Les nanoparticules (NP) figurent aux premiers rangs des contaminants émergents prioritaires dans le champ de surveillance des grands organismes de santé et sécurité du travail. Parmi les NP les plus utilisées, on peut citer les NP d’argent (Ag). L’exposition humaine aux NP d’Ag augmente alors inévitablement avec l’accroissement de leur production et leur utilisation généralisée ce qui suscite des préoccupations sur les risques à la santé. L'objectif du projet est de mieux documenter le devenir des NP d’Ag dans l’organisme, à partir d’études expérimentales chez l’animal exposé sous différentes conditions par inhalation, la principale voie d’exposition des travailleurs. Ces informations sont nécessaires pour le développement sécuritaire de ces nouvelles technologies.
Dans un premier temps, le profil toxicocinétique des NP d’Ag inhalées a été documenté. Les rats ont été exposés « nez seulement » à des NP de 20 nm pendant 6 h à une concentration cible de 15 mg/m3. L'évolution temporelle de l'élément Ag dans les poumons, le sang, les tissus et les excrétas a été déterminée pendant 14 jours après le début de l'inhalation. La cinétique des NP d’Ag inhalées a été ensuite comparée avec la cinétique d’une forme soluble de l’élément Ag suite à l’exposition au nitrate d’argent (AgNO3) dans de mêmes conditions expérimentales pour mieux comprendre leur comportement, principalement, en raison de leur dissolution et leur capacité à libérer progressivement des ions Ag+ en milieu biologique. Ainsi, dans un dernier temps, dans le but de déterminer la meilleure métrique à utiliser pour mieux évaluer les risques associés à ces NP d’Ag, nous avons étudié l’impact de la cinétique entre un nombre plus faible et un nombre plus élevé de particules.
Les profils cinétiques des NP d’Ag inhalées ont montré que la fraction de la dose inhalée qui a atteint les poumons est rapidement éliminée au cours des 72 premières heures suivant l'inhalation, puis la fraction restante de la dose est lentement éliminée par la suite. La dose inhalée éliminée des poumons semble être transférée dans la circulation systémique et atteint un maximum entre 48 et 72 h après l'inhalation. Cependant, les niveaux d'Ag dans le sang étaient faibles, ce qui suggère une biodistribution rapide dans les tissus tels que le foie, l’organe cible des NP d’Ag chez le rat après inhalation. Une translocation vers le bulbe olfactif et les ganglions lymphatiques était évidente durant l'exposition par inhalation de 6 h jusqu'à 6 h après la fin de l'exposition, démontrant l’occurrence d’un transport direct des NP d’Ag via le nerf nasal par le transport axonal et via la circulation lymphatique après la clairance pulmonaire, respectivement. Les profils d'excrétion ont également révélé que l'excrétion fécale est la voie d'excrétion dominante pour les NP d’Ag.
Les résultats obtenus après l'inhalation d'AgNO3 ont montré des différences dans la cinétique de l’Ag sous la forme soluble par rapport à la forme insoluble (nanoparticulaire) avec des niveaux plus élevés dans le sang, le tractus GI et les tissus extrapulmonaires, mais des niveaux plus faibles dans les poumons. En plus de ces observations, l'évolution temporelle de l’Ag dans le tube digestif et les fèces après l'exposition à la forme soluble était associée à une réabsorption intestinale de l'Ag. Une fraction plus élevée de la dose a été également récupérée dans les reins et l'urine pour les formes solubles d’Ag; en effet, la filtration glomérulaire des agrégats de NP d’Ag peut être limitée alors que le cation monovalent dissous peut plus facilement passer dans le filtrat du sang.
