les nanomatériaux de diamètre compris entre 10 et 100 nm pénètrent plus profondément dans les alvéoles pulmonaires que les particules micrométriques et passent ensuite, pour partie, dans le sang
les nanomatériaux plus petits restent dans les voies aériennes supérieures et peuvent...
- être rejetés vers l'extérieur (éternuement, mouchage)
- être avalés lors de la déglutition et passer dans le système digestif puis dans l'ensemble de l'organisme
- pénétrer dans les terminaisons nerveuses tapissant les fosses nasales, puis remonter le long des prolongements neuronaux et entrer dans le cerveau via le bulbe olfactif.
Lorsqu'ils sont ingérés, les nanomatériaux peuvent se diffuser dans l'organisme2 jusqu'au foie, la rate, les intestins les glandes endocrines et au cerveau.
En quelle proportion ? Cela dépend des nanomatériaux et des conditions dans lesquelles ils évoluent dans l'organisme. Ainsi, les scientifiques estiment que :
90 à 95% du TiO₂ ingéré serait rejeté dans les excréments3 ; mais même si la fraction qui reste est faible, il ne faut pas négliger l'effet d'accumulation, vu la forte exposition toute au long de la vie, qui peut conduire à des doses cumulées potentiellement néfastes pour l'organisme ; une publication récente a ainsi confirmé la présence de nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) dans le foie et la rate de 15 humains (et non plus seulement sur des rats de laboratoire). Dans la moitié des cas, les niveaux étaient supérieurs à celui jugé sans danger pour le foie4.
l'oxyde de zinc (ZnO) serait quant à lui plus fortement absorbé par l'organisme car mieux dissous dans l'environnement gastrique.
Les nanoparticules ont tendance à s'agglomérer en milieu aqueux ou acide et à retrouver une individualité en milieu basique. Par exemple les nanoparticules de silice ou d'argent isolées en milieu salivaire, s'agglomèrent après acidification dans l'estomac mais se retrouvent de nouveau à l'état particulaire dans l'intestin à pH neutre5.
La petite taille des nanomatériaux explique également leur propension à se diffuser dans l'organisme en empruntant les systèmes nerveux, sanguin et lymphatique.
Les nanomatériaux peuvent en effet franchir les différentes barrières physiologiques : barrières nasale6, bronchique / alvéolaire7, intestinale8, placentaire9, hémato-encéphalique10 (qui protège normalement le cerveau des agents pathogènes et toxines circulant dans le sang).
Certains nanomatériaux peuvent ensuite traverser les membranes cellulaires11.
Les nanomatériaux peuvent enfin s'accumuler avec le temps (en particulier les nanoparticules métalliques) :
dans les ganglions lymphatiques (entraînant leur gonflement chronique)12 et dans certains organes13 (tube digestif, foie14, rate15 mais aussi estomac, reins, poumons, testicules, coeur, cerveau16)
dans le sang
et à même à l'intérieur des cellules17 (au niveau du cytoplasme et du noyau par exemple).
Combien de temps les nanomatériaux peuvent persister dans l'organisme ? On l'ignore aujourd'hui et la réponse sera différente là encore en fonction du type de nanomatériau considéré.
La capacité à franchir les barrières physiologiques, l'affinité des nanomatériaux pour tel ou tel type d'organe ou de cellule, ainsi que leur toxicité sont très variables d'un nanomatériau à un autre car elles dépendent fortement de leurs caractéristiques physico-chimiques.
Certains nanomatériaux peuvent être dégradés et/ou éliminés par les urines et les fèces, mais cela ne signifie pas pour autant qu'ils ne posent pas problème : lorsque l'organisme doit se débarrasser de produits chimiques, il met en oeuvre un certain nombre de stratégies de détoxification dont les processus peuvent entraîner une toxicité18.
De nombreuses questions très importantes sont encore aujourd'hui non résolues. Comment évaluer les processus d'élimination ou de dégradation des nanoparticules ? Comment identifier les produits de dégradation et leurs effets ? Comment contrôler la persistance des nanoparticules dans les organes ? Quel est le lien entre biopersistance, réactivité, dégradation et toxicité des nanoparticules ? Malgré des progrès en nanométrologie, il n'y a pas encore de réponses bien établies à ce jour. La vitesse de dégradation / élimination des nanoparticules in vivo (quelques mois) est beaucoup plus lente que celle observée in vitro (quelques heures ou jours)19.
