Risques associés aux nanoparticules de silice

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Risques associés aux nanoparticules de silice

Par l’équipe AVICENN – Dernier ajout juin 2022

Généralités : des effets néfastes de plus en plus documentés

Risques, classification et évaluation

Les nanoparticules de silice (SiO2) sont utilisées par l’industrie dans des applications très nombreuses et diverses, dans le domaine alimentaire, les cosmétiques, les produits pharmaceutiques, les couches et serviettes hygiéniques mais aussi les élastomères, résines, peintures et encres, etc.
Comme l’ont confirmé les bilans annuels de la déclaration française des substances à l’état nanoparticulaire publiés depuis fin 2013, différentes nanoformes de silice sont importées ou produites en France.

Les effets potentiellement néfastes des nanoparticules de silice sur la santé1Voir les références listées en bas de page, rubrique « ailleurs sur le web » sont de plus en plus documentés.

En 2021, les nanoparticules de silice ont été identifiées comme l’une des quatre catégories de nanoparticules les plus à risque par une équipe de la University College Dublin2Cf. A semiquantitative risk ranking of potential human exposure to engineered nanoparticles (ENPs) in Europe, Li, Y and Cummins, E, Science of the Total Environment, 778, juillet 2021.

Dès 2014, l’Agence française de sécurité sanitaire (ANSES) avait préconisé un classement des nanoparticules de dioxyde de silice dans le Règlement CLP afin que soient mises en place des mesures de restriction d’usage voire d’interdiction de l’utilisation de certaines applications grand public.

Une évaluation du dioxyde de silice et de ses nanoformes par les Pays-Bas était planifiée pour 2012 dans le cadre REACh, via le « Plan d’action continu communautaire » (CoRAP) de l’agence européenne des produits chimiques (ECHA). Elle a été lancée en 20143Cf. Community rolling action plan (CoRAP) update covering years 2014, 2015 and 2016, ECHA, mars 2014 mais n’a pas abouti, faute de données suffisantes fournies par les fabricants de silice.
En mars 2015, l’ECHA a a demandé davantage d’informations aux industriels sur les nanoformes de silice qu’ils fabriquent, afin de pouvoir mener à bien l’évaluation de ces substances4DECISION ON SUBSTANCE EVALUATION PURSUANT TO ARTICLE 46(1) OF REGULATION (EC) NO 1907/2006 For Silicon dioxide, CAS No 7631-86-9 (EC No 23 1-545-4), mars 2015. Mais en juin 2015, la « Chambre des recours » de l’ECHA s’est vue notifier des recours par les fabricants de nanosilice refusant de donner les informations demandées : l’un isolé, par Grace (Allemagne)5Announcement of appeal – Grace GmbH & Co. KG, ECHA, août 2015 : « The Agency has based its decision very largely on its own classification of SAS as a nanomaterial, a classification that the Agency is not empowered to make and that in any event is irrelevant to the toxicity of SAS; (d) The Contested Decision is disproportionate in that it is not appropriate or necessary to achieve the objective of protecting human health, and places an unduly heavy burden on the Appellants », l’autre groupé, rassemblant 35 entreprises6Announcement of appeal – Evonik Degussa GmbH and others, ECHA, août 2015 : « On 29 February 2012, silicon dioxide was included on the CoRAP due to initial grounds for concern relating to ‘the substance characterisation, nanoparticles and toxicity of different forms of the substance’. The Appellants claim, however, that none of those alleged grounds for concern are criteria for inclusion of a substance on the CoRAP. The Appellants argue that as a result the Agency’s decision to include the substance on the CoRAP was adopted in breach of Article 44 of the REACH Regulation and must be set aside. (…) The Appellants claim that the mere fact that the substance meets the non-legally binding definition of ‘nanomaterials’ in Commission Recommendation 2011/696/EU on the definition of nanomaterial is not sufficient to justify the requests for information in the Contested Decision. By requesting information on the substance on the grounds that the substance meets the nonlegally binding definition of ‘nanomaterials’ in the Commission Recommendation, the Agency failed to identify a valid concern that needs to be addressed through the substance evaluation procedure. »
En plus des entreprises françaises citées plus haut, les signataires étaient des entreprises :
– allemandes : Evonik Degussa GmbH, Evonik Industries AG, Akzo Nobel Chemicals GmbH, BASF SE, Cabot Aerogel GmbH, Cabot GmbH, Clariant Produkte (Deutschland) GmbH, Grace Silica GmbH, Johnson Matthey Chemicals GmbH, Merck KGaA, Wacker Chemie AG
– espagnoles : Evonik Silquilmica SA, IQESIL S.A, Instituto Suizo Para el Fomento de la Seguridad Swissi-España, S.L.U
– belges : Evonik Degussa Antwerpen NV, SCAS Europe S.A./N.V, Specialty Chemicals Coordination Center SA/NV
– suédoises : Akzo Nobel Pulp and Performance Chemicals AB
– finlandaises : Akzo Nobel Finland OY, Albemarle Europe Sprl, J.M. Huber Finland OY
– hollandaises : Albermarle Catalysts Company B.V., PPG Industries Chemicals BV
– britanniques : Cabot Carbon Limited, LSR Associates Ltd., PQ Silicas UK Ltd., PPG CENTRAL (UK) Ltd.
– italiennes : Deltagran Europe srl, Silysiamont SpA, Solvay Solutions Italia SpA
– grecque : Hellenic Petroleum SA
Voir aussi : 35 firms fight Echa decision on nano silicon dioxideChemical Watch, août 2015
: quatre entreprises implantées en France font partie des signataires (Evonik Aerosil France Sarl, Clariant Production S.A.S, Merck Performance Materials SAS, Rhodia Operations SAS).
Un document de l’ECHA daté de mars 2015 stipule qu’une sous-estimation possible des dangers ne peut être exclue sur la base des données fournies par les fabricants de silice, appelés à préciser leurs informations. Où en est aujourd’hui l’instruction de ce dossier ? Ce n’est pas très clair.

