Particulate matter air pollution : physi-chemical characterization and comparison of the toxic effects of organic extractable matter and non-extractable matter fractions of PM₂.₅
Pollution atmosphérique particulaire : caractérisation physico-chimique et comparaison des effets toxiques des fractions extractible et non-extractible des PM₂.₅
Résumé
Air pollution and particulate matter (PM₂.₅) were classified as carcinigens (group 1) by the International Agency for Research on Cancer in 2013. This particulate fraction represents a complex mixture with a highly variable composition influencing the toxicity. However, few studies have determined the respective involvement of the different chemical fractions of PM in their toxic effects. In this work, fine particles (PM₂.₅₋₀.₃) and quasi-ultrafine particles (PM₀.₃) were sampled in an urban site located in Beirut (Lebanon). After performing the physicochemical characterization of these two types of particles, their toxic effects (global cytotoxicity, metabolic activation, genotoxicity, inflammation, oxidative stress, autophagy and apoptosis) were investigated on a human bronchial epithelial cell line (BEAS-2B). The analysis of the organic content revealed differences between the concentrations of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), as welle as oxygenated (O-PAH) and nitrated (N-PAH) congeners, respectively 43, 17 and 4 times higher in PM₀.₃ than in PM₂.₅₋₀.₃.The toxicological study was based on the comparison of the toxicity of the fine particles considered in their entirety (PM₂.₅₋₀.₃), the extracted organic fraction (OEM₂.₅₋₀.₃) and the fraction not extracted by the dichloromethane (NEM₂.₅₋₀.₃). In addition, the specific effects of the organic fraction extrated from the quasi-ultrafine particles (OEM₀.₃) were compared with those of the organic fraction extracted from the fine particles (OEM₂.₅₋₀.₃). Our results showed that all the studied fractions were able to induce at least one of the studied mechanisms. PM₂.₅₋₀.₃ was able to induce toxic effects greater than those induced by OEM₂.₅₋₀.₃ and NEM₂.₅₋₀.₃. The organic fraction extracted from the quasi-ultrafine particles (OEM₀.₃), richer in organic compounds and in particular in PAHs and other congeners, appeared to be responsible for deleterious effects globally greater than that extracted from the fine particles (OEM₂.₅₋₀.₃). The results of this work have brought new elements on the relative toxicity of the different fractions of the fine particles and underline the crucial role played by ultrafine particles, still too little studied.
La pollution de l'air et les particules fines (PM₂.₅) ont été classées cancérigènes (groupe 1) par le Centre International de la Recherche sur le Cancer en 2013. Cette fraction particulaire représente un mélange complexe dont la composition, très variable, influe sur la toxicité. Cependant, peu d'études ont déterminé l'implication respective des différentes fractions chimiques constitutives des PM dans leurs effets toxiques. Dans ce travail de thèse, des particules fines (PM₂.₅₋₀.₃) et quasi-ultrafines (PM₀.₃) ont été échantillonnées au niveau d'un site urbain à Beyrouth (Liban). Après avoir réalisé la caractérisation physico-chimique de ces deux types de particules, leurs effets toxiques (cytotoxicité globale, activation métabolique, génotoxicité, inflammation, stress oxydant, autophagie et apoptose) ont été étudiés sur une lignée de cellules épithéliales bronchiques humaines (BEAS-2B). L'analyse des fractions organiques a révélé des différences entre les teneurs en hydrocarbures aromatiques polycycliques (HAP), de même qu'en congénères oxygénés (O-HAP) et nitrés (N-HAP), respectivement 43, 17 et 4 fois plus élevées dans les PM₀.₃ que dans les PM₂.₅₋₀.₃. L'étude toxicologique a porté sur les particules fines considérées dans leur entièreté (PM₂.₅₋₀.₃), la fraction organique extractible (EOM₂.₅₋₀.₃) et la fraction non-extractible par le dichlorométhane (NEM₂.₅₋₀.₃). De plus, les effets spécifiques de la fraction organique extraite des particules quasi-ultrafines (EOM₀.₃) ont été comparés à ceux de la fraction organique extraite des particules fines (EOM₂.₅₋₀.₃). Nos résultats montrent que chacune des fractions considérées a été capable d'activer au moins un des mécanismes étudiés. Les PM₂.₅₋₀.₃ ont induit des effets toxiques généralement plus marqués que les EOM₂.₅₋₀.₃ et NEM₂.₅₋₀.₃. La fraction organique des particules quasi-ultrafines (EOM₀.₃), plus riche en composés organiques et notamment en HAP et autres congénères, est apparue responsable d'effets délétères globalement plus importants que celle extraite des particules fines (EOM₂.₅₋₀.₃). Les résultats de ce travail ont apporté des éléments nouveaux sur la toxicité relative des différentes fractions extractibles et non extractibles des particules fines et soulignent le rôle crucial joué par les particules ultrafines, encore trop peu étudiées.
Origine : Version validée par le jury (STAR)
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