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«Best Paper Award 2007» dans le domaine des sciences de lenvironnement pour une équipe de lEPFZ et de lEmpa
Comment les nanoparticules métalliques stressent les cellules
Chaque année la revue scientifique «Environmental Science & Technology» récompense parmi plus de 1200 publications les meilleurs travaux scientifiques dans le domaine des sciences et de la technologie de lenvironnement et de la politique environnementale soit les travaux qui exercent «une influence déterminante et durable» sur le domaine de recherche concerné, ainsi que lécrit léditeur dans le numéro du mois davril de cette revue. Cette année cette distinction récompense un travail issu dune collaboration entre lEmpa et lEPFZ dans lequel les chercheurs ont élucidé un mécanisme par lequel les nanoparticules métalliques provoquent un stress oxydatif dans les cellules pulmonaires.

Légende: Fumée de soudure avec nanoparticules renfermant des métaux
Plus les nanoparticules sont réactives, plus les cellules y réagissent
Les cultures de cellules sont un des «cobaye» les plus couramment utilisés pour les études toxicologiques lors desquelles on leur ajoute les agents chimiques ou aussi des nanoparticules- à examiner pour étudier leurs réactions. Dans un test cellulaire utilisant des cellules pulmonaire humaines, cette équipe de chercheurs de lEPFZ et de lEmpa ont élucidé le mécanisme par lequel certaines nanoparticules renfermant des métaux peuvent «stresser» les cellules et ont ainsi découvert de premiers indices sur les caractéristiques qui rendent certaines nanoparticules potentiellement dangereuses.
Les réactions inflammatoires et autres endommagements cellulaires débutent fréquemment par un stress oxydatif, une surproduction despèces réactives de loxygène, tels que par exemple des radicaux libres ou des peroxydes, qui peuvent endommager les protéines cellulaires et lADN. Cest pourquoi les chercheurs ont étudié différentes nanoparticules renfermant des métaux utilisées comme catalyseurs de réactions chimiques différant nettement dans leur activité catalytique, telles que par exemple les particules doxyde de titane, doxyde de cobalt et doxyde de manganèse.
Il est apparu que les nanoparticules possédant une activité catalytique comme les particules doxyde de cobalt ou de manganèse mettaient davantage sous stress les cellules que les particules inertes doxyde de titane qui ne portent pratiquement pas atteintes aux cellules. Il semble ainsi que cest en premier lieu la composition chimique des particules et ainsi leur réactivité chimique qui rendent les nanoparticules dangereuses pour les cellules. Si ces soupçons venaient à se confirmer, ainsi que le déclare le chercheur de lEmpa Peter Wick, « ceci pourrait nous fournir une sorte de liste de priorité avec les particules demandant à être examinées de plus près.»
Un «cheval de Troie» à léchelle du nanomètre
Etonnamment, les solutions de sels de cobalt ou de manganèse étaient nettement moins toxiques pour les cellules que les nanoparticules de ces mêmes métaux; les membranes cellulaires protègent ainsi les cellules contre les ions de métaux lourds en solution. Mais si les cellules sont confrontées à des nanoparticules renfermant des quantités comparables de cobalt ou de manganèse, elles forment jusquà huit fois plus despèces réactive de loxygène. Les nanoparticules semblent ainsi être en mesure dintroduire «en contrebande» des oxydes métalliques à activité catalytique dans les cellules où elles peuvent provoquer un stress oxydatif ce qui a amené les chercheurs à comparer ces particules à un «cheval de Troie».
Le développement dapplications «nano» sûres et durables est au centre des travaux de recherche fondamentale et de recherche appliquée aussi bien à lEPFZ quà lEmpa. «Nous ne pourrons tirer profit à longue échéance des avantages considérables de la nanotechnologie que si, parallèlement au développement technologique, nous procéderons aussi toujours à une analyse des risques et de la durabilité» déclare le chercheur de lEPFZ et directeur de cette étude Wendelin Stark. «Dans ceci la collaboration interdisciplinaire, comme ici entre lEPFZ et lEmpa, occupe une position clé et permet de réunir le savoir de différentes disciplines.»
Maintenant les chercheurs de lEmpa vont tenter délucider comment le système immunitaire humain réagit aux nanoparticules. Dans un projet financé par le 7e programme cadre de lUE lancé au début 2008, les chercheurs de onze pays européens et de laboratoires des USA étudient les effets des nanoparticules sur les lymphocytes T et B et sur les macrophages du système immunitaire. Mais les chercheurs de lEmpa veulent aussi établir lutilisation de systèmes tissulaires complexes qui permettent une estimation plus réaliste des risques potentiels des nanomatériaux que les cultures de cellules pures.

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