Les résultats d’un projet de recherche Silimmun mené par des chercheurs français et présentés en 2021 montrent que les nanoparticules de silice amorphe, si elles ne présentent pas le caractère pro-inflammatoire soutenu de la silice cristalline, présentent néanmoins des effets marqués sur les cellules du système immunitaire inné, qui pourraient conduire à des dérégulations des réponses immunes. Le sujet est cependant loin d’être totalement exploré. En particulier, la génotoxicité mériterait d’être analysée en détail à l’aune de la capacité d’internalisation de la silice vs. la défense intrinsèque des cellules contre le stress génotoxique7Cf. Les effets des nanoparticules de silice amorphe sur le système immunitaire, Thierry Rabilloud, Les cahiers de la Recherche. Santé, Environnement, Travail, ANSES, 2021, Microplastiques et nanomatériaux, pp.17-19, 2021.

Les nanoparticules de silice sont susceptibles de véhiculer des agents génotoxiques à leur surface ce qui conduit à aggraver leurs effets néfastes sur l’ADN8Voir Dussert F et al., Toxicity to RAW264.7 Macrophages of Silica Nanoparticles and the E551 Food Additive, in Combination with Genotoxic AgentsNanomaterials, MDPI, 10 (7) : 1418, 2020.

Les agrégats ne doivent pas être considérés comme nécessairement moins toxiques que les particules primaires

Début 2020 ont été publiés les résultats de recherches menées en Belgique montrant que les agrégats de taille supérieure à 100 nm ne doivent pas être considérés comme nécessairement moins toxiques que leurs homologues nanométriques9Cf. Assessing the Toxicological Relevance of Nanomaterial Agglomerates and Aggregates Using Realistic Exposure In Vitro, Murugadoss S et al, Nanomaterials, 11, 1793, 2021 et Is aggregated synthetic amorphous silica toxicologically relevant?, Murugadoss S et al., Particle and Fibre Toxicology, 17(1), 2020.

