Une résolution dynamique sans précédent, utile pour examiner l'impact des polluants environnementaux sur les cellules et les tissus.
L'imagerie synchrotron du corps entier des vers ronds révèle l'accumulation de nanoparticules.
Les scientifiques travaillant à la source de lumière PETRA III de DESY ont réussi à générer la première carte radiographique basée sur le synchrotron du corps entier d'un organisme à une résolution si élevée que les contaminants ont pu être détectés au niveau des cellules individuelles. L'équipe de recherche a pu identifier des nanoparticules de cérium dans le système digestif du ver rond Caenorhabditis elegans, tout en déterminant que ces nanoparticules présentaient une toxicité relativement faible. Les résultats de PETRA III ont été corroborés par la microscopie fluorescente, et la méthode à l'origine de ce résultat pourrait s'avérer précieuse également pour l'évaluation d'autres polluants environnementaux. Les résultats ont été publiés dans la revue Environmental Science and Technology et ont impliqué des scientifiques de l'Université norvégienne des sciences de la vie et de l'Université d'Anvers, aux Pays-Bas.
Les nanoparticules de cérium sont éclairées le long de la tête d'un ver rond C.elegans dans les données prises à PETRA III. Le ver a été exposé à des concentrations de cérium beaucoup plus élevées que celles que l'on trouve dans la nature afin de pouvoir observer clairement l'absorption des nanoparticules par l'organisme. L'ensemble des données de la ligne de faisceau P06 de PETRA III peut également être agrandi à une échelle de 300 nanomètres.
Norwegian University of Life Sciences (NMBU)
Les nanoparticules existent sous diverses formes dans l'environnement. Elles sont définies comme toutes les particules de matière dont la largeur est inférieure au seuil d'un millionième de mètre. Cette recherche a porté sur les nanoparticules de cérium, un métal de terre rare, qui font partie des nanomatériaux les plus fabriqués en raison de leurs propriétés uniques et de leur application dans les convertisseurs catalytiques automobiles, les piles à combustible et les matériaux qui bloquent la lumière ultraviolette. Les nanoparticules de cérium ont ainsi été détectées dans l'environnement au sens large autour des sites industriels. Les effets de la libération de ces nanomatériaux dans l'environnement sont incertains, les études précédentes ayant donné des résultats contradictoires sur la toxicité potentielle des particules.
Ole Christian Lind, de l'Université norvégienne des sciences de la vie (NMBU), étudie depuis vingt ans divers contaminants environnementaux à l'aide de sources synchrotron telles que PETRA III. Normalement, ces études synchrotron sont réalisées sur des spécimens conservés, généralement séchés. Pour atteindre l'objectif de réaliser une étude d'imagerie complète sur un spécimen non séché, Lind a utilisé la ligne de faisceau P06 de PETRA III, dirigée par Gerald Falkenberg, scientifique à DESY. Pour l'échantillon, les scientifiques ont utilisé le ver rond Caenorhabditis elegans. "Nous avons utilisé C. elegans parce que c'est peut-être l'organisme modèle eucaryote le plus étudié de la planète", explique Lisa Rossbach, post-doctorante au NMBU et l'un des principaux auteurs de l'étude.
Les scientifiques ont exposé les vers à une forte concentration de nanoparticules de cérium, bien supérieure à celle que l'on trouve dans l'environnement. "Grâce à la spectroscopie de fluorescence aux rayons X, nous avons réussi à reconstituer une image à très haute résolution de vers ronds conservés dans un état impeccable", explique M. Falkenberg. "Nous y sommes parvenus en utilisant un faisceau de rayons X extrêmement étroit pour exciter les électrons dans les grappes de nanoparticules et les tissus du ver, ce qui a permis d'obtenir une image interne complète de l'organisme et de la distribution du cérium en son sein." Les données sont si détaillées qu'elles permettent aux scientifiques de visualiser l'organisme entier tout en zoomant sur les parties individuelles des cellules, ce qui leur permet de localiser les grappes de nanoparticules à l'intérieur.
Lind déclare : "Il s'agit d'une expérience révolutionnaire. La possibilité de cartographier l'absorption de contaminants à une résolution de 300 nanomètres pour l'imagerie radiographique du corps entier d'un organisme intact non déshydraté nous permet d'aborder les conséquences des polluants d'une manière totalement nouvelle. Il s'agit d'une toxicologie de niveau supérieur, où nous pouvons montrer en détail que la présence d'un contaminant dans un tissu ou une cellule est directement liée à l'effet qu'il génère."
Les images ont révélé que de fortes concentrations de nanoparticules de cérium ne provoquaient pas d'effets toxiques aigus et s'éliminaient rapidement de l'organisme. "Cependant, le cérium s'est accumulé dans les pièces buccales et a provoqué des déformations de l'appareil de transformation alimentaire des vers", explique Rossbach. Dans le cadre de cette étude, Rossbach a également examiné les mêmes malformations tissulaires à l'aide de la microscopie à fluorescence in vivo, corroborant l'effet des nanoparticules en examinant les niveaux de stress oxydatif dans les tissus.
Les résultats sont également très intéressants car le cérium est souvent utilisé comme un analogue des polluants radioactifs, qui se présentent eux-mêmes souvent sous forme de nanoparticules. "En plus d'être un résultat intéressant en soi, cela ouvre la voie à des études beaucoup plus détaillées sur les effets de divers types de pollution sur les organismes." Les futures expériences pourraient également porter sur les nanoplastiques, qui apparaissent même dans certaines des zones les plus reculées de l'environnement.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Synchrotron XRF Analysis Identifies Cerium Accumulation Colocalized with Pharyngeal Deformities in CeO2 NP-Exposed Caenorhabditis elegans; Lisa Magdalena Rossbach, Dag Anders Brede, Gert Nuyts, Simone Cagno, Ragni Maria Skjervold Olsson, Deborah Helen Oughton, Gerald Falkenberg, Koen Janssens, and Ole Christian Lind; Environmental Science and Technology, 2022
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