Tracking the bioaccumulation of nanoparticles at environmental concentrations is a significant scientific challenge. Two teams at CEA Saclay (DSM-Iramis and DSV-IBITECS) have succeeded in tracking the movement of titanium dioxide nanoparticles at environmental concentrations in river mussels (Dreissena polymorpha).
Titanium dioxide (TiO₂) nanoparticles are commonly found in everyday products, particularly in cosmetics [1]. As a result, they inevitably become dispersed in our environment. Their small size [2]—less than 100 nm—raises questions about their toxicity to living organisms. Do they accumulate throughout the food chain? Do they cross the digestive and blood-brain barriers? Are they excreted by the body or accumulated in certain organs? What are the health effects? The challenge lies in modeling the effects of realistic doses, which are extremely low [3].
As part of the CEA’s cross-disciplinary Toxicology program, physicochemists from IRAMIS/NIMBE and biologists from CEA-IBITECS, in collaboration with a team from UMR 7574 “Chimie de la Matière Condensée de Paris,” have demonstrated that it is possible to track the effects of TiO2 nanoparticles at environmental doses.
Les chercheurs ont utilisé comme modèle une moule d’eau douce, la Dreissène. Ils ont reproduit son environnement naturel avec une eau reconstituée de rivière (eau minérale sans polluants). “On retrouve du Ti à l’état naturel un peu partout dans notre environnement, explique Corinne Cassier-Chauvat, chercheur au CEA-IBITECS. La difficulté technique est donc de discriminer le Ti naturel de celui provenant des nanoparticules manufacturées. Pour cela, le marquage des nanoparticules avec le 47Ti, un isotope stable rare dans l’environnement, a été réalisé”.
Les Dreissènes ont donc été baignées dans de l’eau de rivière reconstituée contenant des nanoparticules marquées au 47Ti à des doses environnementales. Elles ont également été nourries avec des cyanobactéries (base de la chaine alimentaire) elles-mêmes “polluées” à faible dose par les nanoparticules. Après 1 heure d’exposition, les moules (hors coquille) ont été analysées par spectrométrie de masse révélant que les nanoparticules se sont accumulées et que la dose d’exposition et le degré de bioaccumulation sont directement corrélés.
Pour tester si cette accumulation est transitoire ou stable, les moules ont été remises dans de l’eau non contaminée. Après 72h, la majorité des nanoparticules a été rejetée via le système digestif. Une infime partie a passé la barrière intestinale, pouvant alors potentiellement s’accumuler dans les tissus. Ce travail constitue une preuve de concept et montre que le marquage isotopique est pertinent pour mesurer la bioaccumulation de faibles doses de nanoparticules dans un organisme. “Nos résultats sont préliminaires, souligne Corinne Cassier-Chauvat. Il faudra observer les effets à long terme et étudier l’influence de la taille et de la forme des nanoparticules sur la bioaccumulation et la toxicité”.
- [1] Comme filtre ultra-violet dans les crèmes solaires ou comme blanchisseur dans les dentifrices. Ils sont aussi présents dans l'industrie alimentaire pour l'enrobage et le glaçage, dans l'industrie du bâtiment, etc.
- [2] 1 nanomètre (nm) est 1000 millions de fois plus petit qu'un mètre
- [3] Par exemple, l'eau de Seine contient moins de 1 mg/l de nanoparticules de TiO2 manufacturées
Référence :
The challenge of studying TiO2 nanoparticle bioaccumulation at environmental concentrations: crucial use of a stable isotope tracer
A. Bourgeault†, C. Cousin†, V. Geertsen†, C. Cassier-Chauvat‡, F. Chauvat‡, O. Durupthy§, C. Chanéac§, and O. Spalla†, Environ. Sci. Technol. 49(4) (2015) 2451.
Sur le “Fil sciences et Techo” du CEA.
Collaboration :
† CEA Saclay, DSM/IRAMIS/NIMBE/LIONS, UMR CEA-CNRS 3299, 91191 Gif-sur-Yvette, France
‡ CEA Saclay, DSV/IBiTec-S/SB2SM/LBBC, UMR 8221 91191 Gif-sur-Yvette, France
§ Sorbonne Universités, UPMC Univ Paris 06, CNRS, Collège de France, UMR 7574 Chimie de la Matière Condensée de Paris, F-75005 Paris, France.
Contact IRAMIS : Valérie Geertsen.