Risques spécifiques de la silice pour différentes applications

Risques spécifiques de la silice dans les cosmétiques

Concernant les cosmétiques, le Comité scientifique pour la sécurité des consommateurs (CSSC) a fait état, en septembre 2015, de données trop disparates, inadéquates et insuffisantes pour pouvoir conclure tirer aucune conclusion concernant la sécurité des nanoformes de silice10Opinion on Silica, Hydrated Silica, and Silica Surface Modified with Alkyl Silylates (nano form), Comité scientifique pour la sécurité des consommateurs (CSSC), septembre 2015.
En 2019, le SCCS a publié un avis indiquant qu’aucun des matériaux SAS (hydrophiles ou hydrophobes) inclus dans le dossier ne peut être considéré comme soluble11Cf. Opinion on solubility of Synthetic Amorphous Silica (SAS), Scientific Committee on Consumer Safety (SCCS), 20-21 juin 2019 (corrigendum du 6 décembre 2019).

Risques spécifiques de la silice dans l’alimentation

Depuis 2011 au moins, on sait que la silice alimentaire (E551) contient des nanoparticules et des chercheurs ont estimé à 124 mg notre consommation de nano-silice par jour.

Concernant les risques liés à leur exposition par voie orale (via l’alimentation), la réévaluation de la silice sous forme de E551 (nano et non nano), a été adoptée par l’EFSA avec beaucoup de retard sur le calendrier initial, fin 2017, sans que des conclusions définitives puissent en être tirées concernant l’innocuité ou la toxicité de cet additif12Cf. notamment :
Re-evaluation of silicon dioxide (E 551) as a food additive, adoptée en novembre 2017, Younes M et al., EFSA Journal, 6(1):5088, 2018
Règlement (UE) N° 257/2010 de la Commission du 25 mars 2010 établissant un programme pour la réévaluation des additifs alimentaires autorisés, conformément au règlement (CE) no 1333/2008 du Parlement européen et du Conseil sur les additifs alimentaires
Food additives re-evaluation work programme, Paolo Colombo, Senior Scientific Officer – Food Additives Team, Food Ingredients and Packaging (FIP) Unit, EFSA, 28 avril 2014
. Un appel à données a été ouvert par l’EFSA entre octobre 2018 et mai 2020 ; faute de données concluantes, l’autorisation actuelle de cet additif alimentaire serait révisée sur la base de l’avis scientifique actuel de l’EFSA et l’additif pourrait être retiré de la liste des additifs autorisés de l’Union européenne. (Il n’y aura pas de nouvel appel à données supplémentaires).
En attendant de connaître les résultats, des scientifiques signalent des effets indésirables non négligeables.

La 1ère substance nano autorisée comme biocide

En avril 2014, le nano dioxyde de silice amorphe synthétique est devenue la première (et jusqu’à fin 2016 au moins, la seule) substance nano à avoir été approuvée comme pouvant être mise sur le marché comme substance biocide à compter du 1er novembre 201513 RÈGLEMENT D’EXÉCUTION (UE) No 408/2014 DE LA COMMISSION approuvant le dioxyde de silicium amorphe synthétique en tant que substance active existante destinée à être utilisée dans des produits biocides du type de produits 18, 23 avril 2014.
Voir également notre fiche Quelle réglementation des nanomatériaux dans les biocides en Europe ?
.
Les propriétés antibactériennes de la silice, recherchées pour certaines applications ciblées, peuvent entraîner des effets indésirables pour certaines communautés bactériennes nécessaires à la santé ou à l’équilibre des écosystèmes. La vigilance doit donc être de mise.

Et dans le domaine médical ?

Dans le domaine médical, un article publié le 28 janvier 2019 dans Nature Nanotechnology montre que les nanoparticules de dioxyde de silice peuvent induire des modifications de l’endothélium et donc une fuite de cellules tumorales, à l’origine de métastases. Selon Frédéric Lagarce, professeur de biopharmacie et praticien hospitalier à Angers, « ce qui est intéressant / original c’est de montrer un risque potentiel des nanotechnologies dans le traitement des tumeurs alors que ces technologies sont souvent présentées comme la réponse pour améliorer les performances des anticancéreux. Il faudrait maintenant vérifier si ces modifications endothéliales sont aussi retrouvées avec les nanoparticules polymères ou lipidiques, beaucoup plus utilisées pour encapsuler des actifs et cibler les tumeurs. Si cela était malheureusement le cas, toute la stratégie des nanomédecine (très orientée cancer) serait remise en cause ». 

