Effects of brake wear nanoparticles on the protection and repair functions of the airway epithelium

Long term exposure to particulate air pollution is known to increase respiratory morbidity and mortality. In urban areas with dense traffic most of these particles are generated by vehicles, via engine exhaust or wear processes. Non-exhaust particles come from wear processes such as those concerning brakes and their toxicity is little studied. To improve our understanding of the lung toxicity mechanisms of the nanometric fraction of brake wear nanoparticles (BWNPs), we studied whether these particles affect the barrier properties of the respiratory epithelium considering particle translocation, mucus production and repair efficiency. The Calu-3 cell line grown in two-compartment chambers was used to mimic the bronchial epithelial barrier. BWNPs detected by single-particle ICP-MS were shown to cross the epithelial tissue in small amounts without affecting the barrier integrity properties, because the permeability to Lucifer yellow was not increased and there was no cytotoxicity as assessed by the release of lactate-dehydrogenase. The interaction of BWNPs with the barrier did not induce a pro-inflammatory response, but increased the expression and production of MU5AC, a mucin, by a mechanism involving the epidermal growth factor receptor pathway. During a wound healing assay, BWNP-loaded cells exhibited the same ability to migrate, but those at the edge of the wound showed higher 5-ethynyl-2'-deoxyuridine incorporation, suggesting a higher proliferation rate. Altogether these results showed that BWNPs do not exert overt cytotoxicity and inflammation but can translocate through the epithelial barrier in small amounts and increase mucus production, a key feature of acute inflammatory and chronic obstructive pulmonary diseases. Their loading in epithelial cells may impair the repair process through increased proliferation.Comment: 16 pages, 6 figure

LES NANOPARTICULES: QUELS RISQUES EN SEINE ?

32 pInternational audienceL'obtention de nanoparticules (NPs) manufacturées et les propriétés physico-chimiques spécifiques qu'elles présentent autorisent aujourd'hui des applications de plus en plus nombreuses et innovantes. La quantité de nanoparticules manufacturées mises sur le marché est en constante augmentation et elles sont aujourd'hui présentes dans de nombreux produits de consommation courante. Cela alimente un débat croissant sur les coûts environnementaux et sociétaux qui pourraient dépasser les bénéfices escomptés par l'utilisation des nanotechnologies en général et des nanomatériaux ou nanoparticules (i.e. taille < 100 nm) en particulier. Elles sont devenues un enjeu majeur de santé publique du point de vue de la toxicité potentielle qu'elles pourraient engendrer dans les écosystèmes. Les nanoparticules peuvent en effet présenter un risque écotoxicologique (dispersion et dégradation dans l'environnement) et un risque en termes de santé humaine (exposition au poste de travail par exemple). Il est donc nécessaire d'évaluer la persistance, le devenir et l'impact de ces nouveaux polluants sur les écosystèmes et sur la qualité des ressources naturelles (eaux, cultures, etc...). Dans ce contexte, l'objectif de cette étude était de mieux cerner l'état physique et chimique des NPs dans des concentrations représentatives des niveaux de toxicité observés et dans des conditions proches de celles des milieux naturels. Elle s'est focalisée sur l'eau de Seine, représentative des eaux naturelles de surface qui sont un des vecteurs principaux de la dispersion de ces NPs manufacturées. Les NPs étudiées ici sont produites en grande quantité et largement utilisées dans différents domaines industriels : il s'agit de NPs d'oxydes de zinc (ZnO) et de dioxyde de titane (TiO2). L'analyse des NPs de ZnO par XPS a mis en évidence l'existence d'un cœur de ZnO et d'un coquille de Zn(OH)2 en surface. Parallèlement, des NPs enrobées ont été étudiées et caractérisées, afin de mettre en évidence le rôle de l'enrobage organique sur la solubilité des NPs. Les expériences de mesures de solubilité des nanoparticules manufacturées en milieu naturel ont été réalisées par utilisation combinée des techniques de DMT et d'UF, associée à des calculs thermodynamiques. Il s'avère que la forme nanoparticulaire du TiO2 n'est pas davantage soluble que ses homologues microparticulaire ou macroparticulaire. A l'inverse, une fraction non négligeable des nanoparticules d'oxydes de zinc est rapidement dissoute dans l'eau de Seine. Puis les NPs sont "piégées" dans des phases secondaires carbonatées, ce qui peut signifier leur isolement par rapport au milieu et donc l'arrêt des réactions impliquant les NPs, soit une forme de passivation des nanoparticules. Le comportement des NPs dans le milieu est donc en grande partie contrôlé par la couche directement à leur surface (Gélabert et al., 2014; Sivry et al., 2014) : la couche d'hydroxydes de zinc contrôle le Ks apparent, l'enrobage organique augmente la vitesse et le taux de dissolution des NPs et, enfin, la formation d'une gangue carbonatée emprisonne les NPs et provoque potentiellement leur passivation

