Mesure quantitative des nanotubes de carbone dans le poumon de rat

Malgré leurs nombreuses applications possibles, l'impact potentiel des nanomatériaux carbonés (CEN) sur la santé humaine, en particulier après exposition par inhalation, est toujours sujet à question. Par ailleurs, la quantification des CEN dans l’appareil respiratoire est un problème récurrent. Les données sur les dépôts et la biopersistence pulmonaires sont pourtant essentielles à l'évaluation toxicologique. Dans ce contexte, la mise en place d'une méthode entièrement validée, permettant la quantification des CEN dans les tissus pulmonaires, est impérative. L'objectif de cette étude était de proposer une méthode suffisamment fiable et efficace pour quantifier des CEN dans le poumon de rat (exposé par voie oro-nasale) à des aérosols de CEN de 0,5 à 15 mg/m3, 6 h/jour, 5 jours/semaine pendant 4 semaines.
Cette méthode est basée sur la méthode 5040 du NIOSH pour l'analyse du carbone élémentaire et organique atmosphérique, et sur les développements antérieurs de Doudrick et al. (Environ Sci Technol. 2012 November 20; 46(22): 12246–12253.) réalisés avec des matrices biologiques. Elle implique une analyse thermogravimétrique (ATG) d'échantillons lyophilisés, éventuellement précédée d'une étape de digestion chimique des tissus selon la nature du CEN étudié.
La méthode analytique a été validée pour 4 CEN (nanotubes de carbone longs et épais, courts et minces ou noir de carbone) en termes de sélectivité, linéarité, limites de détection et de quantification, justesse, répétabilité et fidélité intermédiaire. Les courbes de calibration démontrent la linéarité dans une gamme allant de 1 à 40 mg/g poumon lyophilisé. Les limites de détection pour les différents CEN varient de 6 à 18 µg pour un échantillon sec de 20 mg. En moyenne, la répétabilité a été maintenue en dessous de 20 et 10 % pour l'analyse avec ou sans étape préalable de digestion, alors que les niveaux de fidélité intermédiaire correspondants atteignent respectivement près de 20 et 15 %.
La méthode a été appliquée avec succès dans le cadre de recherches toxicologiques pour quantifier la teneur en CEN dans le poumon de rat exposé par inhalation. Les résultats obtenus à différents temps post-exposition (aux jours 3, 30 ou 180) montrent la capacité de notre méthode à évaluer la clairance pulmonaire des CEN au cours du temps. Cette information est d'une importance particulière puisqu'elle permet d'évaluer la biopersistence de certains matériaux et leur capacité à générer une inflammation chronique causant parfois un granulome, une fibrose ou un cancer.