Les portes d'entrée des nanomatériaux dans le corps humain

Par l'équipe Avicenn - Dernier ajout octobre 2021

Cette fiche est la première partie de notre Dossier Nano et Risques pour la santé. Elle a vocation à être complétée et mise à jour. Vous pouvez contribuer à l'améliorer en nous envoyant vos remarques à l'adresse redaction(at)veillenanos.fr.

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On distingue communément trois principales voies d'exposition potentielle aux nanomatériaux :

• Inhalation - Appareil respiratoire
  
• Ingestion - Appareil digestif
  
• Contact cutané - Peau
  

Mais elles sont en fait plus nombreuses :

• Voie urogénitale
  
• Effraction cutanée (tatouages)
  
• Voie parentérale (intra-veineuses, vaccins, ...)
  
• Muqueuse buccale (dentifrices, médicaments oro-dispersibles, chewing-gums, ...)
  

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Le degré de pénétration des nanomatériaux est dans chaque cas conditionné par les caractéristiques physico-chimiques des nanomatériaux (taille, forme, etc.).

Inhalation*

L'inhalation constitue la principale voie de pénétration des nanomatériaux dans le corps humain¹, en tout cas pour les travailleurs impliqués dans la fabrication ou manipulation de nanomatériaux sous forme de poudre.
Les nanomatériaux susceptibles d'être inhalés par le grand public sont ceux qui sont contenus sous forme de poudre ou dans les sprays : produits ménagers, sprays de crèmes solaires, peintures aérosols par exemple.
Une fois inhalés, les nanomatériaux peuvent être rejetés ou rester dans l'appareil respiratoire (sur les fosses nasales, les bronches et les alvéoles pulmonaires) ou encore être conduits dans le système gastro-intestinal après déglutition.
Une fois inhalés, les nanomatériaux de diamètre compris entre 10 et 100 nm pénètrent plus profondément dans les alvéoles que les particules micrométriques ; en revanche les nanomatériaux plus petits restent dans les voies aériennes supérieures².

Ingestion*

Présents dans notre alimentation, dans les médicaments, dans les dentifrices, rouges ou baumes à lèvres, les nanomatériaux peuvent se retrouver dans le système gastro-intestinal.
Plus les nanomatériaux sont petits, plus ils semblent absorbés par l'appareil digestif et dispersés ensuite dans l'organisme³.

Contact cutané*

Les nanomatériaux présents dans les cosmétiques ou les vêtements par exemple peuvent entrer au contact de notre peau.
La pénétration des nanomatériaux à travers la peau - parfois expressément recherchée⁴ - est possible mais serait relativement limitée⁵, même si les résultats sont souvent contradictoires et rendus peu exploitables en raison notamment d'une insuffisante caractérisation physico-chimique des nanomatériaux et / ou de la diversité des montages expérimentaux⁶.

Dans l'ensemble, la littérature suggère néanmoins que le taux de pénétration des nanoparticules peut être plus élevé que pour des particules plus grosses, davantage bloquées par les couches supérieures de l'épiderme.
De nombreuses incertitudes demeurent et des travaux sont en cours, en France notamment⁷, pour y voir plus clair.
Leur passage à travers la peau serait facilité par le sébum, la sueur, les flexions répétées de la peau, ainsi que par les lésions cutanées (en cas d’eczéma ou de boutons, de brûlure due par exemple à un coup de soleil, d’une micro-coupure résultant du rasage, etc.).

L'une des questions cruciales à élucider concerne le devenir des nanoparticules au niveau des follicules pileux, encore indéterminé. La présence de cellules souches, qui peuvent migrer, pose la question du possible transport des nanoparticules à l'intérieur du corps via ce canal. Des dermatologues des Hôpitaux Bichat et Rothschild ont, pour la première fois, observé au Synchrotron soleil la présence de nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) le long de follicules pileux d’une patiente atteinte d’alopécie frontale fibrosante (chute de cheveux en haut du front) qui utilise quotidiennement, depuis 15 ans, des écrans solaires contenant du TiO2⁸.

