Etude de l'activité biologique de poudres industrielles fines et ultrafines de carbure de silicium : caractérisation physico-chimique.

National audienceL'industrie élabore et utilise des poudres de SiC de plus en plus fines. Depuis leur synthèse jusqu'à leur utilisation finale, les poudres subissent diverses opérations et traitements au cours desquels elles sont susceptibles de se disséminer dans l'atmosphère des locaux industriels, provoquant ainsi un risque d'inhalation. Les particules fines peuvent provoquer une réaction inflammatoire au niveau des poumons. L'objectif de cette étude est d'évaluer la toxicité et d'expliquer la réactivité biologique de différentes variétés de poudres industrielles de SiC

Approche pluridisciplinaire de l'étude de l'activité biologique de particules fines

241 PAGESIn the industry, silicon carbide (SiC) powders, dedicated for various applications (ceramic, abrasive, etc.), are principally synthesized with the Acheson process. During this process, powders undergo several operations and treatments during which many airborne particles can be generated in the work environment and cause a risk by inhalation. Up to now, SiC toxicity has been poorly investigated with difficulties to drawn clear conclusions. In a first part, biological activity of SiC powders synthesized by Acheson process has been investigated. Then, surface particles influence on cellular response has been studied by modifying it with oxidising thermal treatment. To finish and to complete the study, we enlarged this work to SiC nanoparticles, synthesized by laser pyrolysis and sol-gel method.To evaluate SiC particles biological activity, In Vitro assays on macrophages (RAW 264.7) have been performed by studying different fields (inflammation state, cell damages and death, oxidative stress) in relation to particles physicochemical properties (size, specific surface area, morphology, crystallographic structure, chemistry, surface state, free radical activity).Results, presented according to a vector model, show SiC particle influence on cellular response. Industrial SiC particles produced by Acheson process are mainly characterized by a moderated activity on inflammation, no cytotoxic effect and a strong impact on oxidative stress. Differences between coarse and fine particles have been observed with a strong capacity for SiC industrial powders to generate directly free radicals (HO•, COO•-). After surface modifications by oxidising thermal treatment, cellular response evolution is principally characterized by a strong increase of inflammation and cytotoxicity levels. Moreover, a strong impact on oxidative stress is observed with SiC nanoparticles, much more important than results obtained for industrial SiC particles.Dans l'industrie, les poudres de carbure de silicium (SiC) sont élaborées principalement par le procédé Acheson. Durant ce procédé multi-étapes, les poudres subissent diverses opérations pouvant être à l'origine de la dissémination de poussières inhalables dans l'environnement de travail. Jusqu'à présent, la toxicité des poudres de SiC n'a été que très peu étudiée avec des résultats contradictoires soulignant l'intérêt d'évaluer l'activité biologique de poudres de SiC par une approche pluridisciplinaire. Dans une première partie, l'activité biologique de poudres de SiC produites industriellement par le procédé Acheson a été évaluée. Par suite, des modifications de la surface de ces particules par le biais de traitements thermiques oxydants ont permis de mettre en évidence l'influence de la surface des particules dans la réponse cellulaire. Pour finir et compléter l'étude, nous avons étendu le sujet au cas des nanoparticules de SiC, synthétisées par pyrolyse laser et voie sol-gel.Pour évaluer l'activité biologique des particules de SiC, des tests In Vitro sur des macrophages de culture (RAW 264.7) ont été réalisés en étudiant différents domaines de la réponse cellulaire (état d'inflammation, mort cellulaire, stress oxydant) en relation avec les propriétés physico-chimiques des particules (taille, surface, morphologie, structure cristallographique, chimie, état de surface, activité radicalaire).Les résultats, illustrés suivant un modèle vecteur, soulignent que les particules industrielles de SiC sont principalement caractérisées par une activité modérée de l'état inflammatoire, aucun effet cytotoxique et un impact significatif sur le stress oxydant. Des différences en fonction de la taille des particules ont été observées ainsi qu'une forte capacité des particules à générer directement des radicaux libres (HO•, COO•-). Après modification de la surface des particules par traitement thermique oxydant, la réponse cellulaire se caractérise par une forte augmentation de l'état d'inflammation et de la cytotoxicité. Enfin, un stress oxydant significatif est observé avec les nanoparticules de SiC, bien supérieur à celui observé avec les particules industrielles de SiC

Étude de la toxicité par inhalation de poudres industrielles ultrafines

International audienceLes particules ultrafines sont considérées comme des facteurs de risque potentiels pour la santé au travail. Bien que le risque sanitaire induit par les nanoparticules soit encore assez mal caractérisée, les nanos-aérosols présents dans les ambiances industrielles correspondent déjà à de forts enjeux de prévention après les effets dévastateurs de l'exposition à l'amiante. Lors des différentes étapes du procédé de synthèse des nanoparticules, il existe un risque d'inhalation. Les particules fines et ultrafines vont pouvoir ainsi pénétrer puis se déposer dans les différentes parties du tractus respiratoire. Les macrophages alvéolaires, présents au sein de l'appareil respiratoire, participent à la barrière défensive de l'organisme. Ces cellules ont une activité de phagocytose qui leur permet d'internaliser les nanoparticules étrangères afin de tenter de les éliminer. Au cours de ce processus biologique, les particules inhalées peuvent se révéler toxique. Elles peuvent en effet engendrer des symptômes respiratoires, provoqués par une inflammation, pouvant conduire à un risque oncogène.Descripteurs : toxicité, particules inhalées ; particules ultrafines ; macrophages alvéolaires ; nanos-aérosols ; Méthodes En raison des risques potentiels encourus dans le cadre d'une exposition aux nanoparticules, il est indispensable d'évaluer leur toxicité. Des études préliminaires montrent que les paramètres physico-chimiques des nanoparticules (composition chimique et structurale, propriétés de emse-00583166, version 1 - 7 Apr 2011 Manuscrit auteur, publié dans "Bulletin du cancer 96 (2009) S5" surface, caractéristiques morphologiques...) ont une grande influence sur l'activité biologique mesurée. L'objectif de ce travail est ainsi de caractériser puis interpréter la toxicité par inhalation de poudres industrielles ultrafines. Pour ce faire, différentes évaluations biologiques in vitro seront réalisées à partir d'une lignée de macrophages alvéolaires. Cette étude permettra de mettre en évidence la corrélation entre le niveau de toxicité induit par les nanoparticules (réaction inflammatoire, stress oxydant, mort cellulaire, génotoxicité) et leurs caractéristiques physicochimiques