Détection de nanoparticules manufacturées dans l'eau potable et les additifs alimentaires

International audienceLes nanoparticules (NPs) manufacturées ont été développées et utilisées au cours de la dernière décennie dans de nombreux do-maines, allant de l'optique jusqu'à la remédiation environnementale, en passant par l'électronique, les produits ménagers, les cos-métiques ou encore les produits de santé (1). Sur la base de la définition des nanomatériaux proposée par l'Union européenne (2), les NPs sont reconnues comme ayant au minimum une dimension dans la gamme 1-100 nm (3). La production de produits contenant des NPs augmente année après année, et on estime que ce marché devrait atteindre les 3000 milliards de dollars US en 2020 (4). Il en découle une inévitable dissémination des NPs dans le milieu naturel (5) et une potentielle exposition de l'homme. Le secteur agro-alimentaire est parmi les principaux vecteurs d'exposition identifiés (6) : les aliments, ainsi que l'eau de boisson, peuvent con-tenir de façon volontaire ou non des NPs manufacturées et donc impacter directement l'homme.Il faut disposer des outils nécessaires « en aval » pour détecter et mesurer leur présence dans les produits de consommation cou-rante tels que l’eau. L’enjeu est donc d’importance en termes de santé publique dans la mesure où l'on ne connait pas les effets à très long terme de cette exposition sur l’homme. D’autre part, les enjeux de la détection sont clairement posés « en amont » pour les producteurs dans le cadre de la mise en oeuvre de la Réglementation européenne REACH (voir pour cela la page de la commission européenne: http://ec.europa.eu/environment/chemicals/).Dans ce contexte, il apparaît indispensable de rechercher la présence de nanoparticules dans les produits de consommation ingérés par voie orale, mais aussi de développer des outils et des démarches analytiques permettant de lever les verrous de la nanométrolo-gie (concentrations de l'ordre du bruit de fond analytique, présence naturelle des éléments constitutifs des NPs).Les articles de recherche sélectionnés ici répondent à ces attentes : l'étude réalisée par Donovan et al. vise à évaluer, par la tech-nique de la spICPMS*, l'efficacité des procédés couramment utilisés dans le traitement de l'eau potable pour éliminer les nanoparti-cules de dioxyde de titane, d'or et d'argent. Barahona et al. proposent quant à eux une approche systématique originale et multi-technique, afin de détecter la présence de nanoparticules dans une sélection d'échantillons d'additifs de silice amorphe de grade alimentaire (réf. E551).Caractérisation par spICPM

Utilisation des isotopes stables de Cd, Zn, Cu, Ni et Pb pour quantifier le compartiment échangeable des éléments trace métalliques et de δ66Zn pour tracer les contaminations polymétalliques