Les travailleurs sont les premiers exposés

En avril 2019, l’INRS avait lancé un appel aux entreprises utilisatrices de silices amorphes nanostructurées pour une recherche en santé au travail. Les candidats ont visiblement été peu nombreux, car l’INRS a relancé un nouvel appel identique en septembre 2021

En mai 2019, l’Agence nationale de sécurité sanitaire (Anses) a mis en garde contre les risques élevés pour la santé associés à la silice cristalline, en particulier pour les 365 000 travailleurs qui y sont exposés, notamment au quartz. Les risques des silices amorphes sont particulièrement importants, à cause de leur taille nanométrique. L’Anses recommande une série de mesures en termes de prévention et de maîtrise des expositions en milieu professionnel, de surveillance médicale et de reconnaissance des maladies professionnelles.

En février 2022, l’INRS a publié Fiche pratique de sécurité spécifique sur les silices amorphes synthétiques qui fait le point sur les mesures de prévention et protection à mettre en oeuvre pour protéger les travailleurs.

Ailleurs sur le web

En français :
Les silices amorphes synthétiques, Fiche pratique de sécurité, ED 153, INRS, février 2022
Etat des connaissances sur la « toxicité des silices amorphes nanostructurées, Radauceanu A et al., Références en santé au travail n° 160, TP36, INRS, décembre 2019
Dangers, expositions et risques relatifs à la silice cristalline, Anses, avril 2019 (publié en mai 2019)
Dangers, expositions et risques relatifs à la silice cristalline, Anses, avril 2019 (publié en mai 2019)
– AVICENN, Nanomatériaux et risques pour la santé et l’environnement – Soyons Vigilants !, éditions Yves Michel, février 2016
– Francelyne Marano, Faut-il avoir peur des nanos ?, Buchet Chastel, avril 2016
– « 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. in Dossier du participant préparé pour la Restitution du Programme national de recherche environnement santé travail (PNREST), octobre 2015
Evaluation des risques liés aux nanomatériaux – Enjeux et mise à jour des connaissances, ANSES, avril 2014 (mis en ligne le 15 mai 2014)
Évaluation des risques liés aux nanomatériaux pour la population générale et pour l’environnement (chapitre 6.6 : Produit alimentaire et silice), Afsset (aujourd’hui ANSES), mars 2010

En anglais :

