HIF-1α is a key mediator of the lung inflammatory potential of lithium-ion battery particles

BACKGROUND: Li-ion batteries (LIB) are increasingly used worldwide. They are made of low solubility micrometric particles, implying a potential for inhalation toxicity in occupational settings and possibly for consumers. LiCoO2 (LCO), one of the most used cathode material, induces inflammatory and fibrotic lung responses in mice. LCO also stabilizes hypoxia-inducible factor (HIF) -1α, a factor implicated in inflammation, fibrosis and carcinogenicity. Here, we investigated the role of cobalt, nickel and HIF-1α as determinants of toxicity, and evaluated their predictive value for the lung toxicity of LIB particles in in vitro assays. RESULTS: By testing a set of 5 selected LIB particles (LCO, LiNiMnCoO2, LiNiCoAlO2) with different cobalt and nickel contents, we found a positive correlation between their in vivo lung inflammatory activity, and (i) Co and Ni particle content and their bioaccessibility and (ii) the stabilization of HIF-1α in the lung. Inhibition of HIF-1α with chetomin or PX-478 blunted the lung inflammatory response to LCO in mice. In IL-1β deficient mice, HIF-1α was the upstream signal of the inflammatory lung response to LCO. In vitro, the level of HIF-1α stabilization induced by LIB particles in BEAS-2B cells correlated with the intensity of lung inflammation induced by the same particles in vivo. CONCLUSIONS: We conclude that HIF-1α, stabilized in lung cells by released Co and Ni ions, is a mechanism-based biomarker of lung inflammatory responses induced by LIB particles containing Co/Ni. Documenting the Co/Ni content of LIB particles, their bioaccessibility and their capacity to stabilize HIF-1α in vitro can be used to predict the lung inflammatory potential of LIB particles

Ciencias de la Biología y Agronomía

Este volumen I contiene 17 capítulos arbitrados que se ocupan de estos asuntos en Tópicos Selectos de Ciencias de la Biología y Agronomía, elegidos de entre las contribuciones, reunimos algunos investigadores y estudiantes. Se presenta un Estudio Comparativo de los Recursos Hidrológico-Forestales de la Microcuenca de la Laguna de Epatlan, Pue. (1993 a 2014); la Situación Actual de la Mancha de Asfalto en Maíz (Zea mays L.) en los Municipios de Jiquipilas y Ocozocoautla, Chiapas, México; las poblaciones sobresalientes de maíz de la raza Zapalote Chico, en la Región Istmeña de Oaxaca; Se indica el índice de área foliar de cultivo de Chile Poblano mediante dos métodos en condiciones protegidas; Esquivel, Urzúa y Ramírez exploran el efecto de la biofertilización con Azospirillum en el crecimiento y producción de Jitomate; esbozan su artículo sobre la determinación del nivel de Heterosis en híbridos de Maíz para la Comarca Lagunera; una investigación sobre la estabilización de semilla de Solanum lycopersicum durante el almacenamiento y estimulación de la germinación; acotan sobre el CTAB como una nueva opción para la detección de Huanglongbing en cítricos, plantean su evaluación sobre el aluminio y cómo afecta la vida de florero de Heliconia psittacorum; indican sobre el impacto del H-564C, como un híbrido de maíz con alta calidad de proteina para el trópico húmedo de México; presetan su investigación sobre la producción de Piña Cayena Lisa y MD2 (Ananas comosus L.) en condiciones de Loma Bonita, en Oaxaca; acotan sobre el efecto de coberteras como control biológico por conservación contra áfidos en Nogal Pecanero; esbozan sobre la caracterización de cuatro genotipos de Frijol Negro en Martínez de la Torre, Veracruz, México; presentan una caracterización hidroecológica de la microcuenca de Arroyo Prieto, Yuriría, Gto., y alternativas para su restauración ambiental; presentan su investigación sobre el efecto del hongo Beauveria bassiana sobre solubilización de fosfatos y la disponibilidad de fósforo en el suelo; plantean su investigación sobre la Germinación y regeneración in vitro de Epidendrum falcatum LINDL; esbozan su artículo sobre genotipos de frijol negro y su tolerancia a sequía terminal en Veracruz, México

