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1 7 février 2008 Séminaire Annuel de l'Observatoire des Micro et NanoTechnologies Orateur

Toxicité des particules atmosphériques fines et ultrafines: mécanismes d’action et rôle des composés organiques .

Francelyne MARANO Université Paris Diderot

Origine des particules atmosphériques

D’après Air Parif 2008

Générées

mécaniquement

Générées par combustion

ou transformation atmosphérique

Diamètre des particules (µm)

Nucléation Accumulation

Grossières Particules ultra-fines particules fines particules grossières

Vo

lum

e r

ela

tif

des

part

icu

les

FORMATION DES PARTICULES AMOSPHERIQUES TYPIQUES D’UN AEROSOL URBAIN

Etude ACS « Américan Cancer Society » Pope et al 2002

500 000 sujets âgés de plus de 30 ans suivis pendant 16 ans Augmentation de 10µg/m3 du niveau de PM2.5 associée à une augmentation du risque de décès

- toutes causes : + 6 % - pour causes cardio-pulmonaires : + 9 % - par cancer du poumon : + 8 %

Déposition des PM dans l’appareil respiratoire en fonction de leur taille

Oberdorster, EHP, 2005

Surface 140 m2

Structure des particules fines et ultrafines

sphères de carbone (0.01-0.08 µm) qui forment des agglomérats (0.05- 1 µm)

hydrocarbures adsorbés

hydrocarbures condensés

Sulfates hydratés

Fraction Organique Soluble (SOF)

Particules Diesel

2 µm

Suies (60- 90% PM2.5 trafic)

•Composés organiques •Métaux •Endotoxines •Allergènes

• Pénétration

• Déposition

• Epuration

Caractéristiques des particules impliquées dans

leurs effets biologiques

Rétention (Churg, 2000)

Taille

•Métaux

•Composés organiques

•Endotoxines

•Allergènes

Composition

réactivité de surface

Composition chimique en fonction de la taille

PM Ultrafines 0,1

PUF

PM fines [1-0,1]

PM [2,5-1]

PM [10-2,5]

Noir de carbone

Composés organiques

NO 3-

Na+

Cl-

SO42-

NH4+

autres ions

Poussières minérales

Interactions dans l’appareil respiratoire

Mucus dans les voies aériennes

Surfactant dans les alvéoles

PDi et REPONSE INFLAMMATOIRE

Instillation nasale de PDi ,

Exposition à des échappements Diesel :

cellules inflammatoires

cytokines et chimiokines

IgE

Instillation nasale de

PDi + allergènes :

IgE spécifiques de l’allergène

effet adjuvant des PDi

Expositions humaines contrôlées

AIR INHALE

Particules Allergènes

REPONSE INFLAMMATOIRE: CYTOKINES

activation des cellules immunitaires

Epithélium

bronchique

REPONSE ALLERGIQUE PRODUCTION d’IgE

Hypothèse

Modèle murin de sensibilisation nasale à l’ovalbumine OVA( Li et coll 2009) UF1: Particules ultrafines collectées en Janvier 2007 à Los Angelès( instillation nasale 0,5µg) F/UF1: PM entre 2.5 et 1 collectées parallèlement

Les particules ultrafines ( PM 0.1) sont responsables de l’effet « adjuvant » dans la réponse allergique ( Li et coll EHP 2009)

PDi,PM 2.5 et inflammation

Mucociliary Epithelium

Mucus

Paraciliary Fluid

Neutrophil

ROS

Ciliated

Cell

Mast Cell

NFkB

PDi PM 2.5

Macrophages

Mucous

Cell

Basal Layer Proinflammatory Mediators

IL-6,TNFα,

IL-8, GM-CSF

IL-6,TNFα,

IL-8, GM-CSF

Neutrophil

Mécanismes d’action des PDi et des PM 2.5

Activation transcription de gènes

Autres

voies

PDi

PM Composés organiques ( HAP, quinones)

Cœur carbonné

MAPK GM-CSF

Sécrétion

GM-CSF

NF-kB

kB

NF-kB GM-CSF

Désorption: HAP, quinones

CYP1A1

Métabolites

électrophiles

CYP1A1

XRE

AhR

HAP

métabolisation

?

EAO

Role de l’inflammation dans la toxicologie des particules

(d’après Ken Donaldson)

Transport des PM à travers la barrière pulmonaire?

x 50

Coupes de parenchymes pulmonaires

x 50

remodelage des parois des

voies respiratoires

Vancouver

(PM10 : 14 µg/m3)

Mexico

(PM10 : 66 µg/m3)

x 200

persistance de particules

atmosphériques ( : 0,4 µm)

Effets sanitaires des PM: à long terme

Churg et coll, 2003

Mexico

n=11

Vancouver

n=11

Air

poumon

Brauer et al, 2001

PARTICULES DIESEL et CANCEROGENESE

MECANISMES ?

Génétique HAP: adduits

EAO

Epigénétique réponse inflammatoire

prolifération épithéliale

Groupe 1: cancérigène certain (IARC)

Etudes de mutagenèse extraits organiques de PDi

Etudes chez l’animal: induction de tumeurs varie selon l’animal:

rat hamster

Conclusions

Les fractions fine et ultrafine des PM sont essentiellement responsables des effets pro inflammatoires Les PM ultrafines sont responsables de l’’effet « adjuvant » dans la sensibilisation allergique ( via leur potentiel pro-oxidant ?) Les composés organiques ( HAP, quinones) sont fortement impliqués

Ils jouent un rôle central dans le potentiel rédox des PM et génèrent un stress oxydant

Réponses Moléculaires et Cellulaires aux Xénobiotiques

CNRS EAC 7059 Armelle BAEZA-SQUIBAN Augustin BAULIG Véronique BONVALLOT Sonja BOLAND Francelyne MARANO INSERM U700 Michel Aubier INSERM U 747 Michèle GARLATI Alexandre MARCHAND Robert BAROUKI IUF DÜSSELDORF Seema SINGH Roël SCHINS