Consequences of perinatal exposure to titanium dioxide nanoparticles on the development and behavior of newborn mice
Conséquences d'une exposition périnatale aux nanoparticules de dioxyde de titane sur le développement et le comportement des nouveau-nés chez la souris
Résumé
The use of titanium dioxide nanoparticles (TiO2 NPs) has increased dramatically over the past decades, and these particles are now present in many everyday consumer products. Due to their small size, TiO2 NPs can cross biological barriers and interact negatively with biological tissues. In particular, it has been shown that perinatal exposure of pregnant females to TiO2 NPs can alter the body growth of the offspring. However, the majority of these studies have focused on a relatively restricted duration of exposure, often limited to the prenatal period. Here, we daily exposed female mice from the first day of gestation to the last day of lactation via voluntary food intake of TiO2 NPs. We show disturbances in metabolism and behavior throughout the life of the offspring. In particular, we were able to observe alterations in the behavior of animals during the neonatal period, during the period corresponding to adolescence and finally to adulthood. First of all, newborn animals from exposed litters show a lower growth curve than non-exposed animals. In addition, they exhibit a decreased respiratory rate and an increased likelihood of producing respiratory apneas. In addition, a decrease and a delay in the development of ultrasonic vocalizations are observed in newborn animals. During adolescence, exposed animals show an increase in the production of anxiety-like behaviors, as revealed by open field and dark and light box tests. The use of the three-chamber test also made it possible to reveal a decrease in the interest of the exposed animals towards their congeners. The majority of these behavioral changes are retained into adulthood in both males and females. These changes are accompanied by an increase in the number of microglial cells in the hippocampus as well as in the prefrontal cortex. Importantly, we were able to observe the same effects both on the respiratory activity of newborns and on the behavior of adolescent and adult animals when exposure was reduced to the postnatal period corresponding to the lactation period. Finally, my work has established that the respiratory and behavioral deficits induced by TiO2 NPs are transmitted from females (F1) to the next generation (F2). In addition, reexposure to TiO2 NPs from F1 adult females aggravates the respiratory deficits of newborn F2 males. In conclusion, perinatal exposure to titanium dioxide nanoparticles induces multigenerational alterations in respiratory activity and behavior.
L'utilisation de nanoparticules de dioxyde de titane (NPs de TiO2) a considérablement augmenté au cours des dernières décennies, et ces particules sont désormais présentes dans de nombreux produits de consommation courante. En raison de leur petite taille, les NPs de TiO2 peuvent traverser les barrières biologiques et interagir négativement avec les tissus biologiques. Il a notamment été montré qu’une exposition périnatale de femelles enceintes aux NPs de TiO2 pouvait altérer la croissance corporelle de la progéniture. Cependant, la majorité de ces études se sont focalisées sur une durée d’exposition relativement restreinte, souvent limitée à la période prénatale. Ici, nous avons exposé quotidiennement des souris femelles du premier jour de gestation au dernier jour de lactation via une prise alimentaire volontaire de NPs de TiO2. Nous montrons des perturbations du métabolisme et du comportement tout au long de la vie de la descendance. Nous avons notamment pu observer des altérations du comportement des animaux durant la période néonatale, durant la période correspondant à l’adolescence et enfin à l’âge adulte. Tout d’abord, les animaux nouveau-nés issus de portées exposées présentent une courbe de croissance inférieure aux animaux non-exposés. En outre, ils présentent une fréquence respiratoire diminuée et une augmentation de la probabilité de produire des apnées respiratoires. De plus, on observe chez les animaux nouveau-nés une diminution ainsi qu’un retard du développement des vocalisations ultrasoniques. A l’adolescence les animaux exposés présentent une augmentation de la production de comportements de types anxieux, tel que révélé par des tests d’open field et de dark and light box. L’utilisation du test des trois chambres a également permis de révéler une diminution de l’intérêt des animaux exposés envers leurs congénères. La majorité de ces modifications comportementales sont conservées à l’âge adulte aussi bien chez les mâles que les femelles. Ces modifications s’accompagnent d’une augmentation du nombre de cellules microgliales dans l’hippocampe ainsi qu’au niveau du cortex préfrontal. De manière importante, nous avons pu observer les mêmes effets tant sur l’activité respiratoire des nouveau-nés que sur le comportement des animaux adolescents et adultes lorsque l’exposition était réduite à la période postnatale correspondant à la période de lactation. Enfin, mes travaux ont permis d’établir que les déficits respiratoires et comportementaux induits par les NPs de TiO2 sont transmis des femelles (F1) à la génération suivante (F2). De plus, une réexposition aux NPs de TiO2 de femelles adultes F1 aggrave les déficits respiratoires des mâles nouveau-nés F2. En conclusion, l’exposition périnatale aux nanoparticules de dioxyde de titane induit des altérations multigénérationnelles de l’activité respiratoire et du comportement.
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