08/12/2009

Partie III


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1) Une molécule cancérigène
2) L'oxydation des composants cellulaires
3)Les solutions mises en œuvre


On a souvent lu que les nanotechnologies étaient un danger pour les humains voire pour notre planète. Etudions ce problème.
Le dioxyde de titane en tant que nanotechnologie hérite de tous les problèmes qui lui sont liés. Il fait peur par sa taille, il passionne par ses effets, il surprend par ses propriétés hors normes.
De nombreuses études tentent et ont tenté de faire la part des choses. Nous allons voir par la suite ce qu'il en est.
Un risque majeur lié au dioxyde de titane et au monde nano, est la  petite taille (inférieure à 100nm). Il y a peu de chances qu'il réussisse à pénétrer la couche supérieure de l'épiderme (constituée de cellules de peaux mortes qui se renouvellent chaque jour et épaisses de 2 à 4 micromètres) affirment plusieurs fabricants de cosmétiques (Melvita, Lavera et Phyto-actif pour sa marque Bioregena). En revanche, elles peuvent sans aucun problème se frayer un passage par d'autres chemins. En effet, ces particules sont tellement petites qu'elles peuvent facilement entrer par les voies respiratoires et encrasser les poumons. On a vu récemment un cas similaire dans un article de l'European Respiratory Journal. Sept jeunes femmes chinoises qui avaient été exposées à des nanoparticules, dont du TiO2, ont dû être hospitalisées à cause des problèmes de santé qu'elles avaient rencontrés. On a assisté à des pathologies allergiques des voies respiratoires, rhinites, asthme, bronchites, troubles cardiovasculaires...


1) Une molécule cancérigène :

Le dioxyde de titane est utilisé massivement dans de nombreux secteurs industriels notamment chimiques, pharmaceutiques et cosmétiques. Les précédentes évaluations du CIRC (en 1989) avaient estimé que le dioxyde de titane ne pouvait être classé du point de vue de sa cancérogénicité pour l'homme (catégorie 3).
Récemment, le CIRC (Centre de International de Recherche sur le Cancer) a réuni 26 chercheurs qui ont évalué les nouvelles données scientifiques disponibles sur sa cancérogénicité. Les études montrent que des concentrations élevées de dioxyde de titane (formes fines et ultra-fines) sont susceptibles de causer des cancers du poumon chez l’animal.
Le TiO2 a été classé en 2006 comme potentiellement cancérigène pour l’homme par voie inhalée (classe 2B) par le Centre international de recherche sur le cancer (CIRC/IARC de l’OMS).
La classe 2B regroupe les produits qu'on suppose cancérigènes mais pour lesquels on dispose de données insuffisantes chez l'homme et chez l'animal de laboratoire.
Le dioxyde de titane tel qu'il est utilisé dans le commerce est constitué de nanoparticules qui ont un diamètre compris entre 6 et 30 nanomètres pour sa forme ultra-fine.
Les différences d'échelle entre le TiO2 et les constituants de la cellule (cliquer pour zoomer)

Quand on sait qu'une cellule a une taille en moyenne de l'ordre de la dizaine ou de la centaine de micromètres, on comprend mieux les risques que cela peut avoir. Le noyau d'une cellule a une taille comprise entre 5 et 7 micromètres, sa paroi (l'enveloppe nucléaire) est encore plus fine. Constituée d'une biocouche lipidique de 7,5 nanomètres d'épaisseur, elle est criblée de trous, appelés pores nucléaires laissant passer l'ARNm. Le dioxyde de titane peut donc pénétrer le noyau de la cellule et causer des dégâts, comme la lésion de l'ADN (qui s'assimile à un cylindre de 2 nanomètres de diamètre). La destruction d'une partie de l'ADN peut se produire soit par percussion de celui-ci, soit par simple attraction électrostatique entre des éléments de l'ADN et les particules de TiO2 (pour les échelles concernées, l'attraction gravitationnelle est négligeable, c'est bien l'attraction électrostatique qu'il faut prendre en compte).
Les étapes de l' « attaque » du TiO2 sur les cellules peuvent se résumer : par le dépôt de particules, puis par la détérioration de la clairance pulmonaire, puis l’atteinte cellulaire, la fibrose, les mutations et finalement les tumeurs cancéreuses.
 Vue d'artiste du noyau d'une cellule "attaquée" par du dioxyde de titane
C'est cette modification du gène et la non réparation de celui-ci qui augmente les risques de cancer et qui rend le dioxyde de titane potentiellement cancérigène (on notera que des modifications d'autres appareils cellulaires peuvent apparaître). Normalement, lorsqu'une cellule subit une modification grave de ses gènes, elle entre en phase d'apoptose, c'est-à-dire de mort cellulaire. Dans le cas d'une cellule cancérigène, elle ne meurt pas mais continue à proliférer et à se diviser indéfiniment, transférant ses défauts à ses cellules filles qui finissent par supplanter les autres cellules de l'organisme : c'est ce qu'on appelle la tumeur cancéreuse.

En vert clair, une tumeur cancéreuse du poumon

2) L'oxydation des composants cellulaires



D'autres dangers potentiels du dioxyde de titane peuvent apparaître avec les réactions de catalyse. En effet, que le TiO2 réduise du NOX (dioxyde d'azote), ou qu'il réagisse simplement à la lumière, il peut produire des acides ou des bases qui peuvent être dangereuses pour l'homme. Lorsque le dioxyde de titane réagit à la lumière et crée une paire électrons trous, et donc des électrons libres qui peuvent se combiner avec de l'eau pour donner par exemple :

TiO2 + 2H2  Ti + 4HO.

