Investigateurs: K Maghni1, DSc, PhD, Stéphane Hallé2 , Eng, PhD, Claude Emond3 PhD. Centre asthme et travail; 2 École de Technologie supérieure 3 Université de Montréal.
Partenariat: Réseau de recherche en santé et sécurité au travail du Québec (RRSSTQ). FRSQ et IRSST *.
Etudiante: Myrella Bergeron-Prévost , maîtrise en Biologie Moléculaire, Université de Montréal.
Introduction: L'investissement mondial dans les nanotechnologies devrait atteindre 12 milliards USD en 2008, et serait estimé à 1000 milliard de dollars vers 20151. Les nanoparticules (NPs) sont définies comme des particules ayant une dimension de 1 à 100 nm. Plusieurs études ont suggéré (beaucoup d’études2, 3) ou démontré (très peu d’études4) que les NPs pouvaient constituer un risque potentiel pour la santé des travailleurs. La toxicité associée aux NPs est attribuable à leur capacité de pénétrer facilement dans l'organisme et d’induire des réponses cellulaires pro-inflammatoire (e.g. stress oxydatif) ou d’apoptose (i.e. altération de l’ADN). Plusieurs modèles in vitro et in vivo ont été développés pour étudier la toxicité des NPs. Cependant, au mieux de notre connaissance, aucun des modèles in vitro développés a conduit 1) à un modèle cellulaire qui se rapproche le plus possible des cellules retrouvées dans l’organe initial (e.g. cellules épithéliales de l’arbre trachéo-bronchique) et 2) à un essai cellulaire standardisé permettant ainsi des études comparatives par les chercheurs du monde entier. À ce jour, Il existe aucune norme de sécurité relative à la manipulation des NPs, ni au Québec ni dans le reste du monde1. Il est donc impératif de définir des normes relatives à la toxicité des différentes classes de NPs. De plus, nous pensons que ces normes devraient prendre en compte la condition respiratoire du travailleur si le risque de nanotoxicité est dû aux NPs présentes dans l’environnement de travail.
Buts de l’étude: 1) de valider un essai in vitro utilisant un épithélium bronchique humain reconstitué comme modèle standard pour l’étude de la toxicité des NPs, 2) de démontrer que les futures normes de sécurité pour les NPs présentes dans l’environnement de travail devraient prendre en compte la condition respiratoire du travailleur, et 3) de proposer, à l’aide des données in vitro et d’un modèle mathématique, des valeurs de référence de toxicité des NPs dans l’environnement pour un travailleur avec ou sans altération des fonctions respiratoires.
Design expérimental et méthodologies: Modèle cellulaire. Les cellules épithéliales bronchiques humaines reconstituées (EpiAirway) de sujets normaux, de sujets asthmatiques, de sujets atteints de MPOC ou de fumeurs seront achetées en plaques de 24-puits de la compagnie MatTek Corporation. Nanoparticule. Parmi les divers types de NPs existants, nous avons opté pour les puits quantiques (« quantum dots » de la compagnie Nntech) car la littérature indique clairement que ces NPs posent des risques à la santé humaine non négligeables4. Détermination des caractéristiques métriques des NPs commerciales et dans le milieu de culture. L’état granulométrique des puits quantiques de la compagnie Nntech fera l’objet d’analyse par microscopie électronique à transmission (MET). Ainsi, la présence de NPs agglomérées sera détectée en déterminant la fonction de distribution radiale (probabilité de trouver une NP à une distance donnée d’une autre NP) des images recueillies par MET. Design expérimental. Les cultures cellulaires EpiAirway de sujets normaux, de sujets asthmatiques, atteints de MPOC ou fumeurs seront incubées avec différentes concentrations de puits quantiques (ou le véhicule) pendant, 1, 4, 8, 18 et 24 heures. Mesures des réponses cellulaires associées à la cytotoxicité, l’inflammation et à l’altération de l’ADN. Cytotoxicité: Mesure des concentrations de la lactate déshydrogénase (LDH) extracellulaires et intracellulaires (kit ELISA). Marqueurs d’inflammation: Mesure de la production des chimiokines IL-8 et éotaxin dans le surnageants des cultures cellulaires (système Bio-Plex), et mesure du stress oxydatif par la formation du 8-isoprostane (kit ELISA). Apoptose: Mesure de l’activation de la caspase 3 (kit ELISA). Modélisation des données in vitro. La concentration de puits quantiques induisant une réponse cellulaire in vitro étant connue, nous extrapolerons cette concentration au poumon tout entier en utilisant un modèle mathématique le ‘‘Multi-Path Particles Dosimetry model’’ (MPPD v2.0, CIIT, RTP, NC, USA) qui prédit la dispersion de particules à l’échelle micro et nanométriques5.
Conclusion et perspectives: Ce projet de recherche constituera la première étude de standardisation d’un essai in vitro pour l’étude de la toxicité pulmonaire des NPs, et il représentera aussi la première étude démontrant la nécessité de prendre en compte la condition respiratoire des travailleurs lors de l’établissement des normes de sécurité reliées aux NPs.
Budget: $ 20,000 pour le temps technique, l’achat des kits, et le coût des cultures cellulaires EpiAirway ($ 1500 la plaque de 24-puits sujet normal, et de $ 1800 à 2200 la plaque de 24-puits sujet avec un problème respiratoire).
1Ostiguy, C. et al., Les effets à la santé reliés aux nanoparticules. Études et recherches / Rapport. Montréal : IRSST. (2008). R-558, 2 e éd. [MO-027142], 2Ostiguy, C. et al., Les nanoparticules : connaissances actuelles sur les risques et les mesures de prévention en santé et en sécurité du travail. Études et recherches / Rapport. Montréal : IRSST. (2006). R-455. [MO-027143], 3Ostiguy, C. Nanotechnologie : vers la prochaine réunion industrielle. Travail et santé. Vol. 23, no 4, 2007, p. 11-14. Cote : AP-600268. 4Hardman, R., 2006, A toxicologic review of quantum dots: toxicity depends on physicochemical and environmental factors: Environ Health Perspect, v. 114, no. 2, p. 165-172. 5Asgharian, B., and O. T. Price, 2006, Airflow Distribution in the Human Lung and its Influence on Particle Deposition: Inhalation Toxicology, v. 18, no. 10, p. 795-801.
* Ce projet a reçu en décembre 2008 un financement de $ 24,714 du RRSSQT. L’intérêt du projet pour la problématique respiratoire importante en santé et sécurité du travail, et le coût des cultures cellulaires EpiAirway justifient la présente demande de subvention en partenariat avec le RRSSTQ pour réaliser la totalité du projet .