Lundi 28 juin 2021, Quentin Hamdaoui soutiendra sa thèse de doctorat intitulée : "Développement d'un dispositif d'exposition contrôlé pour l'étude de l'impact neurotoxique de l'inhalation d'aérosols modèles de paraquat et de nano-objets de TiO2 : Applications à des conditions neurodéveloppementales et neurodégénératives"

Les travaux de recherche réalisés dans le cadre de cette thèse ont été menés au sein du LNE dans le pôle Chimie/Biologie, et à l’École Nationale Supérieure de Lyon (ENSL), et en collaboration avec l’ANSES.

L’objectif de cette thèse était d’une part de mettre au point, caractériser métrologiquement et valider un dispositif expérimental d’exposition aux aérosols pouvant être utilisé en animalerie, afin d’harmoniser les protocoles utilisés en toxicologie par inhalation. Par ailleurs, les aérosols d’intérêt suivants ont été étudiés : un herbicide (le paraquat), un nanomatériau (le TiO2), et leur mélange modélisant un nanopesticide. L’évaluation des effets neurodéveloppementaux et neurotoxiques de l’exposition à ces aérosols d’intérêt a été réalisée, afin d’étudier également la survenue d’effets cocktails sur le système nerveux central.

Résumé de la thèse

L’émergence des nanopesticides (NPe), produits novateurs qui incorporent des nanomatériaux (NM) aux formulations des pesticides, posent des questions quant aux effets sanitaires potentiels de ces nouveaux composés. Au regard du risque d’inhalation associé à la dissémination environnementale des pesticides, et du fait que certaines pathologies ont déjà été associées à l’exposition aux produits phytosanitaires, en particulier chez les populations exposées à des stades précoces, il paraît nécessaire de proposer des modèles pour étudier le risque lié aux NPe. Pourtant, aucune étude par inhalation ne s’est penchée sur la survenue possible d’effets cocktails induits par le mélange de NM avec des pesticides. Des effets toxiques additifs ou synergiques ont déjà été rapportés dans la littérature, montrant que la présence d’un NM peut moduler la biodistribution et la réactivité chimique d’un xénobiotique. Par ailleurs, certains NM ont la capacité de traverser les barrières biologiques comme le placenta et la barrière hémato-encéphalique, et plusieurs études menées sur l’homme ou l’animal ont mis en lumière les risques neurotoxiques accrus associés à l’exposition gestationnelle. La nano-formulation des NPe pourrait donc augmenter les effets neurotoxiques de certaines substances actives, notamment au cours des stades précoces du développement, qui correspondent à une fenêtre de sensibilité exacerbée. Afin de répondre à cette nouvelle question de recherche, le développement de modèles expérimentaux d’étude par inhalation est nécessaire.

Ce travail doctoral a été réalisé conjointement au Laboratoire National de Métrologie et d’essais (LNE Paris) et à l’École National Supérieure de Lyon (ENSL), dans le cadre d’une convention CIFRE gérée par l’Association Nationale de la Recherche Technique (ANRT). Ce projet de recherche interdisciplinaire a comporté deux parties. Une première phase réalisée au LNE Paris a eu pour objectif la mise au point, la caractérisation métrologique et la validation d’un dispositif expérimental d’exposition aux aérosols pouvant être utilisé en animalerie. S’inscrivant dans une démarche d’harmonisation des protocoles utilisés en toxicologie par inhalation, ce dispositif respecte les exigences liées aux études par inhalation chez le rongeur, afin de proposer une approche fiable et reproductible. En tant que preuve de concept, la seconde partie réalisée à l’Institut de Génomique Fonctionnelle de Lyon (ENSL), présente la réalisation d’une étude faite chez la souris grâce au dispositif développé et validé préalablement, qui met en un jeu les aérosols de deux substances, un herbicide (le paraquat), un NM (le TiO2), et leur mélange modélisant un NPe. L’objectif de cette seconde phase a ainsi été l’évaluation des effets neurodéveloppementaux et neurotoxiques de l’exposition aux aérosols d’intérêt, afin d’étudier également la survenue d’effets cocktails sur le système nerveux central (SNC).

Une chambre d’exposition par inhalation corps entier a été mise en place et caractérisée métrologiquement. Elle est facilement adaptable en animalerie, et peut être utilisée au sein d’études toxicologiques impliquant plusieurs espèces de rongeurs. Les différents paramètres mesurés lors de la caractérisation se sont avérés stables au long de la génération en aérosol, en termes de paramètres environnementaux, de distribution en taille, de concentrations massiques, de concentrations particulaires en nombre, et les écarts-types de reproductibilité associés à ces différents paramètres ont été rapportés. Nos résultats correspondent aux exigences associées aux lignes directrices de l’OCDE visant à harmoniser les protocoles d’exposition par inhalation. L’homogénéité de l’atmosphère dans la chambre, associée à la caractérisation des aérosols, a permis l’évaluation de la fraction déposée en particules dans les voies aériennes des animaux. La finalité de cette méthode étant l’obtention de résultats reproductibles et transposables entre les espèces, en utilisant une dosimétrie fiable pour répondre aux besoins de l’évaluation du risque sanitaire.

Les données produites chez l’animal adulte exposé pendant plusieurs semaines, ont suggéré que l'exposition au nTiO2 provoque une neurotoxicité sur le système dopaminergique mesurée dans le striatum. Parallèlement, l’analyse du transcriptome cérébral de souriceaux exposé in utero s’est avérée une technique sensible pour détecter la signature génique associée à nos aérosols d’intérêt, observée chez les animaux traités durant la gestation à des doses considérées comme faibles et théoriquement sans effet toxique. Les résultats des expositions prénatales ont permis d’identifier des modifications de l’expression génique induite par l’exposition aux aérosols, pouvant refléter des altérations neurodéveloppementales. Nos observations confortent l’idée que le PQ et le nTiO2 ont tous deux une influence préoccupante sur le neurodéveloppement. Bien qu’aucun effet synergique n’ait été observé, nos données suggèrent des phénomènes d’interaction existant entre ces deux composés, modulant leurs effets toxicologiques. Nos résultats soulignent que la phase prénatale est primordiale dans l’évaluation du risque sanitaire associé aux expositions aux polluants atmosphériques comme les NPe, ce qui souligne la nécessité d’avoir recours à des méthodes in vivo, reproductibles et représentatives de scénarios d’exposition réalistes.

Date et lieu de soutenance

Date : lundi 28 juin à 14h

Lieu : amphithéâtre du LNE Paris - 1 rue Gaston Boissier - Paris 15e

L’accueil en salle étant très limité compte tenu du contexte sanitaire, toute personne souhaitant assister à la soutenance de thèse est priée de contacter le LNE préalablement.