The immunomodulatory effects of iron oxidenanoparticles (Fe₃O₄ NP) on human neutrophils

Saafane, Abdelaziz (2024). The immunomodulatory effects of iron oxidenanoparticles (Fe₃O₄ NP) on human neutrophils Thèse. Québec, Université du Québec, Institut national de la recherche scientifique, Doctorat en biologie, 186 p.

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Résumé

Nanoparticles (NP) are extremely small structures (1 – 100 nm) that exhibit unique physical characteristics differing from those of larger, bulk materials. As a result of these unique properties, there is a growing trend to use NP across a range of sectors. One type of NP that has been garnering attention in the field of nanomedicine is iron oxide nanoparticles (Fe₃O₄ NP). These NP possess an inherent ability to react to an external magnetic field, making them highly suitable for applications in hyperthermia and magnetic resonance imaging. However, concerns about their safety have been raised due to the lack of a comprehensive assessment of their interaction with polymorphonuclear neutrophils (PMN), a crucial cell component of the innate immune system and the inflammatory response. Many treatments based on these particles have been withdrawn from the market following concerns about severe side effects. Therefore, in this thesis, we investigated the extent to which Fe₃O₄ NP with a size of 10 nm can modulate PMN biological functions. Interestingly, our research showed that Fe₃O₄ NP increase PMN viability, meaning their ability to interfere with their spontaneous apoptosis, which is essential for homeostasis. Additionally, Fe₃O₄ NP promote the release of pro-inflammatory cytokines and increase phagocytosis, both of which are activated during the inflammatory response. However, Fe₃O₄ NP appear to have also an immunosuppressive profile, as they tend to impair oxidative burst and degranulation functions of PMN. These findings, discussed in more detail in this thesis, demonstrate that the production and use of Fe₃O₄ NP must be strictly regulated to protect populations at risk of exposure, including first-line workers involved in their mass production and patients who receive them as a therapeutic strategy for disease management.

Les nanoparticules (NP) sont des structures extrêmement petites (1 à 100 nm) qui présentent des caractéristiques physiques uniques différentes de celles des matériaux de grande taille. En raison de leurs propriétés uniques, il existe une augmentation de l’utilisation des NP dans un large éventail de secteurs d’activités. Un type de NP qui attire l'attention en nanomédecine est les nanoparticules d'oxyde de fer (Fe₃O₄ NP), qui répondent à un champ magnétique externe et peuvent être utilisées en hyperthermie et en imagerie par résonance magnétique. Cependant, des préoccupations concernant leur sécurité ont été soulevées en raison du manque d'évaluation complète de leur interaction avec les cellules de l’organisme humain, en particulier les neutrophiles polymorphonucléaires (PMN), des cellules cruciales du système immunitaire inné et de la réponse inflammatoire. De nombreux traitements basés sur ces particules ont été retirés du marché suite à des préoccupations concernant des effets secondaires graves associés avec leur utilisation. Par conséquent, dans cette thèse, nous avons étudié comment les Fe₃O₄ NP d'une taille approximative de 10 nm pourraient moduler les fonctions biologiques des PMN. De façon intéressante, notre étude a démontré que les Fe₃O₄ NP augmentent la viabilité des PMN, c'està- dire qu’elles ont la capacité à interférer avec leur apoptose spontanée, un élément essentiel pour l'homéostasie. De plus, les Fe₃O₄ NP induisent la libération de cytokines pro-inflammatoires et augmentent la phagocytose, deux fonctions essentielles au cours de la réponse inflammatoire. Cependant, les Fe₃O₄ NP semblent également avoir un profil immunosuppresseur sélectif, car elles tendent d’altérer les fonctions de la dégranulation et la flambée oxydative des PMN. Ces résultats, discutés plus en détail dans cette thèse, démontrent que la production et l'utilisation de Fe₃O₄ NP doivent être strictement réglementées pour protéger les populations exposées, notamment les travailleurs impliqués dans leur production en masse et les patients qui les reçoivent comme stratégie thérapeutique pour la gestion de leur maladie.

Type de document:	Thèse Thèse
Directeur de mémoire/thèse:	Girard, Denis
Mots-clés libres:	Inflammation; Magnetic nanoparticles; Nanosafety; Nanotoxicity; Neutrophils; nanoparticules de magnétite, Nanosécurité; Nanotoxicité; Neutrophiles
Centre:	Centre INRS-Institut Armand Frappier
Date de dépôt:	09 juill. 2024 15:37
Dernière modification:	09 juill. 2024 15:37
URI:	https://espace.inrs.ca/id/eprint/15798

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