Vous avez dit « nano » ? On a souvent du mal à se représenter un grain de matière à l’échelle nanométrique : au milliardième de mètre. Pour s’en faire une idée, signalons que le rapport de taille entre la planète Terre et une orange est similaire à celui qui existe entre une orange et une nanoparticule, de taille de un à 100 nanomètres. À l’échelle de l’organisme, elles sont ainsi entre 1 000 fois et 100 000 fois plus petites qu’une seule de nos cellules. Elles n’ont donc aucune difficulté à traverser les barrières biologiques qui protègent nos organes, par exemple la barrière hématoencéphalique autour du cerveau. Faut-il alors s’inquiéter pour notre santé et celle de nos enfants dans la mesure où les nanoparticules colonisent un nombre toujours plus élevé de produits de consommation courante ?

Cosmétiques et aliments

Produites naturellement (volcans, feux de forêt…) ou fabriquées par l’homme, les nanoparticules ont des propriétés physico-chimiques uniques. Car plus la taille d’une particule est réduite, plus le rapport surface/volume augmente, plus sa surface d’échange et sa réactivité s’accroissent. De quoi en faire un matériau intéressant pour toutes sortes d’usages. Ainsi, aujourd’hui, les nanoparticules sont de plus en plus utilisées dans différents domaines de l’activité humaine (automobile, électronique, énergie, agroalimentaire, cosmétique, médecine…).

Les nanoparticules d’oxyde de métal, notamment, font partie des nanomatériaux les plus couramment utilisés dans les produits de consommation à usage quotidien tels les peintures, les emballages alimentaires, les aliments eux-mêmes, les crèmes solaires, les dentifrices, ou encore les médicaments. Par exemple, des nanoparticules de dioxyde de silicium sont ajoutées au sel, au sucre et à la farine comme agent antiagglomérant ; les nanoparticules d’argent, elles, sont utilisées dans les emballages alimentaires pour leurs propriétés antibactériennes. Dans les écrans solaires, la présence de nanoparticules d’oxyde de zinc bloque les rayons ultraviolets et rend les crèmes invisibles. Enfin, les nanoparticules de dioxyde de titane sont largement utilisées pour blanchir et augmenter la brillance des confiseries et des dentifrices.

Danger pour les neurones

Une des questions majeures soulevées par l’augmentation de la production et de l’utilisation des nanoparticules concerne le risque sanitaire que pourrait engendrer l’exposition croissante, répétée et continue de la population à ces composés chimiques. Inhalées, ingérées ou encore traversant les plans cutanés, les nanoparticules peuvent emprunter le flux sanguin et atteindre l’ensemble des organes pour s’y accumuler.

Chercheurs dans le domaine des neurosciences, nous nous intéressons au développement et au fonctionnement du système nerveux, et plusieurs effets des nanoparticules sur le cerveau ont déjà pu être observés par différentes équipes de recherche à travers le monde. Dans un premier temps, des études ont montré qu’elles peuvent endommager la barrière hématoencéphalique (barrière protectrice du cerveau), ce qui pourrait avoir pour conséquence de la rendre plus perméable à d’autres produits potentiellement neurotoxiques.

Des atteintes des fonctions cérébrales ont également été rapportées chez l’animal : les nanoparticules provoquent chez le rat des déficits de l’apprentissage (nanoparticules de cuivre) et perturbent les mécanismes neuronaux mis en jeu dans la mémoire (nanoparticules de zinc et de titane). Induisant elles aussi une perturbation du fonctionnement de la barrière hématoencéphalique, les nanoparticules d’argent entraînent une dégénérescence des cellules nerveuses. Enfin, les nanoparticules de dioxyde de titane et d’oxyde de zinc peuvent déclencher dans les cellules nerveuses la production de radicaux libres (appelé stress oxydatif) capables d’induire une mort neuronale et des lésions cérébrales.

En outre, il est important de mentionner que chez la souris, l’exposition maternelle à certaines nanoparticules (notamment de dioxyde de titane) au cours de la gestation affecte le développement normal des fœtus jusqu’à induire des malformations de leur cerveau, montrant ainsi l’existence d’une transmission materno-fœtale de ces particules malgré la barrière placentaire.

Nanoparticules et respiration

La respiration, fonction vitale, est assurée chez les mammifères par des réseaux de neurones localisés à la base du cerveau dans une région appelée tronc cérébral. L’activité de ces centres respiratoires permet de contracter rythmiquement les muscles de la respiration, assurant ainsi le déplacement de l’air dans les poumons. Tout dysfonctionnement engendre des atteintes de la fonction respiratoire. Dans ce contexte, et avec le soutien de l’Agence nationale de sécurité sanitaire et du Fonds de recherche en santé respiratoire/Fondation du souffle, nous étudions chez des souris et des rats nouveau-nés les effets respiratoires causés par l’exposition aiguë (une seule exposition à des doses élevées) ou chronique (expositions répétées à de faibles doses) aux nanoparticules d’oxyde de zinc ou de dioxyde de titane, nanomatériaux de synthèse parmi les plus couramment utilisés dans des produits de consommation à usage quotidien.

Les résultats sont alarmants ! Ainsi, l’exposition aiguë aux nanoparticules de zinc déclenche chez les animaux nouveau-nés une accélération anormale suivie d’un arrêt définitif du rythme respiratoire. Récemment, des effets similaires ont été observés lors d’expositions chroniques aux nanoparticules de dioxyde de titane. Comme l’illustre l’image ci-dessous, l’ingestion de ces particules par des souris au cours de la gestation induit chez les souriceaux une fréquence respiratoire anormalement élevée.

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Ces effets hautement délétères sont la conséquence d’une action des nanoparticules sur les neurones des centres respiratoires. Ils se retrouvent dans un « état maximal d’excitation ». Comme un moteur qui s’emballerait et serait poussé à son maximum, les centres respiratoires ne peuvent alors ni ralentir, ni accélérer à nouveau. Cela pourrait avoir de graves conséquences lors de situations critiques nécessitant une accélération de la respiration, notamment quand la quantité d’oxygène diminue dans le sang (hypoxie), ou quand celle du dioxyde de carbone augmente (hypercapnie).

On l’aura compris : la période périnatale est cruciale pour le développement normal du système nerveux des mammifères, souris comme humains. Sa vulnérabilité aux agressions environnementales impose de limiter l’exposition aux nanoparticules avant et après la naissance. Même si depuis une dizaine d’années différents programmes de recherche ont été lancés sur les nanoparticules pour répondre aux inquiétudes que soulèvent leurs possibles effets sur la santé, de nombreuses inconnues subsistent quant aux risques sanitaires encourus, notamment pour le cerveau et le système nerveux en général.

Les enseignements tirés des crises sanitaires (comme l’exposition à l’amiante par exemple) doivent inciter, voire obliger la communauté scientifique et médicale à développer rapidement le plus grand nombre de modèles d’étude visant à analyser l’impact de ces produits manufacturés sur la santé. Car, pour le moment, on ne peut pas éviter les produits contenant des nanoparticules. Comme le précise le Dr Marion Tissier-Raffin, la réglementation applicable est soit insuffisante (le règlement européen REACH permet aux nanomatériaux d’y échapper, en raison grandement des critères juridiques retenus pour sa mise en œuvre), soit quasiment non appliqué : dans un rapport de 2017, la Direction générale de la concurrence, de la consommation et de la répression des fraudes a souligné le non-respect de l’obligation d’étiquetage des nanomatériaux utilisés comme ingrédients.