Influence of Critical Parameters on Cytotoxicity Induced by Mesoporous Silica NanoparticlesAhmadi A et al., Nanomaterials, 12(12), 2022
– Silica nanoparticles induce cardiac injury and dysfunction via ROS/Ca2+/CaMKII signaling, Qi Y et al., Science of The Total Environment, 2022
Synthetic Amorphous Silica Nanoparticles Promote Human Dendritic Cell Maturation and CD4+ T-Lymphocyte Activation, Feret a et al., Toxicological Sciences, Oxford University Press (OUP), 185 (1) : 105-116, 2022
Adverse effects of amorphous silica nanoparticles: Focus on human cardiovascular health, Guo C et al., Journal of Hazardous Materials, 406(15), 124626, 2021
The Size-dependent Cytotoxicity of Amorphous Silica Nanoparticles: A Systematic Review of in vitro Studies, Dong X et al., Int J Nanomedicine, 15: 9089–9113, novembre 2020
Silica nanoparticles induce endoplasmic reticulum stress response and activate mitogen activated kinase (MAPK) signallingToxicol Rep., Christen V et Fent K, 3:832-840, novembre 2016
Critical review of the safety assessment of nano-structured silica additives in food, Winkler HC et al., Journal of Nanobiotechnology, 14:44, 2016
Critical assessment of toxicological effects of ingested nanoparticles, McCracken C et al., Environ. Sci.: Nano, 3, 256-282, 2016
Oxidative stress, inflammation, and DNA damage in multiple organs of mice acutely exposed to amorphous silica nanoparticles, Nemmar A et al., Int J Nanomedicine, 11: 919-928, 2016
Biodistribution, excretion, and toxicity of mesoporous silica nanoparticles after oral administration depend on their shape, Li L et al., Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine, 11(8) : 1915-1924, novembre 2015
Genotoxicity of synthetic amorphous silica nanoparticles in rats following short-term exposure. Part 1: Oral route, Tarantini A et al., Environmental and Molecular Mutagenesis, 56 (2) : 18-227, mars 2015
Genotoxicity of synthetic amorphous silica nanoparticles in rats following short-term exposure, part 2: Intratracheal instillation and intravenous injection, Guichard Y et al., Environmental and Molecular Mutagenesis, 56 (2) : 228-244, mars 2015
Toxicity, genotoxicity and proinflammatory effects of amorphous nanosilica in the human intestinal Caco-2 cell line, Tarantini A et al., Toxicology in Vitro, 29(2) : 398-407, mars 2015
Novel insights into the risk assessment of the nanomaterial synthetic amorphous silica, additive E551, in food, van Kesteren PCE et al., Nanotoxicology, 2014
Kinetics of silica nanoparticles in the human placenta, Poulsen MS et al., Nanotoxicology, juillet 2013mais également sur l’environnementVoir par exemple :
Physiological and Behavioral Effects of SiO2 Nanoparticle Ingestion on Daphnia magna, Kim Y et al., Micromachines (Basel), 12(9): 1105, septembre 2021
– Inhibition of total oxygen uptake by silica nanoparticles in activated sludgeJournal of Hazardous Materials, 283(11) : 841-846, février 2015

Une remarque, une question ? Cette fiche réalisée par AVICENN a vocation à être complétée et mise à jour. N'hésitez pas à apporter votre contribution.

Les prochains RDV nanos

28
Juin
2022
Bioaccumulation, biotransformation de nanomatériaux minéraux et persistance de leurs effets biologiques
Grenoble
Soutenance de thèse
  • Soutenance de thèse : l’Etude de la bioaccumulation, de la biotransformation de nanomatériaux minéraux et de la persistance de leurs effets biologiques au moyen de systèmes cellulaires in vitro
  • Doctorante : Anaëlle Torres, Laboratoire Chimie et Biologie des Métaux, Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG)
  • Lieu : Amphi Coulomb, Batîment GreEn-ER, 21 avenue des Martyrs, Grenoble
  • En présentiel ou en visio
  • Site internet : www.cea.fr/drf/irig/…
30
Juin
2022
Nanomédicaments et dispositifs médicaux à base de nanomatériaux (LNE, Paris)
Paris
Workshop
médicaments
santé
caractérisation
réglementation
  • Workshop sur le thème des nanomédicaments et les dispositifs médicaux à base de nanomatériaux
  • Au programme : besoins réglementaires, attentes du secteur et initiatives structurantes
  • Organisateur : Laboratoire national de métrologie et d’essais (LNE)
  • Site internet : www.lne.fr/fr/evenements/workshop-nanomedecine
11
Juil.
2022
Micropolluants dans l’eau, un enjeu pour le vivant (Agence de l’eau Adour-Garonne & OFB, Bordeaux)
Bordeaux
Colloque
  • Colloque sur les nouvelles connaissances, le lien entre les activités à terre et la qualité des eaux, y compris marines, et les pistes pour l’action publique ainsi que les leviers nécessaires à la réussite de la transition écologique
  • Organisateurs : l’Agence de l’eau Adour-Garonne et l’Office Français de la Biodiversité (OFB)
  • Partenaires : Bordeaux Métropole, la région Nouvelle-Aquitaine et le Comité Stratégique de la Filière Eau
  • Site internet : https://eau-micropolluantsgrandsudouest.fr/…

Fiche initialement mise en ligne en mai 2016


Notes & références

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