Propriétés inflammatoires des dendrimères polyamidoamines (PANAM) et des nanoparticules d’or : aspects in vitro et in vivo

Durocher, Isabelle (2022). Propriétés inflammatoires des dendrimères polyamidoamines (PANAM) et des nanoparticules d’or : aspects in vitro et in vivo Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en biologie, 179 p.

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Résumé

Les nanoparticules (NP) ont gagné en popularité au cours des dernières décennies grâce à leurs propriétés uniques qui leur confèrent de nouveaux avantages pratiques et indispensables dans de multiples applications. Les nanoparticules d'or (AuNP) et les dendrimères poly(amidoamines) (PAMAM) sont des candidats très prometteurs, notamment dans le domaine de la biotechnologie et de la santé, où ils sont convoités pour des fins de diagnostic et de traitements de cancers, ou encore en tant que vecteurs pour solubiliser ou transporter des médicaments ou éléments chimiques de manière plus ciblée dans le corps humain.

En dépit de leurs multiples utilités, quelques études scientifiques rapportent des effets toxiques et indésirables causés par certaines NP, tels que l’inflammation. Pourtant, à ce jour, bien que ces utilisations envisagées des AuNP et des PAMAM impliquent une exposition directe chez l’humain, aucune étude ne s’est intéressée spécifiquement aux impacts de ces NP sur la biologie des neutrophiles, cellules clefs intervenant dans le processus inflammatoire. Le neutrophile est une cellule jouant un rôle essentiel de première ligne de défense de notre système immunitaire. Toutefois, les mécanismes qui contrôlent les fonctions et le nombre de cellules neutrophiles dans le corps se doivent d’être strictement régulés quotidiennement afin d’éviter une réponse amplifiée ou au contraire insuffisante des neutrophiles. En effet, une diminution du nombre de neutrophile peut mener à une incapacité à lutter adéquatement contre les infections. Une réponse amplifiée n’est pas souhaitable non plus, car la réponse rapide et à large spectre du neutrophile est non spécifique, pouvant entrainer des dommages aux cellules de l’hôte également si elle est mal gérée. Cet équilibre peut être perturbé par diverses molécules, dont les NP. L’impact que pourrait avoir les PAMAM et les AuNP sur les neutrophiles pourrait entrainer des conséquences néfastes sur la santé s’ils perturbent l’homéostasie des neutrophiles.

Nos résultats montrent que les PAMAM de génération 0, 1, 2 et 3 (G0, G1, G2 et G3) et les AuNP peuvent altérer la durée de vie et la biologie des neutrophiles humains in vitro, en fonction de leur charge (AuNP) ou de la taille de la NP (PAMAM) et des doses testées. Les PAMAM induisent l’apoptose des neutrophiles de manière dose et taille dépendante. Une exposition au PAMAM mène également à une libération des granules MMP9 et de cytokines, ainsi qu’a une augmentation du mouvement des neutrophiles et des taux de phagocytose in vitro. Les AuNP chargée négativement ont également augmenté l’apoptose des neutrophiles. Les AuNP chargées positivement et négativement ont toutes deux induits une libération de granules MMP9 ainsi qu’une augmentation du chimiotactisme des neutrophiles, alors que la production de cytokines est plus marquée pour les AuNP à charge positive. Les PAMAM et les AuNP possèdent tous les deux un potentiel inflammatoire in vivo, puisqu’ils ont provoqué une infiltration neutrophilique lors de l’étude via le modèle de la poche d’air murine, accompagnée d’une libération de divers médiateurs inflammatoires comme des cytokines et chimiokines et des métalloprotéinases.

Ce projet de doctorat a permis d’avoir une meilleure compréhension des interactions et des impacts des PAMAM et des AuNP sur les neutrophiles humains et de leur potentiel inflammatoire in vivo étudié via un modèle murin. Ceci pourra permettre une utilisation plus éclairée lors de leur utilisation dans les diverses applications.

Nanoparticles (NP) have increased in popularity over the past decades thanks to their unique properties which give them new practical advantages that are indispensable in multiple applications. Gold nanoparticles (AuNP) and poly(amidoamine) (PAMAM) dendrimers are very promising molecules, mainly in biotechnology and health field, where they are coveted for diagnostic purposes and cancer treatments, or even as vectors to solubilize or transport drugs or chemicals in targeted way into the human body.

Despite their multiple uses, some scientific studies report toxic and unwanted effects caused by some NP, such as inflammation. However, to date, although these purposes of AuNP and PAMAMs involve direct human exposure, no study has focus on the impacts of these NP on the biology of neutrophils, key cells player involved in inflammation. Neutrophils are cells that play an essential role in the first line of defense of our immune system. However, the mechanisms which control the functions and the number of neutrophils in the body must be strictly regulated to not amplified or minimise the neutrophils response. Indeed, a decrease in the number of neutrophils can lead to an inability to adequately fight infections. An amplified response is also unwanted, because the rapid, broad-spectrum neutrophil response is nonspecific, which can lead to damage to host cells if inappropriately managed. This balance can be disturbed by various molecules, including NP. The potential impact of PAMAMs and AuNP on neutrophils could lead to adverse health consequences if they disrupt neutrophil homeostasis.

We found that PAMAMs generation 0, 1, 2 and 3 (G0, G1, G2 and G3) and AuNPs can alter the lifespan and the biology of human neutrophils in vitro, according to the surface charges (AuNP) or the size of the NP (PAMAM). PAMAMs induce neutrophil apoptosis in a dose- and size-dependent manner. Exposure to PAMAM leads to MMP9 granules and cytokines release, and an increased neutrophil chemotaxis and phagocytosis rate in vitro. Negatively charged AuNPs also increased neutrophil apoptosis. Both positively and negatively charged AuNPs induced MMP9 granule release and increased neutrophil chemotaxis; whereas positively charged AuNPs produced more cytokines. Both PAMAMs and AuNPs exhibit inflammatory potential in vivo, as they induced neutrophilic infiltration when studied via the murine air pouch model. Increased levels of various inflammatory mediators such as cytokines and chemokines and metalloproteinases were observed.

This PhD project will provide a better understanding of the interactions and impacts of PAMAMs and AuNP on human neutrophils and their inflammatory potential in vivo. This could give a better understanding for the use of NP for various applications.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Girard, Denis
Mots-clés libres:	-
Centre:	Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt:	01 juill. 2024 13:55
Dernière modification:	01 juill. 2024 13:55
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/15723

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