Comportement des nanoparticules de silice en milieu biologique : des cellules aux biomatériaux

Recent development of nanotechnologies, while promising great advances, in particular in the bio-medical field, rise several questions, e.g. what is the behaviour of these nano-objects in biological conditions? Among these materials, silica arise special interest for it is already used in cosmetics, with the associated question of dermal exposure, and is studied for intracellular drug delivery. This study aims at bringing some answers concerning the fate of different kind of silica nanoparticles in biological conditions by exploring the following phenomena: aggregation and dissolution in biological media, internalisation in 2D or 3D cell cultures, toxicity and intracellular fate. In the context of cutaneous exposure, human dermal cells were used, both in direct exposition and through diffusion of the nanoparticles in dermis-like collagen matrices immobilizing cells. It appears that dissolution is size-dependant, internalisation is influenced by diameter and composition of the particles, toxic effects are governed by number of exposed particles, more than weight concentration, and intracellular dissolution can be modulated by the size of the particles or incorporation of disulfide moieties, possibly inducing the release of encapsulated molecules. Thus characteristics of the nanoparticles (diameter, surface charge and composition) influence their behaviour in biological media and in presence of cellsLe développement des nanotechnologies, tout en promettant des progrès remarquables, notamment dans le domaine biomédical, soulève de nombreuses questions : en particulier quel est comportement de ces nano-objets en milieu biologique ? La silice a une place particulière parmi ces matériaux puisqu'elle est utilisée dans des produits cosmétiques, posant ainsi la question de l'exposition cutanée, et étudiée pour développer des vecteurs de libération intracellulaire. Cette étude a pour but d'apporter des éléments de réponses sur le comportement de différentes nanoparticules de silice en milieu biologique, à travers le suivi des phénomènes suivants : agrégation et dissolution en milieu biologique, internalisation dans des cellules en culture 2D ou 3D, toxicité et devenir intracellulaire des particules. Pour se placer dans le contexte d'une exposition cutanée, l'étude a été menée sur des cellules humaines du derme, en exposition directe ou immobilisées dans un matériau modèle du derme à travers lequel les nanoparticules diffusent. On constate ainsi que la cinétique de dissolution des particules en milieu biologique est fonction de leur taille, l'internalisation est influencée par le diamètre et la composition des particules, les effets toxiques sont liés au nombre de particules plutôt qu'à la concentration massique, et enfin la dissolution intracellulaire peut être modulée par la taille et l'insertion de fonctions disulfures et permettre la libération de molécules encapsulées dans les particules. Il apparaît donc que les caractéristiques des nanoparticules (taille, charge de surface et composition) influencent leur comportement en milieu biologique et en présence de cellule