Comportement des nanoparticules de silice en milieu biologique ...

tel-00836093, version 1 - 20 Jun 2013
Chapitre 1 : Interactions des particules de silice avec le vivant
membrane plasmique, des nanoparticules avec des enzymes comme les NADPH oxydases qui
interviennent dans le stress oxydant. Les nanoparticules peuvent aussi interagir avec des
organites source d’espèces réactives de l’oxygène comme les mitochondries ou le réticulum
endoplasmique (Unfried 2007). Enfin les nanoparticules peuvent avoir un effet néfaste sur le
système antioxydant présent dans les cellules, en diminuant par exemple le niveau
intracellulaire de glutathion, qui joue un rôle essentiel dans les mécanismes redox impliqués
dans les mécanismes de défense contre le stress oxydatif. Cet effet est progressif et dépend de
la taille des particules ainsi que de la concentration à laquelle sont exposées les cellules.
L’étude menée par Akhtar et al. sur la toxicité de nanoparticules de silice dans des cellules
épithéliales pulmonaires montre que, lorsqu’elles sont exposées aux nanoparticules, ces
cellules conservent leur niveau de glutathion mais qu’il y a formation d’espèces réactives de
l’oxygène (Akhtar 2010). Cependant, il faut noter que les niveaux d’espèces réactives de
l’oxygène produits restent faibles comparés à d’autres matériaux connus pour induire un fort
stress oxydant. Ces résultats peuvent varier puisqu’une autre équipe a mis en évidence la
diminution du niveau de glutathion dans des cellules du rein suite à leur exposition à des
nanoparticules de silice de 20 et 50 nm de diamètre à différentes concentrations. Par ailleurs,
des niveaux assez élevés d’espèces réactives de l’oxygène ont été mesurés dans ces cellules
après exposition aux nanoparticules ainsi qu’une peroxydation lipidique au niveau de la
membrane (Wang 2009). Dans ce cas, il semble que la production de radicaux soit plutôt liée
à la diminution du niveau de glutathion et entraîne l’apoptose des cellules.
Cet effet du stress oxydant a été mis en évidence par Liu et al. qui ont montré que l’exposition
de cellules endothéliales à des nanoparticules de silice induit leur apoptose via l’interaction
néfaste des particules avec les mitochondries. Ces interactions induisent une cascade de
signaux intracellulaires qui conduit à la sur-expression de protéines pro-apoptotiques et à la
suppression des protéines anti-apoptotiques (Liu 2010).
Il semble que les particules de silice soient parfois capables d’induire directement la
formation d’espèces réactives de l’oxygène lors de leur interaction avec la membrane. Ces
espèces réactives peuvent alors entraîner une peroxydation des lipides de la membrane qui
l’endommage. Par ailleurs, les nanoparticules de silice peuvent entraîner, suite à leur
internalisation et à leur interaction avec les différents organites, une dérégulation du signal
enzymatique qui conduit à un dysfonctionnement de la cellule. Enfin, lors des études in vivo,
le stress oxydant peut aussi être généré indirectement par un signal enzymatique déclenché
suite à l’internalisation des particules dans des macrophages.
46