A multi-elementary spiking method has been developed in order to quantify and characterize simultaneously the labile fraction of Cd, Zn, Ni, Cu and Pb in contaminated soils. This method has been validated by comparison with 1) radioactive Cd spiking data, and 2) chemical extraction results. Furthermore, an integrated study of Zn isotopic signatures (δ66Zn) in various pools of two contaminated ecosystems (zinc smelting sites of Viviez-Decazeville, S.-W. of France and of Kempen, N.-E of Belgium) has been performed allowing the identification of various Zn isotopic fractionations associated to metallurgical processes. The different δ66Zn ratio observed between “enriched” and “residual” zinc would be a powerfull tool to identify the metallurgical contamination origins. These results demonstrate the efficiency of stable isotopes as tracers for contamination processes and sources.Une technique de « spikage », ou dilution d'isotopes stables multi-élémentaire, a été développée afin de quantifier et caractériser simultanément les compartiments échangeables de Cd, Zn, Cu, Ni et Pb dans des sols contaminés. Cette technique a été ici validée par comparaison avec les résultats de spikage d'isotopes radioactifs de Cd, ainsi que ceux d'extractions chimiques. Par ailleurs, une étude intégrée des signatures isotopiques du Zn (δ66Zn) dans plusieurs compartiments d'écosystèmes contaminés (sites métallurgiques de Viviez-Decazeville, S.-O. France et de Kempen, N.-E. Belgique) permet de proposer un schéma cohérent des différents fractionnements isotopiques de Zn liés à son traitement métallurgique. L'existence de différents δ66Zn pour le zinc « enrichi » et « résiduel » s'avère donc un outil puissant de localisation de sources de contamination métallurgique. Ces résultats démontrent l'efficacité des isotopes stables comme traceurs de processus et de source de contamination

La dissémination des nanomatériaux dans les milieux aquatiques naturels: Étude des processus de transformation en milieux naturels complexes des nanoparticules minérales manufacturées par l’utilisation des isotopes stables métalliques

Les nanoparticules constituent aujourd’hui une nouvelle classe de micropolluants, dont le cycle de vie dans l’environnement doit être défini avec précision afin d’évaluer leur impact potentiel. si de premières études montrent des résultats contradictoires, elles soulignent néanmoins le caractère important des conditions environnementales. Des phénomènes variés peuvent intervenir. Par exemple, les nanoparticules d’oxyde de zinc (ZnO) sont peu stables dans les milieux aquatiques naturels comme l’eau de mer ; elles se dissolvent très vite, et même plus rapidement que les particules d’oxyde de zinc de taille micrométrique. Il est donc très difficile de travailler avec des conditions représentatives de l’environnement, qu’il s’agisse d’étudier la dynamique de ces nanoparticules ou leur écotoxicité. Cela nécessite de lever un verrou analytique. L’utilisation, pour la nanométrologie, d’outils innovants tels que la spectrométrie de masse Haute-Résolution (HR-ICPMS) combinée avec un marquage des nanoparticules avec des isotopes stables peut permettre de résoudre cette difficulté

La dissémination des nanomatériaux dans les milieux aquatiques naturels: Étude des processus de transformation en milieux naturels complexes des nanoparticules minérales manufacturées par l’utilisation des isotopes stables métalliques

Les nanoparticules constituent aujourd’hui une nouvelle classe de micropolluants, dont le cycle de vie dans l’environnement doit être défini avec précision afin d’évaluer leur impact potentiel. si de premières études montrent des résultats contradictoires, elles soulignent néanmoins le caractère important des conditions environnementales. Des phénomènes variés peuvent intervenir. Par exemple, les nanoparticules d’oxyde de zinc (ZnO) sont peu stables dans les milieux aquatiques naturels comme l’eau de mer ; elles se dissolvent très vite, et même plus rapidement que les particules d’oxyde de zinc de taille micrométrique. Il est donc très difficile de travailler avec des conditions représentatives de l’environnement, qu’il s’agisse d’étudier la dynamique de ces nanoparticules ou leur écotoxicité. Cela nécessite de lever un verrou analytique. L’utilisation, pour la nanométrologie, d’outils innovants tels que la spectrométrie de masse Haute-Résolution (HR-ICPMS) combinée avec un marquage des nanoparticules avec des isotopes stables peut permettre de résoudre cette difficulté

