Pluridisciplinary approach to study particles biological activity
Approche pluridisciplinaire de l'étude de l'activité biologique de particules fines
Résumé
In 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.
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.
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.