Toxicity and pulmonary clearance of carbon nanotubes
Toxicité et clairance pulmonaires des nanotubes de carbone
Résumé
Constituted only by carbon atoms, carbon nanotubes (CNT) are hydrophobic and hardly detectable in biological tissues. These properties make biokinetics and toxicology studies more complex. In this work, we propose to study the effect of bovine serum albumin as a dispersing agent for CNT. The toxicological effect of a multi walled CNT (MWCNT) and a method to investigate the biopersistence of CNT in organism, based on detection of nickel, a metallic impurity present in the MWCNT we investigated were then analyses. Our results, in rats that received 100 μg of MWCNT by a unique intratracheal instillation, reveal that MWCNT do not induce histopathological lesions, modifications of physiological pulmonary parameters and inflammation. Moreover, MWCNT do not significantly cross the pulmonary barrier and can be eliminated by a slow mechanism. Using electonic microscopy and infrared spectroscopy, we showed that MWCNT may be cleaved and chemically modified in the lung. Analyses of MWCNT lung clearance mechanism lead us to propose a hypothesis based on the
phagocytosis, apoptosis of alveolar macrophages, possible degradation of MWCNT by alveolar macrophages, and elimination of apoptotic cells.
phagocytosis, apoptosis of alveolar macrophages, possible degradation of MWCNT by alveolar macrophages, and elimination of apoptotic cells.
Les nanotubes de carbone (NTC) sont difficilement détectables dans les matrices biologiques. Ceci rend l'étude de leur toxicité et de leur biodistribution plus difficile. Lors de ce travail, nous avons étudié, dans un premier temps, l'effet de l'albumine sérique de veau (BSA) sur la dispersion des NTC puis dans un second temps, la toxicité, la biodistribution ainsi que la clairance d'un NTC multi-feuillet (MWCNT) chez le rat en utilisant le nickel, une impureté métallique présente dans le nanotube étudié. Après une unique instillation intratrachéale de 100 μg de MWCNT, nos résultats ne montrent ni inflammation, ni lésions pulmonaires, ni modifications des paramètres physiologiques pulmonaires. De plus, l'absence de passage de la barrière alvéolo-capillaire et la mise en place d'un long mécanisme de clairance ont été observées dans le poumon. Afin de mieux comprendre ce mécanisme et à l'aide de la microscopie electronique et de la spectroscopie infrarouge, nous avons montré que les MWCNT sont chimiquement modifiés et sont clivés dans le poumon. Ces résultats, ainsi que l'étude de la phagocytose des MWCNT et de l'apoptose des macrophages alvéolaires, ont permis d'émettre l'hypothèse d'un mécanisme de clairance selon laquelle l'élimination des MWCNT dans le poumon serait liée à la phagocytose, l'apoptose, la dégradation de MWCNT par les macrophages alvéolaires puis la phagocytose de cellules apoptotiques.
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