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Actualités scientifiques

20 octobre 2015

Que deviennent sur le long terme des nanoparticules métalliques dans l'organisme ?

 

Des chercheurs ont étudié, chez des souris, le devenir à long terme de nanoparticules métalliques  utilisées en imagerie et en cancérologie. L’évolution des propriétés de ces particules constituées d’un cœur d’or et d’une coquille d’oxyde de fer,  puis leur élimination, ont été suivies jusqu’à un an après l’injection. Ces travaux, publiés dans ACS Nano, révèlent des différences dans l’élimination des constituants d’une même nanostructure et l’influence des molécules qui entourent les nanostructures sur leur distribution et leur élimination. Ils éclairent ainsi d’un jour nouveau le devenir des nanoparticules et de leurs produits de dégradation dans l’organisme.

 

Dans le domaine des nanotechnologies, l’une des questions essentielles que se posent les scientifiques est le devenir des nanoparticules et leur accumulation dans l’organisme. Que l’exposition à ces particules soit intentionnelle (dans un but médical) ou non, on connait mal les processus de prise en charge des nanostructures qui ne sont pas, ou partiellement, éliminées à court terme. Le foie et la rate sont des organes d’accumulation préférentielle : riches en cellules macrophagiques, ils internalisent et stockent rapidement les nanoparticules. Ces dernières se retrouvent le plus souvent confinées dans des compartiments intracellulaires, les lysosomes, où elles subissent un environnement acide et riche en enzymes. Les lysosomes, couplés à la machinerie cellulaire, parviennent-ils à dégrader des particules métalliques ? Comment les matériaux constitutifs des nanoparticules (cœur inorganique et couverture organique) influencent-ils cette éventuelle dégradation ?

 

Des chercheurs des laboratoires Matière et systèmes complexes (MSC - CNRS/Université Paris Diderot) et Matériaux et phénomènes quantiques (MPQ - CNRS/Université Paris Diderot), en collaboration avec l’Institut Italien des Technologies à Gênes (IIT) et l’Institut des Sciences de la Terre de Paris (ISTeP - CNRS/UPMC), se sont intéressés au devenir de nanoparticules hybrides constituées d’un petit cœur d’or (5 nm) et d’une coquille d’oxyde de fer (13 nm), synthétisées puis injectées par voie intraveineuse à des souris. Les propriétés optiques et magnétiques de ces structures hybrides sont d’intérêt pour les applications en imagerie et surtout pour la thérapie du cancer ou la stimulation cérébrale (par hyperthermie locale). Les chercheurs ont suivi l’’évolution des propriétés magnétiques, structurales et morphologiques des particules, accumulées principalement dans le foie et dans la rate, jusqu’à un an après l’injection. C’est la première fois qu’une étude de ce type est réalisée à aussi long terme.

 

Ils montrent que les propriétés superparamagnétiques de l’oxyde de fer disparaissent au cours du temps et que l’or, quantifié par dosage élémentaire, persiste plus longtemps. L’observation des hétérostructures par microscopie électronique, au sein des organes, montre que l’oxyde de fer se dégrade dans les lysosomes, laissant comme témoin les cœurs d’or. Des protéines de ferritines, observées à proximité des nanostructures dégradées, laissent supposer que le fer dissout est transféré vers ces protéines, qui ont un rôle de stockage dans le métabolisme du fer. A plus long terme, les particules d’or se fragmentent et se réorganisent en chaîne ou en réseau.

 

Ces observations apportent la première preuve expérimentale d’une dégradation in vivo des nanoparticules d’oxyde de fer et plus tardivement d’une altération et d’une réorganisation des nanoparticules d’or au sein des lysosomes. La perte d’intégrité et la diminution en taille des particules d’or, induites par l’environnement lysosomal, pourraient favoriser des mécanismes relais d’expulsion et d’élimination des nanoparticules de l’organe.

 

Cette étude met ainsi en évidence de grandes différences dans la biodistribution, la cinétique et les mécanismes d’élimination de l’or et de l’oxyde de fer, pourtant associés au sein des mêmes nanostructures. De manière remarquable, la nature du polymère en surface des particules (un polymère amphiphile ou du polyéthylène glycol) influence lui aussi la biodistribution à court terme des particules, mais également ce qu’elles deviennent au bout d’un an dans l’organisme.

 

Ce travail, qui met en évidence plusieurs facteurs affectant la bio-persistance de nanoparticules, ouvre ainsi la voie à de nouvelles stratégies pour évaluer, mieux comprendre et enfin maîtriser le devenir de nanoparticules et de leurs produits de dégradation dans l’organisme.

 

© F.Gazeau – MSC

© F.Gazeau – MSC
Evolution des nanoparticules hybrides or/oxyde de fer au cours du temps après injection intraveineuse chez la souris. Les hétérostructures sont observées dans les macrophages de la rate, au sein des lysosomes. A gauche, elles sont intactes un jour après injection. A droite, au bout de 7 jours, l'oxyde de fer (moins contrasté) se dégrade localement laissant les nanoparticules d'or (plus contrastées) organisées en chaîne dans le lysosome.

 

Références :
The One Year Fate of Iron Oxide Coated Gold Nanoparticles in Mice
Kolosnjaj-Tabi J,  Javed Y,  Lartigue L,  Volatron J,  Elgrabli D, Marangon I, Pugliese G,  Caron B, Figuerola A, Luciani N, Pellegrino T, Alloyeau D, Gazeau F
ACS Nano. 9(8):7925-39 (2015). DOI:10.1021/acsnano.5b00042

 

Contacts :
Laboratoire Matière et Systèmes Complexes
Florence Gazeau

 

Contact communication INSIS :
Muriel Ilous


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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