Etude de la biodistribution et de la toxicité des Nanoparticules de Fer chez le rat et sur une lignée de neuroblastome

par Dalel Askri

Thèse de doctorat en Biotechnologie, instrumentation, signal et imagerie pour la biologie, la médecine et l'environnement

Sous la direction de Michel Sève et de Mohsen Sakly.

Le président du jury était Luc Ferrari.

Le jury était composé de Marie Carriere, Laurent Chavatte, Kamel Kacem.

Les rapporteurs étaient Luc Ferrari, Hichem Sebai.


  • Résumé

    Les nanoparticules d'oxyde de fer sont utilisées dans plusieurs domaines notamment en Biomédecine comme agents théranostiques en Cancérologie et aussi comme agents de contraste en Imagerie par Résonance Magnétique. Avec l'augmentation de la production et de l'utilisation de ces NPs de fer, il y a une évidente augmentation de l'exposition humaine et environnementale à ces NPs, et qui peut présenter un risque. Le sujet de ma thèse porte sur l'étude de l’impact physiopathologique et de la toxicité des nanoparticules de fer (NPs de fer) en utilisant un modèle cellulaire de neuroblastome et un modèle d'étude animal, le rat Wistar. L’objectif des travaux de recherche de la partie in vitro est d’évaluer les effets cytotoxiques et génotoxiques ainsi que les effets sur l’expression des protéines cellulaires suite à l’exposition des cellules SH-SY5Y à des concentrations croissantes des NPs de fer. Nous avons montré que les NPs de fer induisent des perturbations cellulaires d’une manière dépendante de la taille et de la concentration. L'analyse protéomique suivie par l'annotation des gènes avec l’ontologie et l'analyse des voies de signalisation a mis en évidence les effets des NPs de fer sur le cytosquelette, l'apoptose et le développement du cancer. Les objectifs de nos travaux de recherche réalisés in vivo consistent à étudier les effets physiopathologiques des NPs de fer administrées par trois voies différentes, intraveineuse, intranasale et orale, à savoir leur impact sur le comportement émotionnel et cognitif ainsi que sur l’homéostasie des neurotransmetteurs et des éléments traces. Les résultats ont montré que les NPs de fer n’induisent pas de modification concernant l’anxiété, la locomotion, l’apprentissage et la mémoire chez le rat quelle que soit la voie d’administration. Cependant, ces NPs provoquent une perturbation des niveaux des catécholamines et des éléments traces au niveau cérébral. Les effets les plus marqués ont été observés suite à l’instillation intranasale des NPs et se manifestent par une diminution de taux du fer sérique, la thrombocytose et la présence des foyers inflammatoires au niveau hépatique. L’analyse comparative des trois voies d’administration a montré que la voie intraveineuse est la moins toxique. Enfin, l’étude protéomique des protéomes du cerveau, du foie et du poumon a permis d’évaluer la toxicité des NPs de fer au niveau protéique et moléculaire. Les résultats obtenus présentent un support important pour l’estimation et la compréhension des effets potentiellement adverses de ces NPs qui présentent une certaine toxicité non négligeable de point de vue moléculaire et physiopathologique. Ainsi, leur utilisation dans le domaine biomédicale doit être prise avec beaucoup de précaution pour éviter au maximum tout risque lié à leur exposition afin d’améliorer leur biocompatibilité et ainsi augmenter leurs avantages.

  • Titre traduit

    Biodistribution and toxicity study of Iron Nanoparticles in rats and on a neuroblastoma cell line


  • Résumé

    Iron Oxide Nanoparticles (IONPs) are used in several fields notably in Biomedicine as theranostic agents in Oncology and also as contrast agents in Magnetic Resonance Imaging. With the increase in the production and use of IONPs, there is a clear increase in human and environmental exposure to these NPs, which may pose a risk. The subject of my thesis is the study of the physiopathological impact and toxicity of iron oxide nanoparticles using a cell model of neuroblastoma and an animal study model, the Wistar rat. The aim of the research work of the in vitro part is to evaluate the cytotoxic and genotoxic effects as well as the effects on the expression of cellular proteins following the exposure of SH-SY5Y cells to increasing concentrations of iron NPs. We have shown that iron NPs induce cellular perturbations in a size and concentration dependent manner. Proteomic analysis followed by ontological gene annotation and signaling pathway analysis revealed the effects of IONPs on cytoskeleton, apoptosis and cancer development. The aims of our research carried out in vivo are to investigate the pathophysiological effects of iron NPs administered by three different routes, intravenous, intranasal and oral, also their impact on emotional and cognitive behavior as well as neurotransmitter and trace element homeostasis. The results showed that IONPs do not induce any changes in anxiety, locomotion, learning and memory in rats regardless of the administration route. However, these NPs cause a disruption of catecholamine and trace element levels in the brain. The most marked effects have been observed following intranasal instillation of NPs and are manifested by a decrease in serum iron levels, thrombocytosis and the presence of inflammatory foci in the liver. The comparative analysis of the three routes of administration showed that the intravenous route is the least toxic. Finally, the proteomic study of the proteomes of the brain, liver and lung has made it possible to evaluate the toxicity of the NPs of iron at the protein and molecular level. The obtained results provide an important support for the estimation and understanding of potentially adverse effects of these NPs, which have a certain toxicity that is not negligible from a molecular and physiopathological point of view. Thus, great care must be taken regarding their use in the biomedical field to minimize any risk related to IONP exposure in order to improve their biocompatibility and thus increase their benefits.


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