact involontaire via la pollution atmosphérique, par exemple. La couche cornée externe de la peau constitue une barrière relativement efficace capable par exemple d'arrêter les nanoparticules de TiO2, mais laissant pénétrer celles de fer ou les nanotubes de carbone. De plus, les tests sont effectués sur des modèles cellulaires de peau "normale", or toute peau porte des plis de flexion et des follicules pileux, et il arrive qu'elle soit irritée, lésée, voire affectée de psoriasis ou d'eczéma. Autant de situations facilitant la pénétration des nanoparticules. Enfin, il est possible d'avaler des nanoparticules, soit volontairement en tant que composants alimentaires, soit involontairement, par exemple avec le mucus en provenance des voies respiratoires. Or certaines peuvent passer la barrière intestinale.
DES TESTS À INVENTER
Indiscutablement, il existe assez de motifs d'inquiétude pour aller y voir de plus près. Les études in vitro (sur des cellules en culture) ou sur des modèles animaux, en général des rats ou des souris, se sont donc multipliées ces dernières années. La variété des particules testées (noir de carbone, nanotubes, TiO2, argent), des modes d'administration (inhalation forcée, injection) et des doses ne facilite pas la lecture des résultats, et interdit toute conclusion définitive. On peut tout de même retenir que les études in vitro montrent souvent des propriétés inflammatoires et d'altération des gènes, ce qui laisse supposer que ces particules sont susceptibles de provoquer, à terme, un cancer ou d'atteindre les capacités de reproduction. Selon les expériences, les animaux testés ont souffert de pathologies respiratoires (inflammation, fibrose, hyperréactivité bronchique, voire cancers), cardiovasculaires (trouble du rythme cardiaque, athérosclérose, coagulation, défaut d'irrigation du myocarde) ou de réactions allergiques. Pour inquiétants qu'ils paraissent, ces résultats préliminaires ne suffisent pas à affirmer la toxicité des nanoparticules pour l'homme. Il reste encore beaucoup à faire, à commencer par définir des méthodes toxicologiques adaptées à ces curieux objets. En effet, les tests classiques ne prennent en compte que la composition chimique du produit et la dose totale administrée. Reste donc à inventer une "nanotoxicologie" qui consisdérerait également la taille des particules, leur surface spécifique, leur solubilité, leur réactivité, leur charge électrique, leur capacité à former des agrégats ou agglomérats, leur traitement de surface (la silice ou l'oxyde d'aluminium déposés sur des particules de TiO2 pour faciliter leur dispersion dans les produits cosmétiques, par exemple), d'éventuelles impuretés, etc. Autant de paramètres qui influencent la capacité d'une particule à pénétrer et à circuler dans l'organisme, ainsi que son activité biologique. De fait, tous les experts du domaine soulignent le besoin criant de méthodes toxicologiques, de modèles cellulaires validés (placenta, circulation neurale, inflammation, etc.), d'outils de mesure et de caractérisation des particules. C'est donc à cela, plus encore qu'aux tests des particules elles-mêmes, que sont consacrés les efforts actuels de recherche. En espérant pouvoir répondre à la question de la toxicité avant que les nanoparticules ne deviennent des objets courants...
P.P. - SCIENCE & VIE Hors Série > Décembre > 2010 |
Des Nanoparticules peuvent Abîmer l'ADN à Distance |
La découverte est déroutante. Au laboratoire, des nanoparticules ont réussi à endommager à distance des cellules protégées par une barrière cellulaire étanche, comparable à celle qui entoure le cerveau. Les nanoparticules ont endommagé l'ADN des fibroblastes (->), malgré une barrière cellulaire étanche.
Composées de cobalt-chrome, ces nanoparticules sont utilisées pour fabriquer des prothèses de hanche, et les chercheurs savaient déjà qu'elles pouvaient léser l'ADN au-delà d'une certaine concentration. Mais à leur grande surprise, elles ont causé autant de dégâts de loin qu'en étant en contact direct avec les cellules. S'il est certain que les nanoparticules ne passent pas la barrière, les signaux "d'attaque" pourraient, eux, se propager via des molécules permettant la communication entre les cellules. Si rien ne prouve encore qu'une telle altération se produit dans le corps humain, les études d'innocuité devront compter avec ces résultats inattendus. Des résultats qui, selon les chercheurs ayant mené l'étude à l'université de Bristol, prouvent surtout qu'il est possible d'agir à distance sur des organes que l'on croyait inaccessibles aux médicaments.
M.Co. - SCIENCE & VIE > Janvier > 2010 |
Les Nanoparticules Agissent à Distance |
Les nanoparticules peuvent endommager les cellules sans y pénétrer. C'est ce qu'a découvert une équipe de l'hôpital et de l'université de Bristol (Angleterre).
Les chercheurs ont étudié, in vitro, l'action de nanoparticules métalliques (à base de cobalt et de chrome) sur des cellules protégées par une membrane biologique constituée de cellules d'une autre origine. Les particules, de tailles micrométriques ou nanométriques, ne traversent pas cet obstacle. Et pourtant des lésions sont apparues sur l'ADN à l'intérieur des cellules protégées. Si le mécanisme complet n'est pas encore compris, il apparaît que c'est l'action des métaux sur la membrane protectrice qui conduit, par une série de réponses biologiques, aux dommages indirects sur l'ADN. Les chercheurs ne se risquent pas à extrapoler leurs résultats à de vraies barrières biologiques comme le placenta. Il n'est pas non plus évident qu'ils se reproduiraient in vivo ni que cet effet concerne des nanoparticules plus courantes tels les nanotubes de carbone ou les oxydes de titane. Ces travaux publiés dans Nature Nanotechnology compliquent quand même la délicate évaluation de la toxicité des nanoparticules.
D.L. - SCIENCES ET AVENIR > Décembre > 2009 |
La Possible Toxicité des Nanoparticules |
"C'est la première fois que l'on se penche sur la possible toxicité d'une innovation, les nanoparticules, avant que des problèmes n'apparaissent", Mark Wiesner, directeur du Centre pour les effets environnementaux des nanotechnologies.
Que deviennent les nanoparticules dans l'environnement ? Ces atomes sont-ils absorbés par les bactéries, les plantes ? Migrent-ils dans la chaine alimentaire ? Perturbent-ils le fonctionnement des écosystèmes ? Pour répondre à ces questions, les chercheurs de l'université Duke (États-Unis) ont recréé dans une forêt 12 milieux naturels de quelques mètres carrés de surface. Ces "mésocosmes", reconstitutions de mares ou de sols forestiers, vont permettre de suivre le devenir de nanoparticules répandues par les chercheurs et d'en mesurer l'éventuelle toxicité.
Le Centre pour les effets environnementaux des nanotechnologies de Duke est doté de 14 millions de dollars sur cinq ans par l'Agence américaine de protection de l'environnement (EPA). Ses premières expériences concernent le nano-argent, très utilisé par l'industrie pour son rôle antibactérien.
www.ceint.duke.edu
L.C. - SCIENCES ET AVENIR > Octobre > 2009 |