Study of the physicochemical properties of SiC and TiC nanoparticles and their evolution in biocompatible dispersants

This thesis focuses on the evolution of the physicochemical properties of two carbide nanoparticles, SiC and TiC, in contact with biocompatible dispersants. The rationale is based on the fact that several of the toxicological evaluation required manipulations and / or interactions cause changes in the nanoparticles physicochemical surface. These changes call into question the relevance of existing tests and, to some extent, may raise unfounded concerns about their potential toxicity to humans and the environment. The nanoparticles were dispersed in aqueous dispersants following various dispersion protocols; later, these dispersions were mixed with culture medium or biological medium in the particular conditions of in vitro assays. This thesis shows that toxicological evaluation results can be influenced by the various necessary manipulations and / or interactions. The evaluation first defined the nanoparticles fingerprints in their pristine state, before contact with the biological medium. Next, the objective was to elucidate the evolution of key physicochemical parameters at different stages of contact with biocompatible fluids. Their physicochemical parameters were monitored during cell line incubation for toxicity assessment and using human reconstituted gastric fluid. Finally, for a better overview of the specific nanoparticle– culture medium interaction, a SiC nanoparticles evaluation with three different cell line tests was performed. The evaluation was focused on two main parameters: particle size distribution and surface composition. It was found that the nanoparticles physicochemical properties evolve from initial conditions to an altered state, highlighting the contact with the biocompatible medium. On the one hand, modifications were produced in the nanoparticles in a type-, time- and dispersion medium-dependent way and on the other hand, these modifications were found to alter the test results. To summarize, it is highlighted that a case by case scenario is mandatory for nanoparticle evaluation because they behave differently in each medium, due to interaction and modifications produced on their surface.Cette thèse porte sur l'étude de l’évolution des propriétés physico-chimiques de deux carbures (SiC, TiC), sous la forme de nanoparticules, lors de leur contact avec des dispersants biocompatibles. En effet, l’évaluation toxicologique in vitro de ces deux matériaux nécessite de nombreuses manipulations dans divers milieux pouvant entrainer de substantielles modifications de leurs propriétés physicochimiques et donc de leur toxicité. Nous avons tout d’abord analysé les matériaux sous la forme sèche. La taille, la composition chimique de surface et du volume, la surface spécifique ont d’abord été mesurés. Ensuite, les propriétés telles que la distribution de taille et la composition chimique de surface ont été suivies au cours de différentes étapes impliquant leur contact avec des fluides biocompatibles : durant une pré-dispersion dans de l’eau et dans pluronic F108 pendant l’incubation de lignées cellulaires de type pulmonaire (A549), des kératinocytes IHK (NhTERT)et des sébocytes (SZ95) ou encore en présence de fluide gastrique. Il est montré que la distribution de taille et la composition chimique sont modifiés en fonction de la nature de la monoparticule, du milieu dispersant, de la méthode de dispersion et du temps de traitement : des phénomènes d’agglomération et de desagglomération ont été observées en fonction du temps d’incubation ainsi que de profondes modifications de la composition chimique de surface qui indiquent par exemple une adsorption préférentielle de protéines du milieu de culture masquant l’effet nocif du matériaux testé, ou encore une dissolution possible des monoparticules en fonction du fluide biologique. D’une manière générale, nous avons montre que les changements de propriétés physicochimiques par rapport aux matériaux de base dépendent du milieu pour le SiC alors qu’ils dépendent de la méthode de dispersion pour le TiC. Forts de ces observations nous constatons que pour l’évaluation in vitro de la toxicité potentielle de nanomatériaux, aucune généralisation n’est de mise, et qu’une évaluation au cas par cas en fonction des milieux biologiques est requise.(DOCSC01) -- FUNDP, 201