"Internalisation et translocation de nanoparticules d'oxyde de silice et d'oxyde de titane dans des cellules épithéliales bronchiques, endothéliales pulmonaires et musculaires" par Mornet S et al. et "Étude du passage de la barrière air-sang de nanotubes de carbone après une exposition pulmonaire" par Czarny et al, in Dossier du participant préparé pour la Restitution du Programme national de recherche environnement santé travail (PNREST), octobre 2015
10 - Chez l'animal, le passage de nanoparticules dans le cerveau a été mis en évidence pour des nanoparticules de types variés (argent, dioxyde de titane (TiO2), dioxyde de manganèse oxydes de fer, iridium, carbone, polystyrène, etc.) et de tailles allant de 2 à 200 nanomètres (nm). Cf. notamment :
Chez l'humain, des chercheurs ont récemment apporté la preuve que des nanoparticules métalliques (magnétite) issues de l'air pollué arrivent jusqu'à notre cerveau, franchissant la barrière spécifique à cet organe, la barrière hémato-encéphalique (sur la base d'analyses d'échantillons de cerveaux de 37 personnes décédées, de tout âge, et résidant toutes dans des villes polluées : Mexico et Manchester). Cf. Magnetite pollution nanoparticles in the human brain, Maher BA et al., PNAS, juillet 2016
Singh, S et al., Endocytosis, oxidative stress and IL-8 expression in human lung epithelial cells upon treatment with fine and ultrafine TiO2: Role of the specific surface area and of surface methylation of the particles, Toxicology and Applied Pharmacology, 222 (2), 141-151, 2007
Geiser, M et al., Ultrafine Particles Cross Cellular Membranes by Nonphagocytic Mechanisms in Lungs and in Cultured Cells, Environ Health Perspect., 113 (11), 1555-1560, 2005
Limbach, LK et al., Oxide Nanoparticle Uptake in Human Lung Fibroblasts: Effects of Particle Size, Agglomeration, and Diffusion at Low Concentrations, Environmental Science & Technology, 39 (23), 9370-9376, 2005.
Des chercheurs britanniques ont alerté sur les risques liés au transfert de nanoparticules contenues dans les tatouages vers le sang, les vaisseaux lymphatiques et différents organes. Voir 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
Nanotechnologies et nanoparticules dans l'alimentation humaine et animale, Afssa (aujourd'hui ANSES), mars 2009 : le tube digestif, le foie et la rate sont les principaux organes cibles. Après administration par voie orale, des nanoparticules peuvent aussi être retrouvées dans l'estomac, les reins, le foie, les poumons, les testicules, le cerveau et le sang.
Nanotechnologies et nanoparticules dans l'alimentation humaine et animale, Afssa (aujourd'hui ANSES), mars 2009 : le tube digestif, le foie et la rate sont les principaux organes cibles. Après administration par voie orale, des nanoparticules peuvent aussi être retrouvées dans l'estomac, les reins, le foie, les poumons, les testicules, le cerveau et le sang.
Nanotechnologies et nanoparticules dans l'alimentation humaine et animale, Afssa (aujourd'hui ANSES), mars 2009 : le tube digestif, le foie et la rate sont les principaux organes cibles. Après administration par voie orale, des nanoparticules peuvent aussi être retrouvées dans l'estomac, les reins, le foie, les poumons, les testicules, le cerveau et le sang.
Dans le cerveau, les nanoparticules peuvent pénétrer dans les cellules de tous types : on en a observé dans les neurones, les astrocytes (qui assurent diverses fonctions importantes, notamment l'apport de nutriments aux neurones) et les cellules microgliales (des cellules immunitaires qui protègent le système nerveux des pathogènes) : cf. Bencsik A, Le cerveau est-il à l'abri d'un impact d'une exposition à des nanomatériaux ?, Biologie Aujourd'hui, 208 (2), 159-165, septembre 2014
Nanotechnologies et nanoparticules dans l'alimentation humaine et animale, Afssa (aujourd'hui ANSES), mars 2009 : le tube digestif, le foie et la rate sont les principaux organes cibles. Après administration par voie orale, des nanoparticules peuvent aussi être retrouvées dans l'estomac, les reins, le foie, les poumons, les testicules, le cerveau et le sang.
Hussain Baeza-Squiban A, Impacts physiopathologiques des nanoparticules inhalées, Biologie Aujourd'hui, 208 (2), 151-158, septembre 2014 : "les nanoparticules sont le plus souvent présentes dans des vésicules mais quelquefois libres dans le cytoplasme sans que l'on sache toujours si c'est à la suite d'une libération des nanoparticules à partir de vésicules dont la membrane se serait rompue ou d'une entrée par diffusion des nanoparticules. Selon les types cellulaires considérés et les nanoparticules étudiées, les voies d'internalisation des nanoparticules peuvent être très variées, allant de la diffusion passive des mécanismes actifs tels que la phagocytose, la macropinocytose ou l'endocytose dépendante de la clathrine ou de la cavéoline"
Bencsik A, Le cerveau est-il à l'abri d'un impact d'une exposition à des nanomatériaux ?, Biologie Aujourd'hui, 208 (2), 159-165, septembre 2014 : dans le cerveau, les nanoparticules peuvent pénétrer dans les cellules de tous types ; on en a trouvé par exemple dans le cytoplasme et dans le noyau des cellules gliales et neuronales.