Étude de la toxicité par inhalation de poudres industrielles ultrafines

International audienceLes particules ultrafines sont considérées comme des facteurs de risque potentiels pour la santé au travail. Bien que le risque sanitaire induit par les nanoparticules soit encore assez mal caractérisée, les nanos-aérosols présents dans les ambiances industrielles correspondent déjà à de forts enjeux de prévention après les effets dévastateurs de l'exposition à l'amiante. Lors des différentes étapes du procédé de synthèse des nanoparticules, il existe un risque d'inhalation. Les particules fines et ultrafines vont pouvoir ainsi pénétrer puis se déposer dans les différentes parties du tractus respiratoire. Les macrophages alvéolaires, présents au sein de l'appareil respiratoire, participent à la barrière défensive de l'organisme. Ces cellules ont une activité de phagocytose qui leur permet d'internaliser les nanoparticules étrangères afin de tenter de les éliminer. Au cours de ce processus biologique, les particules inhalées peuvent se révéler toxique. Elles peuvent en effet engendrer des symptômes respiratoires, provoqués par une inflammation, pouvant conduire à un risque oncogène.Descripteurs : toxicité, particules inhalées ; particules ultrafines ; macrophages alvéolaires ; nanos-aérosols ; Méthodes En raison des risques potentiels encourus dans le cadre d'une exposition aux nanoparticules, il est indispensable d'évaluer leur toxicité. Des études préliminaires montrent que les paramètres physico-chimiques des nanoparticules (composition chimique et structurale, propriétés de emse-00583166, version 1 - 7 Apr 2011 Manuscrit auteur, publié dans "Bulletin du cancer 96 (2009) S5" surface, caractéristiques morphologiques...) ont une grande influence sur l'activité biologique mesurée. L'objectif de ce travail est ainsi de caractériser puis interpréter la toxicité par inhalation de poudres industrielles ultrafines. Pour ce faire, différentes évaluations biologiques in vitro seront réalisées à partir d'une lignée de macrophages alvéolaires. Cette étude permettra de mettre en évidence la corrélation entre le niveau de toxicité induit par les nanoparticules (réaction inflammatoire, stress oxydant, mort cellulaire, génotoxicité) et leurs caractéristiques physicochimiques

In vitro cellular responses to silicon carbide nanoparticles: impact of physico-chemical features on pro-inflammatory and pro-oxidative effects

International audienceSilicon carbide is an extremely hard, wear resistant, and thermally stable material with particular photoluminescence and interesting biocompatibility properties. For this reason, it is largely employed for industrial applications such as ceramics. More recently, nano-sized SiC particles were expected to enlarge their use in several fields such as composite supports, power electronics, biomaterials, etc. However, their large-scaled development is restricted by the potential toxicity of nanoparticles related to their manipulation and inhalation. This study aimed at synthesizing (by laser pyrolysis or sol-gel methods), characterizing physico-chemical properties of six samples of SiC nanopowders, then determining their in vitro biological impact(s). Using a macrophage cell line, toxicity was assessed in terms of cell membrane damage (LDH release), inflammatory effect (TNF-α production), and oxidative stress (reactive oxygen species generation). None of the six samples showed cytotoxicity while remarkable pro-oxidative reactions and inflammatory response were recorded, whose intensity appears related to the physico-chemical features of nano-sized SiC particles. In vitro data clearly showed an impact of the extent of nanoparticle surface area and the nature of crystalline phases (α-SiC vs. β-SiC) on the TNF-α production, a role of surface iron on free radical release, and of the oxidation state of the surface on cellular H2O2 production

<I>In vitro</I> cellular responses to silicon carbide particles manufactured through the Acheson process: impact of physico-chemical features on pro-inflammatory and pro-oxidative effects.

International audienceSilicon carbide (SiC) an industrial-scale product manufactured through the Acheson process, is largely employed in various applications. Its toxicity has been poorly investigated. Our study aims at characterizing the physico-chemical features and the in vitro impact on biological activity of five manufactured SiC powders: two coarse powders (SiC C1/C2), two fine powders (SiC F1/F2) and a powder rich in iron impurities (SiC I). RAW 264.7 macrophages were exposed to the different SiC particles and the cellular responses were evaluated. Contrary to what happens with silica, no SiC cytotoxicity was observed but pro-oxidative and pro-inflammatory responses of variable intensity were evidenced. Oxidative stress (H2O2 production) appeared related to SiC particle size, while iron level regulated pro-inflammatory response (TNFα production). To investigate the impact of surface reactivity on the biological responses, coarse SiC C1 and fine SiC F1 powders were submitted to different thermal treatments (650 to 1400°C) in order to alter the oxidation state of the particle surface. At 1400°C a decrease in TNFα production and an increase in HO., COO.- radicals production were observed in correlation with the formation of a surface layer of crystalline silica. Finally, a strong correlation was observed between surface oxidation state and in vitro toxicity