Influence des macrophages et des granulocytes neutrophiles sur la toxicité d’une silice cristalline dans les cellules épithéliales pulmonaires humaines

Introduction :
Dans de nombreuses activités industrielles, les travailleurs sont exposés à des particules qui sont soit fabriquées et utilisées pour leurs propriétés physico-chimiques, soit générées involontairement au cours de processus industriels. Comme les particules peuvent être aérosolisées, la principale voie d'exposition des travailleurs est l'inhalation. Pour évaluer les risques de ces matériaux pour la santé humaine, les études toxicologiques réalisées par inhalation ou instillation intratrachéale chez des animaux de laboratoire représentent l'approche la plus pertinente. Cependant, l'engagement de la communauté scientifique internationale à réduire l'utilisation des animaux de laboratoire nous a conduit à développer un modèle prédictif alternatif pour l'étude de la toxicité pulmonaire des particules. Nous proposons donc de développer un modèle de co-culture (macrophages, granulocytes et cellules épithéliales alvéolaires) conçu pour être plus représentatif de la réponse inflammatoire pulmonaire se produisant in vivo.
Matériel et Méthodes :
Les cellules THP-1 différenciées par le phorbol 12-myristate 13-acétate (PMA) ont été utilisées comme substitut des macrophages, les cellules HL60 différenciées par l'acide rétinoïque all-trans (ATRA) ont été utilisées comme substitut des granulocytes et les cellules A549 ont été utilisées comme cellules épithéliales alvéolaires de type II. Un échantillon de silice crystalline DQ12 a été utilisé comme particule de référence pour sa capacité à provoquer des dommages à l'ADN, une réponse inflammatoire et un stress oxydatif dans les cellules épithéliales ; un échantillon de particules de silice recouvertes de polyvinylpyridine-N-oxyde (PVNO) a également été utilisé comme contrôle particulaire négatif. Des cellules en mono, bi ou tri-culture ont été exposées au DQ12 ou au DQ12-PVNO pendant 24 heures. Après l'exposition des cellules, les surnageants de culture ont été recueillis pour mesurer les cytokines pro-inflammatoires et les cellules A549 ont été récoltées pour l'analyse des dommages à l'ADN (test des comètes), de l'expression des gènes et du stress oxydatif.

Résultats :
Le DQ12, mais pas le DQ12-PVNO, induisait une augmentation significative des dommages à l'ADN dans les cellules A549. La présence de cellules THP-1 différenciées a réduit les effets génotoxiques de cet échantillon de silice cristalline. L'exposition de A549 à DQ12 mais pas à DQ12-PVNO entrainait un changement significatif des niveaux de protéines d'interleukine 8 (IL-8) qui était exacerbé lorsque des THP-1 différenciées et, dans une moindre mesure, des HL-60 étaient ajoutées. En outre, alors qu'aucune production de TNF n’était détectée dans la monoculture A549, des niveaux élevés de cette cytokine étaient observés dans modèles de co-culture. Ces effets génotoxiques et pro-inflammatoires étaient associés à des changements dans la production d'espèces réactives de l'oxygène intracellulaire dans les cellules A549.

Conclusion :
Ce travail montre qu'un modèle de culture cellulaire qui prend en compte la complexité de la réponse inflammatoire pulmonaire pourrait être plus fiable pour étudier les propriétés toxicologiques des particules que de "simples" modèles de monoculture.