Le cerveau est-il à l’abri d’un impact d’une exposition à des nanomatériaux ?

Is the brain protected from the impact of nanomaterial exposure?

Unité Maladies Neurodégénératives (MND), Agence Nationale de Sécurité Sanitaire de l’Alimentation, de l’Environnement et du Travail (ANSES), 31 avenue Tony Garnier, 69364 Lyon Cedex 07, France

Auteur correspondant : Anna Bencsik, anna.bencsik@anses.fr

Reçu : 10 Juillet 2014

Résumé

Le cerveau est un organe particulièrement vulnérable vis-à-vis de divers stress tels qu’une hypoxie, une infection, une lésion mécanique, une inflammation et possède à ce titre plusieurs types spécifiques de protection dont la barrière hémato-encéphalique (BHE). Les travaux accumulés ces dix dernières années dans le domaine de la nanotoxicologie sont rarement orientés vers l’étude d’un impact cérébral, cependant ils montrent l’incomplète efficacité des barrières protectrices du cerveau vis-à-vis des nanoparticules. En effet, le franchissement des diverses barrières biologiques a pu être mis en évidence pour plusieurs voies d’entrée et pour différents types de nanoparticules, confirmant que la taille nanométrique favorise un passage inter- et trans-cellulaire au sein d’un organisme entier. Ainsi la translocation neuronale peut être directe, comme depuis la fosse nasale où sont présentes les terminaisons nerveuses des neurones du bulbe olfactif, mais aussi indirecte après franchissement d’une première barrière, pulmonaire, cutanée, intestinale; les nanoparticules gagnant la voie systémique peuvent alors atteindre secondairement le cerveau en traversant la BHE. Au-delà de ce constat, plusieurs questions se posent : quel est le destin de ces nanoparticules qui sont parvenues à atteindre le cerveau ? Sont-elles modifiées, sont-elles éliminées ou au contraire s’accumulent-elles ? Quels sont les effets sur le fonctionnement cérébral ? La littérature disponible permet de recenser l’induction de stress oxydant, d’inflammation, de mort par apoptose ou de modifications du niveau d’expression de certains neurotransmetteurs. De nombreuses questions restent en suspens : que se produit-il quand l’exposition est chronique ? Quel impact peut avoir une exposition in utero sur le développement du tissu cérébral ? Quelles sont les conséquences d’une exposition sur le long terme ? Existe-t-il des nanoparticules plus alarmantes ? Les nanoparticules de nature métallique pourraient avoir des effets plus délétères sur le système nerveux par leur capacité de modifier des conformations de protéines, menant ainsi à leur agrégation. Or il est admis que la plupart des maladies neuro-dégénératives sont généralement liées à l’agrégation anormale de protéines : peptide bêta-amyloïde qui forme les plaques typiques de la maladie d’Alzheimer, l’alpha-synucléine, principal constituant des corps de Lewy dans la maladie de Parkinson, ou même du prion de la maladie de Creutzfeldt-Jakob. Ces constatations doivent conduire à la vigilance sur l’impact possible des nanoparticules sur le fonctionnement cérébral.

Abstract

Beside natural and entropic nanoparticules (NPs), the engineered nanoparticules are now more and more present in many different industrial and medical applications. Notably, despite this fast development of the nanotechnologies, little is known about a possible impact on health and environment. Above all, the impact on human body and especially on the brain is not known. Among the possible ways of exposure to NPs, inhalation and ingestion are those probably the most effective to reach the brain. Until recently the scientific literature on the subject was very poor, but looking back to the last 10 years scientific productions, it is now possible to identify critical elements that should help to evaluate how well the brain is spared from a potential NP impact. First we recall some properties that characterize the nervous system as compared to other peripheral organs. Then we review the possible ways of exposure that lead to efficient direct and indirect translocation to the brain, we describe some significant data that allow to show which cells and in which sub-cellular compartment NPs are detected. We propose to review the NPs parameters that could favor translocation to the brain. Then with several examples we report the different types of neurotoxicity that have been described until now. Finally we raise several questions that need to be seriously evaluated through new experiments in order to complete our knowledge on the precise impact of NPs on brain function.