Autres voies

• Voie urogénitale

Des nanomatériaux comme le nanoargent entrent dans la composition de sous-vêtements, de gels vaginaux antibactériens et spermicides⁹. Franchissent-ils alors les barrières physiologiques ? Avicenn n'a pas recensé d'études sur ce sujet.

• Effraction cutanée

Plusieurs équipes de chercheurs ont alerté sur les risques liés au transfert de nanoparticules contenues dans les encres et/ou aiguilles de tatouages vers le sang, les vaisseaux et ganglions lymphatiques (entraînant leur gonflement chronique) et différents organes, pouvant entraîner des réactions d'hypersensibilité ou d'allergies¹⁰.

• Voie parentérale (intra-veineuses, vaccins, ...)

Cette voie est utilisée en médecine : il s'agit des voies intraveineuses, sous-cutanée, intradermique ou intramusculaire, par lesquelles des nanomatériaux peuvent être introduits dans le corps humain.
Des dispositifs médicaux implantables comportant des nanorevêtements sont également testés ou développés (pace-makers, prothèses).
Des nanoparticules sont également présentes dans des vaccins :

• certaines par contamination non volontaire¹¹, mais en nombre si infime qu'il pourrait, selon l'Agence européenne des médicaments, être constaté "partout dans l'environnement" et "ne devrait pas être considéré comme un risque pour la santé"¹²
• d'autres à des fins prophylactiques (préventives) ou thérapeutiques¹³, principalement à l'état de recherche et développement voire pour certains déjà en voie de commercialisation.

• Muqueuse buccale (dentifrices, médicaments oro-dispersibles, chewing-gums, ...)

Les muqueuses buccales sont perméables ; c'est d'ailleurs pour ça que les granules homéopathiques et d'autres médicaments dits "orodispersibles" doivent être placées sous la langue (on parle d'un mode d'administration "sublingual") pour "fondre" à cet endroit et être rapidement absorbés par l'organisme. Une partie des nanoparticules contenues dans les dentifrices, médicaments ou chewing-gums est "absorbée" à ce niveau¹⁴.

⇒ Et après ? Là encore les incertitudes sont nombreuses. Leur devenir dans l'organisme est encore mal connue : une fois dans le corps, les nanomatériaux ne sont pas nécessairement dégradés ou éliminés et peuvent s'accumuler et avoir des effets délétères.
Dans tous les cas, les caractéristiques physico-chimiques des nanomatériaux (taille, forme, etc.) influent sur le degré de pénétration et la toxicité des nanomatériaux dans l'organisme.

En savoir plus

Lire aussi nos fiches :
- Nano et Santé : Bibliographie, veillenanos.fr
- Pourquoi tant d'incertitudes sur les risques associés aux nanomatériaux ?, veillenanos.fr
- "Caractéristiques physico-chimiques" et toxicité des nanomatériaux, veillenanos.fr
- Quel devenir et comportement des nanomatériaux dans le corps humain ?, veillenanos.fr
- Nano et Alimentation - Risques pour la santé : inquiétudes et incertitudes, veillenanos.fr
- Comment financer les études de risques associés aux nanomatériaux ?, veillenanos.fr
- L'approche nano 'safe by design' ? Décryptage d'Avicenn, veillenanos.fr
- Nano et Cosmétiques, veillenanos.fr

Ailleurs sur le web :

• National Nanotechnology Initiative (USA), NanoEHS Webinar - What We Know about NanoEHS: Human Exposure, mars 2021
• Bencsik A., Les nanoparticules nuisent-elles au cerveau ?, Pour la science, n°448, février 2015

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NOTES et REFERENCES

1 - Pour plus de détails, voir notamment :

• Human study reveals nanoparticles cross from lungs into blood - Gold nanoparticles accumulate in arterial plaques, Chemical Watch, mai 2017 (cf. Inhaled Nanoparticles Accumulate at Sites of Vascular Disease, Miller MR et al., ACS Nano, 11(5) : 4542-4552, avril 2017)
• Les nanoparticules d'uranium traversent la barrière pulmonaire, Aktis (IRSN), octobre-décembre 2013
• Les nanomatériaux, INRS, ED6050, septembre 2012.