Utilisation des isotopes stables de Cd, Zn, Cu, Ni et Pb pour quantifier le compartiment échangeable des éléments trace métalliques et de delta66Zn pour tracer les pollutions polymétalliques

Une technique de " spikage ", ou dilution d'isotopes stables multi-élémentaire, a été est développée afin de quantifier et caractériser simultanément les compartiments échangeables de Cd, Zn, Cu, Ni et Pb dans des sols contaminés. Cette technique a étéest ici validée par comparaison avec les résultats de spikage d'isotopes radioactifs de Cd, ainsi que ceux d'extractions chimiques. Par ailleurs, une étude intégrée des signatures isotopiques du Zn (d66Zn) dans plusieurs compartiments d'écosystèmes contaminés (sites métallurgiques de Viviez-Decazeville, S.-O. France et de Kempen, N.-E. Belgique) permet de proposer un schéma cohérent des différents fractionnements isotopiques de Zn liés à son traitement métallurgique. L'existence de différents d66Zn pour le zinc " enrichi " et " résiduel " s'avère donc un outil puissant de localisation de sources de contamination métallurgique. Ces résultats démontrent l'efficacité des isotopes stables comme traceurs en matière de traçage de processus et de source de contaminationA multi-elementary spiking method has been is developpeddeveloped in order to simultaneously quantify and caracterizecharacterize simultaneously the labile pools fraction of Cd, Zn, Ni, Cu and Pb in contaminated soils. This method is has been validated by comparison with 1) radioactive Cd spiking data,g Cd and of2) chemical extractions results. In additionFurthermore, an integrated study of Zn isotopic signatures (d66Zn) in various compartments pools of two contaminated ecosystems (zinc smelting sites of Viviez-Decazeville, S.-W. of France and of Kempen, N.-E of Belgium) has been performed allowing the identification of various allows to assume a coherent scheme of Zn isotopic fractionations during associated to the metallurgical processes. The differents d66Zn ratio observed in between "enriched" and "residual" zinc would be a powerfull tool to identify the metallurgical contaminations origins. These results demonstrate the efficiency of stable isotopes as tracers for contamination processes and sourcescontaminations tracersTOULOUSE3-BU Sciences (315552104) / SudocTOULOUSE-Observ. Midi Pyréné (315552299) / SudocSudocFranceF

Electrochemical detection of Cr(VI) and Cr(III) ions present in aqueous solutions using bio-modified carbon paste electrode: a voltammetric study

International audienceChromium is recognised as a potent water pollutant by the WHO and thus it becomes pertinent to continuously monitor chromium levels in the waterbodies. Voltammetry, an electroanalytical technique, has been utilised for the detection of hexavalent (Cr(VI)) and trivalent (Cr(III)) chromium in aqueous samples. Carbon Paste Electrode (CPE) modified using Sphingopyxis macrogoltabida SUK2c, an indigenous bacterial strain isolated from the water samples collected from Sukinda Valley, Odisha, India, was used as a working electrode in a typical three-electrode electrochemical cell. The developed biosensors were found to provide about 3.5 fold increase in cathodic peak current compared to the bare CPE for Cr(VI) ions. Using cyclic voltammetry (CV), the Lowest Limit of Detection (LLOD) of 1 x 10(-4) M and 1 x 10(-2) M for Cr(VI) and Cr(III) ions, respectively, were achieved with the biosensors. The LLOD was further improved to 1 x 10(-9) M and 1 x 10(-7) M for Cr(VI) and Cr(III) ions, respectively, adopting differential pulse cathodic stripping Vvoltammetry (DPCSV) technique employing the biosensors. The concentrations of Cr(VI) and Cr(III) ions present in water samples collected from Sukinda Valley, Odisha, India, could be determined using the biosensor. The plausible mechanisms involved in the detection of Cr(VI) and Cr(III) ions by the developed electrochemical biosensor are discussed.Keyword

Tracing multi-isotopically labelled CdSe/ZnS quantum dots in biological media

International audienc