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Catégorie : Soutenances de thèse et de HDR

Mercredi 2 octobre 2019 : Soutenance de thèse de Sara NAHLE : Réponse macrophagique aux nanomatériaux carbonés : effets de leur caractéristiques physiques et chimiques sur le transcriptome

Sara NAHLE Doctorante au sein de l'équipe "Nanomatériaux et Santé" de l'Institut Jean Lamour, soutient sa thèse intitulée :

"Réponse macrophagique aux nanomatériaux carbonés : effets de leur caractéristiques physiques et chimiques sur le transcriptome"

 

Date et lieu :
Mercredi 2 octobre 2019 à 14h00
Campus Artem, Nancy
Amphithéâtre 100

 

Composition du jury :

 Directeur de thèse :

-  Luc Ferrari
Professeur, Institut Jean Lamour, Nancy

 Examinateurs :

- Mr Emmanuel Flahaut                 
Professeur, Université Toulouse 3, Toulouse                          

- Mme Muriel Barberi-Heyob      
Professeur, Université Lorraine, Nancy                          
- Mr Tobias Krebs                     
Fondateur du système VITROCELL, Allemagne

Rapporteurs :

- Mme Sophie Lanone                     
Docteur Inserm, Paris                        

- Mme Marie Carrière                 
Ingénieur Chercheur, CEA, Grenoble

 

 

Résumé :
Les nanomatériaux carbonés (NMC) sont très utilisés dans le monde industriel et leurs applications, nombreuses, sont en plein développement. L’absence de réglementation pour leur préparation et leur emploi fait qu’il est nécessaire comme pour tous les nano-objets, de déterminer le risque qu’une exposition fait courir à l’Homme et d’adapter la législation en conséquence. Une meilleure connaissance de leur potentieltoxique est donc nécessaire. Les difficultés de plus en plus grandespour utiliser les modèles animaux,rend nécessaire le développement d’études avec des lignées cellulaires au sein desquelles les macrophages ont une place prépondérante. Ces NMC sont très légers et forment facilement des aérosols et les modèles préférés sont les macrophages alvéolaires. Cependant il n’existe pas à l’heure actuelle de lignées de macrophages alvéolaires humains à la différence de cellules de rat. Le sujet de ma thèse porte sur l’étude de la réponse macrophagique  aux  NMCet  la  compréhension  des  effets  de  leurs  caractéristiques  physiques  et  chimiques sur  leurtranscriptome.Les  NMC  étudiés  sont  les  nanotubes  de  carbone  (NTC)  multifeuillets,  les  NTC  monofeuillets,  le  noir  de carbone et l’oxyde de graphène.  Nos résultats montrent quetous les NMC étudiés déclenchent une réaction inflammatoiredans les cellules NR8383 et les cellules THP-1 différenciées, et certains d’entre eux induisent une cytotoxicitéimportante. La  taille,  la  fonctionnalisation  et  la  forme  contrôlent  les  mécanismes  de  toxicité induits  par  les  NMC.Des  NTC  de  taillessimilaires  altèrent  des  voies  de  signalisation  identiques,  une  fonctionnalisation  par  des  groupements  amines  produit  un stress des  lysosomestandis  que  la  fonctionnalisation  par  des  groupements  carboxyle  entraine  un  stress  du  réticulum endoplasmique (RE).Les nanotubes induisent une désorganisation du cytosquelette plus importante que les nanoparticules sphériques. Nous avonségalement mis en évidenceune accumulation de lipides chez les cellules NR8383 suite à un stress du RE induit par le Mitsui-7, un NTC multi feuillet. Le même NTC induit aussiune fusionde ces macrophages. La formation de  ces  cellules  spumeuses  et  des  cellules  géantes  à  multi-noyaux  sont  des  évènements  clés entrainantla  formation  de granulomes. Les résultats obtenus présentent un support important pour la compréhension des effets des NMC montrant une  certaine  toxicité  non  négligeable  de  point  de  vue  moléculaire.  Cette  toxicité  est  dépendante  des  caractéristiques physiques et chimiques de ces nanomatériaux. Ainsi, en se basant sur ce type de données, on pourra s’orienter vers une fabrication safe-by-designpour limiterles risques liés à leur exposition. 

Mots clés :   Nanomatériaux   carbonés,   caractéristiques   physiques   et   chimiques,   modèle in   vitro,   macrophages, transcriptome.

Abstract :
Carbon nanomaterials (CNM) are widely used in the industrial world and they have many applications. The absence of legislation controlling their preparation and usesmakesnecessary, as for all nano-objects, the study of their toxicityin order to determine the risk of human exposure and to adapt legislation accordingly.Therefore, abetter knowledge of their toxic potential is necessary. The increasing difficulties in using animal models make necessary the development of studies using cell linesespecially macrophages that play a predominant role. These CNMare very light and form easily aerosols, reason  why the  preferred  models for  toxicity  studies are  alveolar  macrophages.  However,  there  are  no  human  alveolar macrophage lines currentlybut rat cellsexist. The subject of my thesis is to study macrophagesresponse to CNM and the understanding of  theeffect  of  theirphysical  and  chemical  characteristicson  thetranscriptome. The  CNM studied  are multiwall carbon nanotubes (CNT), singlewall CNT, carbonblack and graphene oxide. Our results show that all CNM studied trigger  an  inflammatory  reactionin  NR8383  and  differentiated  THP-1  cells,  alsosome  of  them  induce cytotoxicity.  Size, functionalization and form controlCNM toxicity mechanisms: CNT with similar size alter identical signaling pathways, amino group  functionalization  produces  lysosomal stress,  whereas  functionalization  with  carboxyl  groups  causes reticulum endoplasmic (RE) stress, nanotubes induce cytoskeleton disorganization more than sphericalnanoparticles. Otherwise, we identified lipid accumulation in NR8383 cells due to RE stress induced byMitsui-7, a multiwall CNT. There was also a fusion of these macrophages. The formation of these foam cells and giant multi-nucleuscells are key events leading to granulomasformation. The results obtained are an important support for understanding CNM effects, showingsome significant toxicityat  molecular  level.  This  toxicity  is  dependent  on  the  physical  and  chemical  characteristics  of these  nanomaterials.  Thus, based on this type of data, we can move towards a safer manufacture to avoid the risks associated with their exposure.

Keywords : Carbon nanomaterials, physical and chemical characteristics, in vitromodel, macrophages, transcriptome