2 - Cf. Les nanomatériaux, INRS, ED6050, septembre 2012.

3 - Voir nos fiches :

• Nano et Alimentation - Risques pour la santé : inquiétudes et incertitudes (et les références ainsi que la bibliographie associées), veillenanos.fr
• Travaux de recherche autour des risques et/ou de la détection des nanomatériaux dans l'alimentation, veillenanos.fr

4 - Voir par exemple "Nos cosmétiques valent de l'or", Magazine Avantages, 7 décembre 2018 : "En passant la barrière cutanée, l’or permettrait de lutter contre le stress oxydatif dû à la pollution et aux UV, limitant ainsi les rides. Il serait aussi capable de lutter contre les tâches et booster le système immunitaire de la peau."

5 - Cf. :

• NanoTiO2 Sunscreen Does Not Prevent Systemic Oxidative Stress Caused by UV Radiation and a Minor Amount of NanoTiO2 is Absorbed in Humans, Pelclova D et al., Nanomaterials, 9(6), 888, 2019
• Support for the Safe Use of Zinc Oxide Nanoparticle Sunscreens: Lack of Skin Penetration or Cellular Toxicity after Repeated Application in Volunteers, Mohammed YH, Journal of Investigative Dermatology, 139(2) : 308–315, février 2019
• Crème solaire, nanoparticules et alopécie frontale, Synchrotron soleil, communiqué de presse, février 2018 (voir également l'article académique en anglais : Alopécie frontale fibrosante post-ménopausique : une réaction lichénoïde aux nanoparticules de dioxyde de titane présentes dans les follicules pileux?, Gary C et al., Annales de Dermatologie et de Vénéréologie, 144 (12), S206, 2017)
• Nanoparticules de dioxyde de titane et d'argent- Exposition cutanée, Proust N, Techniques de l'Ingénieur, janvier 2017
• Bioengineered sunscreen blocks skin penetration and toxicity, NIBIB, décembre 2015
• La peau est-elle vraiment imperméable aux nanoparticules ?, Vinches L et Halle S, Bulletin de veille scientifique, n° 27, ANSES, septembre 2015
• Nanoparticles skin absorption: New aspects for a safety profile evaluation, Regulatory Toxicology and Pharmacology, 2015 : selon cette revue de la littérature,
  • les nanoparticules de diamètre inférieur à 4 nm peuvent pénétrer et imprégner la peau intacte,
  • les nanoparticules de diamètre compris entre 4 et 20 nm peuvent potentiellement pénétrer une peau intacte et lésée,
  • les nanoparticules de diamètre compris entre 21 et 45 nm peuvent uniquement pénétrer et imprégner une peau lésée,
  • les nanoparticules de diamètre supérieur à 45 nm ne peuvent pénétrer ni imprégner la peau.
  • d'autres aspects jouent un rôle important, surtout pour les nanoparticules métalliques, à savoir leur dissolution dans les milieux physiologiques, qui peuvent causer des effets locaux et systémiques, leur potentiel sensibilisant ou toxique et la tendance à créer des agrégats.
• Interactions of Skin with Gold Nanoparticles of Different Surface Charge, Shape, and Functionality, Fernandes R et al., Small, octobre 2014
• Dermal exposure potential from textiles that contain silver nanoparticles, International Journal of Occupational and Environmental Health, 20(3), juillet 2013
• Dermal Absorption of Nanomaterials, Agence de protection de l'environnement du Danemark, 2013
• Exposition professionnelle aux nanoparticules et protection cutanée, Archives des Maladies Professionnelles et de l'Environnement, 74(5), 488-498, novembre 2013
• Relance de la polémique sur la capacité des nanoparticules à traverser la barrière cutanée, veillenanos.fr, 3 octobre 2012
• Nanoparticules de dioxyde de titane et d'oxyde de zinc dans les produits cosmétiques : Etat des connaissances sur la pénétration cutanée, génotoxicité et cancérogenèse - Point d'information, AFSSAPS, 14 juin 2011 (voir pp. 28-29 du rapport d'état des connaissances pour une présentation de l'étude de Gulson) : l'Agence française de sécurité sanitaire des produits de santé (Afssaps) avait constaté que les études scientifiques ne montraient pas de pénétration cutanée significative des nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) pour les peaux saines, mais ne permettent pas de tirer de conclusion dans un sens ou dans l'autre pour les peaux lésées. L'Afssaps a donc recommandé de ne pas appliquer de crème contenant du nano TiO2 sur des peaux lésées (par exemple par des coups de soleil) du fait des risques potentiels pour la santé humaine ; elle a également déconseillé d'utiliser sur le visage ou dans des locaux fermés les cosmétiques contenant des nanoparticules et se présentant sous formes de spray

