Comment évaluer leur toxicité en laboratoire ?

By | September 1, 2022

Les adultes ingéreraient environ 50 000 morceaux de plastique par an et les bébés plus d’un million par an. Les particules de plastique peuvent être absorbées par l’eau potable ou l’eau du robinet, les aliments contaminés (en contact direct avec les emballages en plastique), l’air ambiant contenant des microfibres (par exemple des textiles) ou même à travers la peau en cas de contact avec des produits d’hygiène.

Les effets toxiques de ces particules sur l’homme sont encore inconnus, mais il existe trois principaux risques pour la santé : la propagation de composants chimiques toxiques tels que les additifs (bisphénols, phtalates, métaux) ; le relargage de polluants qui sont adsorbés par des particules, qui agissent alors comme vecteurs de polluants environnementaux ; dommages physiques directement causés par des débris de plastique (fragments, fibres, mousse, microbilles) provoquant des lésions ou des obstructions dans divers organes. Plusieurs études ont montré des effets au niveau cellulaire, notamment une augmentation de l’inflammation, du stress oxydatif, de la mort cellulaire et une perturbation du métabolisme énergétique.

Le milieu aquatique est le contenant ultime des déchets et polluants associés à ces « microplastiques » (inférieurs à 5 millimètres) et est donc particulièrement étudié. Début septembre 2021, le nombre de fragments de plastique flottant à la surface de la mer était estimé à 24,4 billions, avec un poids estimé entre 82 000 et 578 000 tonnes.



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Depuis quelques années, de plus en plus de laboratoires étudient les effets toxiques des particules de plastique sur les organismes marins et d’eau douce – en particulier les bactéries, les poissons, les plantes aquatiques – mais les multiples propriétés de ces particules telles que leur taille, leur forme, le type de polymère ( polyéthylène, polypropylène, polystyrène, etc.) et les additifs ajoutés rendent difficile le démêlage des effets. Si nous pouvons évaluer la toxicité de ces particules dans chacun de ces types individuellement, il faudra beaucoup de temps pour tester tous les types de particules présentes et les additifs qui leur sont associés.

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La culture cellulaire, aussi appelée test, fait partie des méthodes complémentaires voire alternatives in vitro, pourrait être un outil prometteur pour évaluer la toxicité de différentes particules de plastique. Cette approche comporte des défis techniques ainsi que des limites, en particulier lors de l’extrapolation des résultats à des organismes entiers… comme les humains.

L’intérêt de la culture cellulaire pour évaluer la toxicité des micro- et nanoplastiques

Les scientifiques habitués à travailler avec des modèles animaux sont de plus en plus confrontés à des défis éthiques, économiques et écologiques dans leur pratique.



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Les cultures cellulaires sont principalement utilisées pour évaluer la toxicité au niveau des cellules d’organes spécifiques, tels que le foie ou les poumons, et les mécanismes impliqués dans diverses conditions expérimentales.

Des études in vitro sont en cours de développement pour déterminer la toxicité des polluants dans plusieurs organismes aquatiques. Cet outil aurait un fort intérêt éthique car il permettrait de respecter le « principe des 3R » : remplacer l’utilisation des animaux par d’autres méthodes expérimentales, réduire le nombre d’animaux utilisés dans les expérimentations et améliorer les procédures de test.

Les tests in vitro permettent également une présélection rapide de la toxicité potentielle des produits chimiques avant une analyse plus approfondie avec des tests Directet corrélations entre les tests Direct et in vitro confirmer que les cultures cellulaires pourraient être une alternative à l’expérimentation animale.

Le deuxième avantage de la culture cellulaire est qu’elle permet l’évaluation de nombreux effets biologiques tels que les dommages à l’ADN ou la viabilité cellulaire dans différentes conditions, car l’échelle des tests est beaucoup plus petite que l’exposition d’animaux dans des aquariums – ce qui réduit également les coûts.

Enfin, il permet l’étude des mécanismes cellulaires impliqués dans la toxicité, tels que B. la production d’espèces réactives de l’oxygène associée à l’augmentation du stress oxydatif, qui peut induire une peroxydation des lipides et endommager les membranes des organites cellulaires, ce qui peut alors potentiellement conduire à la mort cellulaire.

Ainsi, la recherche a montré que tous les types de particules de plastique ont des effets potentiellement nocifs sur les cellules avec une cytotoxicité, une immunotoxicité et un stress oxydatif accru.

Difficultés de la culture cellulaire pour l’évaluation écotoxicologique

La première difficulté est le nombre limité de lignées cellulaires standardisées disponibles pour les organismes aquatiques. Outre les lignées commerciales pour les modèles de poissons, d’autres espèces aquatiques nécessitent que les cellules soient isolées et cultivées en laboratoire avant que les tests ne soient effectués. Cela nécessite un temps de développement considérable dont la précision doit être solidement établie avant tout test de toxicité. L’origine des cellules est considérée comme une limitation, car les cellules de certains organes sont plus difficiles à obtenir que d’autres et nécessitent des milieux de culture spéciaux.



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La composition du milieu de culture semble également jouer un rôle dans la réponse des cellules aux microplastiques, puisque la présence de certains composés pourrait induire des modifications des propriétés physicochimiques des nanoparticules de plastique et donc de leur interaction avec les cellules.

Les limites de cette approche

Malgré leur potentiel, l’utilisation des cultures cellulaires pour étudier la toxicité des microplastiques et des nanoplastiques en est encore à ses balbutiements, avec un certain nombre de limites.

Pour les microparticules, une approche alternative utilisant des cultures de tissus ou d’organes semble plus appropriée car les grosses particules ont tendance à être impliquées. Directne pas pénétrer dans les cellules et interagir avec les organes et les tissus.

De plus, l’utilisation de la culture cellulaire a une limite dans la mesure où il n’est pas possible de reproduire exactement l’état des cellules dans un organisme entier. Par exemple, les cellules isolées et cultivées ont tendance à différer considérablement du type de cellule correspondant dans un organisme, ce qui limite la valeur des données. in vitro prédire l’effet toxique Direct.

De nombreux travaux poursuivent l’étude de l’optimisation des dosages sur cultures cellulaires, notamment en utilisant des milieux de culture dans des conditions plus proches de celles rencontrées. Directpar exemple en trois dimensions.

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