Étude de toxicité des nanoparticules d'oxyde de zinc dans la culture cellulaire et dans le mélanogaster de Drosophila

La nanotechnologie fait référence à l’application de matériaux nanométriques qui sont utilisés dans tous les domaines scientifiques, y compris la médecine, la science des matériaux et la biochimie. Par exemple, les NP ZnO qui sont connus pour leur diffusion ultraviolette, leur détection chimique et leurs propriétés antimicrobiennes, ainsi que pour leur conductivité électrique élevée, sont utilisés dans la production de divers produits de consommation tels que les emballages alimentaires, les cosmétiques, textiles, caoutchoucs, batteries, catalyseur pour le traitement du gaz de queue automobile, et applications biomédicales^1,2,3.

Cependant, les applications naissantes des produits à base de NP ZnO, conduisant à une exposition accrue de l’homme aux nP ZnO, ont soulevé des préoccupations sur leurs effets néfastes potentiels sur la santé humaine. Un certain nombre d’études cellulaires in vitro ont démontré que les NP de ZnO peuvent induire le stress oxydatif, la cytotoxicité autophagie-connexe, l’inflammation, et la génotoxicité^4,5,6,7^,8 . Notamment, la toxicité des NP ZnO est supposée être causée par la dissolution de Zn pour libérer les ions Zn^2, ainsi que la réactivité de surface de ZnO, résultant en déséquilibres ioniques et métaboliques cellulaires qui sont liés à l’homéostasie ionique altérée et un inhibition du transport ionique^4,7,9,10. Fait important, des études ont montré que la génération d’espèces réactives d’oxygène (ROS) est l’un des mécanismes primaires sous-jacents à la toxicité associée à ZnO NPs. L’activité anti-oxydante insuffisante suivant l’insulte de ROS s’est avérée responsable de l’obtention de la cytotoxicité et des dommages d’ADN^9. Les effets toxiques des NP ZnO ont également été signalés chez les modèles animaux, y compris le rongeur¹, poisson zèbre^11,12, ainsi que l’invertébré Drosophila¹³.

Drosophila sert de modèle animal alternatif bien établi pour le dépistage de la toxicité des entités chimiques et des nanomatériaux (NM)^14,15. Fait important, il existe des niveaux élevés de similitude génétique et physiologique entre l’homme et la drosophile qui justifie l’utilisation de la drosophile comme modèle in vivo pour évaluer les réponses biologiques aux contaminants environnementaux tels que les NM ¹⁶. En outre, il y a beaucoup d’avantages d’utiliser Drosophila en raison de sa petite taille, de sa courte durée de vie, de son aptitude génétique et de son entretien facile et rentable. En outre, Drosophila a été largement adopté pour l’étude de la génétique, la biologie moléculaire et développementale, depuis que son génome complet a été entièrement séquencé il ya des années en 2000, ce qui le rend approprié pour une variété de dépistage à haut débit et pour s’attaquer aux questions biologiques non résolues^{17,18,19,20,21}. Ces dernières années, un certain nombre d’études liées à l’immunotoxicité utilisant différents types de NP dans Drosophila ont été rapportés^15,22,23,24. Ces nouvelles connaissances fondamentales obtenues à partir des études utilisant Drosophila ont contribué à fournir plus de perspicacité dans notre compréhension de la nanotoxicologie.

ROS est un coupable bien connu pour la cytotoxicité et la génotoxicité causées par les nP, en particulier, à base de métal NPs²⁵. Les ROS sont des espèces chimiques contenant de l’oxygène avec des propriétés réactives plus élevées que l’oxygène moléculaire. Les radicaux libres tels que le radical superoxyde (O₂^–) et même, les molécules non radicales telles que le peroxyde d’hydrogène (H₂O₂) peuvent agir comme ROS. Dans l’état physiologique normal, ils sont tenus de maintenir l’homéostasie cellulaire²⁶, cependant, ROS excessive en raison de la surproduction ou la dysrégulation du système de défense antioxydant peut causer un stress oxydatif, conduisant à des dommages aux protéines, lipides et acide désoxyribonucléique (ADN)²⁷. Par exemple, à mesure que les niveaux de ROS augmentent et que le niveau de glutathion (GSH) diminue de façon concomitante, la perturbation de la synthèse de l’adénosine triphosphate (ATP) a lieu et le niveau de déshydrogénase de lactate (LDH) augmente dans le milieu, aboutissant à la mort cellulaire²⁷.

Ici, nous fournissons des protocoles pour effectuer des analyses cellulaires et génétiques utilisant les cellules cultivées de mammifères et Drosophila pour déterminer les effets défavorables potentiels des NPs de ZnO. Un aperçu de la méthode utilisée pour l’étude de toxicité des nP ZnO est montré dans la figure 1.