Projet ANR-11-CESA-0004 – NanoZnOTox : Bioperception, toxicité et stabilité de quantum dots d’oxyde de zinc
Programme : Contaminants et Environnements : Métrologie, Santé, Adaptabilité, Comportements et Usages (CESA) 2011
Année de financement : 2011
Coordinateur du projet : Monsieur Raphaël SCHNEIDER (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE CENTRE-EST)
Partenaires : Institut de Sciences des Matériaux de Mulhouse; Laboratoire de Chimie Physique et Microbiologie pour l'Environnement; Laboratoire Interactions Microorganismes-Minéraux-Matière Organique dans les Sols; Laboratoire Réactions et Génie des Procédés; Laboratoire de Chimie et Physique - Approche Multi-Échelle des Milieux Complexes
Montant : 440000.0 euros
Date de début : 2011
Durée : 36 mois
Résumé : Ces dernières années, les énormes progrès réalisés en nanotechnologie ainsi qu’en science des matériaux ont conduit à la synthèse de nombreuses nouvelles nanoparticules sans réellement connaître l’ensemble des propriétés associées à leurs dimensions. Les risques encourus avec des matériaux qui possèdent des propriétés dépendantes de leur taille, de leur morphologie et de leur composition, génèrent de nombreuses craintes susceptibles de freiner leur acceptation par une large majorité de l’opinion publique. 
Avec ce projet, nous souhaitons évaluer les risques et les problèmes associés aux nanomatériaux, en termes de toxicité et de stabilité, en utilisant des Quantum Dots (QDs) à coeur de ZnO comme modèle. Les QDs sont des nanoparticules photoactives qui présentent un large champ d’application allant du photovoltaïsme à l’imagerie de fluorescence en milieu biologique. Ces propriétés de fluorescence, dont les caractéristiques sont directement liées à la composition et à la taille, peuvent être mises à profit dans un contexte plus fondamental pour rendre compte de leur stabilité. Il a récemment été démontré que les QDs présentaient une activité cytotoxique supérieure à celle attendue pour les éléments les composant. Cette toxicité aurait deux sources, une libération de métaux et une production d’espèces réactives de l’oxygène (EROS), avec des contributions relatives qui restent encore difficiles à anticiper. Si la libération de métaux dépend de la composition et la stabilité de la nanoparticule, la production d’EROS est directement liée à la nature réactive de la nanoparticule et de sa chimie de surface. Avec ce projet, nous souhaitons poser les bases d’une réflexion sur la relation qui existe entre la structure chimique, la stabilité et la toxicité de QDs ZnO.
Notre travail sera divisé en trois parties : (i) tout d’abord, synthèse de 12 QDs ZnO de structures contrôlées et détermination de la relation existant entre leurs propriétés et leur toxicité. Différentes fonctionnalisations de surface seront réalisées afin de faire varier les interactions entre les nanomatériaux et des cellules bactériennes utilisées comme matériel biologique modèle, (ii) dans un second temps, évaluation de la stabilité, à la fois en l’absence et en présence de matériel biologique, à l’aide d’outils nouveaux et originaux tels que la spectrométrie de masse et des biosenseurs à Zn2+, enfin, (iii) évaluation de la toxicité des QDs sur des bactéries à l’aide de tests basés sur la cinétique de croissance de microorganismes, l’évolution de l’intégrité membranaire et d’activités enzymatiques après exposition aux QDs, l’évaluation des dommages causés par les EROS, et grâce à l’utilisation d’une batterie de biosenseurs bactériens couvrant diverses réponses au stress (notamment oxydant). Des tests d’adaptation des bactéries à ces « nouveaux polluants » seront également réalisés afin d’évaluer dans quelle mesure les microorganismes sélectionnés peuvent faire face à de nouvelles pollutions anthropogéniques. Nous espérons ainsi établir un algorithme permettant de prédire les effets bénéfiques ainsi que les risques associés à l’exposition aux nanomatériaux qui prennent une place de plus en plus importante dans l’industrie et en médecine.