6 - Une synthèse a été publiée en mai 2020 : Are nanomaterials getting under your skin?, RIVM & RPA consortium of Triskelion, ECHA, EUON, mai 2020 : les experts des Pays-Bas mandatés par l'agence européenne des produits chimiques (ECHA) pour analyser les travaux de recherche sur l'absorption cutanée des nanomatériaux soulignent le manque de données comparables et de qualité et recommandent des programmes de recherche bien organisés et structurés en phase avec les lignes directrices de l'OCDE en matière de tests.
Une étude publiée en mai 2020 également fait état de résultats intéressants : Penetration of Zinc into Human Skin after Topical Application of Nano Zinc Oxide Used in Commercial Sunscreen Formulations, Holmes AM et a., ACS Appl. Bio Mater., 2020

Auparavant, nous avions noté que la plupart des protocoles ne reflètent pas les conditions réelles d'utilisation des crèmes solaires. En 2012, des recherches avaient par exemple été menées sur des échantillons de peau de cochon, sur une durée maximale de 16 heures seulement, sans prendre en compte des facteurs pourtant déterminants, comme la flexion de la peau ou les produits rajoutés par les industries cosmétiques pour favoriser la pénétration cutanée des produits actifs. Cf. INTERNATIONAL : Relance de la polémique sur la capacité des nanoparticules à traverser la barrière cutanée, veillenanos.fr, 3 octobre 2012. Or, dans une autre étude australienne publiée en 2010, effectuée sur des humains (et non pas des cochons), à partir de crèmes solaires utilisant des nanoparticules d'oxyde de zinc, il avait été montré que de faibles quantités de zinc traversaient la barrière cutanée. Il avait fallu attendre deux jours pour en détecter dans le sang des volontaires. Cf. Small Amounts of Zinc from Zinc Oxide Particles in Sunscreens Applied Outdoors Are Absorbed through Human Skin, Gulson B et al., Toxicological Sciences, 118(1) : 140–149, novembre 2010

7 - Un travail de recherche est en cours en 2021 au CEA de Grenoble notamment, sur le développement d'un modèle expérimental pour l'étude de la décontamination de la peau après une exposition aux nanoparticules métalliques (NaPeauLi), financé dans le cadre de l'APR-EST de l'Anses 2019.

8 - Cf. Crème solaire, nanoparticules et alopécie frontale, Synchrotron soleil, février 2018

9 - Voir notre inventaires de produits commercialisés contenant des nanomatériaux, ou par exemple : Dépister le VIH à l'oeil nu ou le contrer avec une crème ?, janvier 2014 et Use of silver nanoparticles increased inhibition of cell-associated HIV-1 infection by neutralizing antibodies developed against HIV-1 envelope proteins, Journal of Nanobiotechnology, 9:38, 2011