Notre étude a également révélé des différences significatives dans les profils temporels de l'Ag dans les poumons, le sang, les ganglions lymphatiques et le tractus gastro-intestinal entre les rats exposés à des aérosols de NP d'Ag avec un nombre faible et un nombre élevé de particules, mais dont la concentration massique est identique. Certaines similitudes entre les deux conditions ont également été notées, telles que la distribution tissulaire relative, le temps jusqu'aux niveaux de pointe (Tmax) et les profils d'excrétion. Cependant, pour confirmer si le modèle de biodistribution des NPs d'Ag est conditionné par le nombre de particules, des investigations supplémentaires sont nécessaires. / Nanoparticles (NPs) are among the top priority emerging contaminants in the monitoring field of the major occupational health and safety organizations. Among the most widely used nanoparticles, we can cite silver nanoparticles (Ag). Human exposure to Ag NPs inevitably increases with the increase in their production and their widespread use which raises concerns about the health risks. The objective of the project is to better document the fate of Ag nanoparticles in the body, based on experimental studies in animals exposed under different conditions by inhalation, the main route of exposure for workers. This information is necessary for the safe development of these new technologies.
First, the toxicokinetic profile of inhaled Ag NPs was documented. Rats were exposed "nose only" to 20 nm NPs for 6 h at a target concentration of 15 mg/m3. The temporal evolution of the Ag element in the lungs, blood, tissues and excreta was determined for 14 days after the start of inhalation. Thus, to better understand their behavior, mainly because of their dissolution and their capacity to progressively release Ag+ ions in the biological medium, the kinetics of inhaled Ag NPs were compared with the kinetics of a soluble form of the element Ag following exposure to silver nitrate (AgNO3) under the same experimental conditions. Thus, as a last step, in order to determine the best metric to use to better assess the risks associated with these Ag NPs, we studied their kinetic from inhalation studies by comparing the effect of a lower -number with a higher- number of particles.
The kinetic profiles of inhaled Ag nanoparticles showed that the fraction of the inhaled dose that reached the lungs is rapidly eliminated during the first 72 hours after inhalation, and the remaining fraction of the dose is slowly eliminated thereafter. The inhaled dose cleared from the lungs appears to be transferred to the systemic circulation and reaches a maximum between 48 and 72 hours after inhalation. However, Ag levels in the blood were low, suggesting rapid biodistribution to tissues such as the liver, the target organ of Ag nanoparticles in rats after inhalation. A translocation of Ag NPs in olfactory bulbs and lymph nodes was apparent, demonstrating the occurrence of direct transport of Ag NPs through nasal nerve by axonal transport and via lymphatic circulation after lung clearance, respectively. The excretion profiles also revealed that fecal excretion is the dominant excretion route for Ag nanoparticles.
The results obtained after inhalation of AgNO3 showed differences in the kinetics of soluble AgNO3 compared to insoluble Ag NPs, with higher levels in blood, GI tract and extrapulmonary tissues, but lower levels in lungs. In addition to these observations, the time courses of Ag elements in the GI tract and feces following ionic form exposure were compatible with an intestinal reabsorption of Ag. A higher fraction of the dose was further recovered in kidneys and urine after AgNO3 inhalation compared to Ag NP inhalation. Indeed, filtration of Ag NP aggregates may be restricted while the dissolved Ag+ monovalent ion can more easily pass into the filtrate from blood.
Our study also revealed significant differences in the time profiles of Ag element in lungs, blood, lymphatic nodes and GI tract between rats exposed to Ag NPs aerosols of lower- and higher-total particle number counts, but with the same mass concentration. Some similarities between the two conditions were also noted, such as the relative tissue distribution, time-to-peak levels (Tmax) and excretion profiles. However, to confirm if the biodistribution pattern of Ag NPs is conditioned by the particle number, further investigations are needed.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:umontreal.ca/oai:papyrus.bib.umontreal.ca:1866/32460 |
| Date | 09 1900 |
| Creators | Andriamasinoro, Sandra Nirina |
| Contributors | Bouchard, Michèle |
| Source Sets | Université de Montréal |
| Language | fra |
| Detected Language | French |
| Type | thesis, thèse |
| Format | application/pdf |
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