Les espèces formées sont appelées radicaux libres, oxydants ou encore formes actives de l'oxygène.
Ces espèces sont capables de s'attaquer aux parois de la cellule, dans des réactions comparables à celles qui ont lieu lors de la digestion ou d'actions d'enzymes. Lors de son fonctionnement normal, notre organisme produit des molécules oxydantes sous des formes hautement réactives, la plupart du temps dérivées de l'oxygène. Cependant, notre métabolisme a un mécanisme de régulation, les anti-oxydants, qui permet d'empêcher les dégâts. 

Les anti-oxydants sont des enzymes (SOD, catalase..) présentes dans la cellule, qui sont capables d’éliminer les radicaux libres primaires de façon permanente et efficace. Elles ne peuvent malheureusement pas neutraliser les radicaux libres qui peuvent être produits par le TiO2, tout simplement à cause de leur quantité.


Il peut arriver que la quantité de radicaux libres augmente fortement chez l'humain sous l'effet de certains facteurs : c'est un stress oxydant. Cela arrive le plus souvent à cause du tabac, du stress, de la pollution, des radiations solaires,…


Lorsque les cellules de l'organisme sont oxydées par des radicaux libres primaires, il se forme des radicaux libres secondaires (ROO.) qui sont beaucoup plus dangereux et qui sont capables de réactions d’oxydation en chaînes qui conduisent à la destruction des cellules ,ce qui peut entraîner de nombreuses pathologies. Ces phénomènes d’oxydation (péroxydation lipidique par exemple) peuvent être ralentis par des antioxydants secondaires (Vitamine E, C, polyphénols...)

L'action des radicaux sur les composants de la cellule

Nous allons présenter ci-dessous de manière plus précise une action des radicaux libres sur la cellule : la péroxydation des lipides, autrement appelée péroxydation lipidique ou lipopéroxydation. Ces réactions sont très dangereuses car elles se produisent à la chaîne. Un radical libre (.OH) par exemple initialise la réaction et produit un radical lipidique selon l'équation suivante :
RH + .HO  H2O + .R


C'est ce radical lipidique qui est initiateur de la réaction en chaîne. On obtient après les réactions suivantes :
.R + O2 ROO.


On constate la formation d'un radical péroxyde lipidique. La réaction n'est pas terminée, elle se continue jusqu'à l'obtention d'un lipide péroxyde selon la relation suivante :
ROO. + RH  ROOH

La péroxydation lipidique

Tout cela finit par donc par tuer la cellule ou par endommager durablement les gènes, ce qui peut produire un effet mutagène.
C'est donc un autre danger qui peut être ajouté à l'utilisation du dioxyde de titane.


3)Les solutions mises en œuvre :


Une solution proposée est d'encapsuler les particules afin de les rendre plus grosses et ainsi d'inhiber leur action. On passe ainsi d'un diamètre compris entre 6 à 30 nanomètres à un diamètre de 100 voire 200 ou 300 nanomètres. Les molécules de TiO2 sont donc encapsulées notamment par les fabricants Melvita et Lavera, par exemple dans de l'acide stéarique végétal (acide gras dérivé de l’huile de coco), des triglycérides végétaux ou encore de la silice. Cette encapsulation stabilise les nanoparticules, les rend non volatiles et réduit encore la probabilité de leur pénétration dans l’épiderme.
La plupart des dioxydes de titane commerciaux ont subi un traitement de surface qui consiste à recouvrir chaque grain d'oxyde d'une ou plusieurs couches de composés organiques (polyols, esthers, silanes, etc) ou inorganiques (alumine, zircone, silice, etc.).

Des nanoparticules de dioxyde te titane enveloppées sous une couche encore plus fine de nanoparticules d'or.


D’autres marques (Snö Bioflowers par exemple) garantissent un diamètre des particules supérieur à 200 nm (le dioxyde de titane ne semblerait présenter un danger potentiel que s’il est micronisé à moins de 30 à 50 nm). D’ailleurs, la certification Ecocert prévoit une taille minimale de 100 nm pour ces nanoparticules : un produit labellisé Ecocert ne présente donc théoriquement aucun danger.


D'autres solutions comme des normes émergent. Il y a par exemple des valeurs limites d’exposition professionnelle :
En France : les poussières de dioxyde de titane sont réputées sans effet spécifique. Leur valeur limite de moyenne d’exposition (VME pondérée sur 8 heures de travail) contraignante est de 10 mg/m3 pour les poussières inhalées et de 5 mg/m3 pour les poussières alvéolaires.
Aux États-Unis : depuis novembre 2005, le National Institute for Occupational Safety and Health (NIOSH) propose une valeur limite d’exposition (concentration moyenne pondérée pour une durée de travail de 40 heures par semaine) de 1,5 mg/m3 pour le dioxyde de titane fin et de 1mg/m3 pour le dioxyde de titane ultra-fin.

5 commentaires:

  1. Ce TPE est très intéressant, mais quelles sont/ont été vos sources pour ce travail ?

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  2. Il est cependant très amusant de savoir que la grande majorité des crèmes solaires contiennent du dioxyde de titane nanométrique pour servir d'écran, ce qui reste je crois la méthode la plus efficace pour ce protéger des rayonnement UV et donc des cancers d'une certaine façon.

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  3. Quand on absorbe un médicament contenant du titane dioxyde parmi ses excipients, comment savoir s'il est nanomètrique ou non ?

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  4. le dioxyde de titane contenu dans les dispersions blanches aux silicates est-il susceptible de se dégager dans l'atmosphère ?

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  5. Bonjour, il serait nécessaire de revoir quelques bases de chimie avant d'avancer de manière péremptoire des choses qui n'on aucun fondement !

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