10 - Voir notamment :
- Tatouage : nanoparticules, je vous ai dans la peau !, Science & Vie, 20 octobre 2021
- Encres de tatouage et maquillage permanent, ECHA, 2020 ?
- Après l'encre... Tatouages : les aiguilles pourraient entraîner des allergies, Allô Docteurs, 27 août 2019 et Metal particles abraded from tattooing needles travel inside the body, Synchrotron de Grenoble, 26 août 2019
- Scientists find that nanoparticles from tattoos travel inside the body, ESRF, 12 septembre 2017 (Synchrotron-based ν-XRF mapping and μ-FTIR microscopy enable to look into the fate and effects of tattoo pigments in human skin, Schreiver I et al., Scientific reports, 2017) ; les professionnels ont réagi en minimisant les risques, tout en dénonçant tout de même "le flou entretenu par les industriels fournissant les pigments (CI = Color index) aux fabricants d’encres, sous couvert de secret commercial. Nos distributeurs nationaux, respectueux des exigences imposées par la loi, ne disposent eux-mêmes pas de précisions sur les CI des étiquettes. C’est bien aujourd’hui la seule zone d’ombre sur nos encres de tatouage. La véritable évolution attendue désormais par les tatoueurs et les tatoués vise une plus grande transparence des fournisseurs de pigments... Pour une meilleure connaissance des produits de tatouage", cf. Nanoparticules : Pas de panique !, Tatouage Magazine, n°119, novembre-décembre 2017
- Size and metal composition characterization of nano- and microparticles in tattoo inks by a combination of analytical techniques, Bocca B et al., J. Anal. At. Spectrom.,32, 616-628, janvier 2017
- le communiqué de l'Université de Bradford (Royaume-Uni) et l'article des Amis de la Terre Australie : Des nanoparticules dans les tatouages pourraient causer des cancers (en anglais), 4 novembre 2013

11 - Voir notamment :

• New Quality-Control Investigations on Vaccines: Microand Nanocontamination, Gatti AM et Montanari S, International Journal of Vaccines and Vaccination, 4(1), 2017
• Etude comparative de recherche de particules et éléments dans des vaccins et autres produits de santé injectables, ANSM, mai 2016

12 - Les vaccins sont-ils « contaminés par des nanoparticules toxiques » ?, Le Monde, 19 juillet 2017

13 - Voir par exemple :

• les pistes de vaccins à l'étude contre le covid-19, dont quelques exemples sont compilés sur notre page Nano et covid-19
• Les nanotechnologies pour produire plus vite des vaccins, Le Soir, 8 novembre 2021
• Vaxinano, société de biotechnologie créé en 2016, spécialisée dans le développement préclinique et pharmaceutique des vaccins prophylactiques et thérapeutiques pour les maladies infectieuses, pour les marchés de la santé humaine et animale.
• Glycovax Pharma dépose une demande de brevet pour un nouveau vaccin semi-synthétique contre les cancers du sein, Glycovax Pharma, 4 avril 2018
• Vaxinano met au point le premier vaccin contre la toxoplasmose, Les Echos, 5 septembre 2017
• Une méthode pour que les vaccins n'aient plus besoin d'être conservés au froid, Sciences & Avenir, décembre 2016
• Applications des nanotechnologies à la médecine, LEEM, 13 février 2014
• Des vaccins à base de nanoparticules, Les Echos, 3 octobre 2007

14 - Voir par exemple :

• Nano‐TiO2 penetration of oral mucosa: in vitro analysis using 3D organotypic human buccal mucosa models, Konstantinova V et al., Journal of Oral Pathology & Medicine, 46(3) : 214-222, mars 2017
• The buccal mucosa as a route for TiO2 nanoparticle uptake, Teubl BJ et al., Nanotoxicology, 9: 253–261, 2015
• Interactions between nano-TiO2 and the oral cavity: Impact of nanomaterial surface hydrophilicity/hydrophobicity, Teubl BJ et al., Journal of Hazardous Materials, 286 : 298-305, 2015
• In vitro permeability of silver nanoparticles through porcine oromucosal membrane, Mauro M et al., Colloids Surf B Biointerfaces, 1;132:10-6, 2015
• Evaluation of a physiological in vitro system to study the transport of nanoparticles through the buccal mucosa, Roblegg E et al., Nanotoxicology, 1–15, 2011

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Fiche initialement créée en novembre 2013