Epidemiological studies have shown that high particulate air pollution is associated with an increase in hospital admissions for respiratory diseases and with an exacerbation of asthma symptoms [8]. In urban areas, traffic appears to be the main source of particulate airborne pollutants. Diesel engine powered cars, which produce the most abundant components of PM2.5 (Particulate Matter 2.5 µm), are suspected to be responsible for this exacerbation of respiratory diseases but their real impact on health has not been fully elucidated.Recent experimental studies have emphasized the role of diesel exhaust particles (DEP) in the development of an inflammatory response. Nasal challenges of humans with DEP result in the local increase in IgE and cytokine production [7]. In vitro studies have shown that airway epithelial cells, one of the main cellular targets of DEP, directly participate in this inflammatory response [2]. Indeed, cultured human nasal and bronchial epithelial cells exposed to DEP released in a time and dose dependent process, proinflammatory cytokines such as GM-CSF and IL-8 known to be involved in allergic diseases [3]. This increased release of GM-CSF has been shown to be subsequent to transcription [4].Since airway epithelial cells can be effectors of the inflammatory response, it is necessary to investigate the cellular and molecular mechanisms leading to this response and to determine the respective role of DEP components in these mechanisms. DEP are composed of a carbonaceous core with adsorbed organic compounds (polyaromatic hydrocarbons (PAH), nitroaromatic hydrocarbons, quinones, aldehydes and aliphatic hydrocarbons) which could represent up to 60% of the mass of the particle depending on the vehicle and the fuel composition.The cellular and molecular events induced by DEP were investigated using a model of bronchial epithelial cells, the human bronchial epithelial cell line (16HBE 14 o-) and standard reference DEP (SRM 1650). The effects of native DEP were compared to those induced by the organic extracts of DEP (OE-DEP) obtained by extraction of DEP with dichloromethan and by the carbonaceous core represented either by carbon black particles or stripped DEP (sDEP) recovered after extraction.DEP trigger MAPK Erk 1/2 signalling pathways as a specific inhibitor of this pathway (PD 98059) clearly reduced the DEP-induced GM-CSF release. Moreover the phosphorylated form of Erk 1/2
Les effets de la pollution atmosphérique sur la santé sont reconnus depuis l'épisode tragique du smog londonien de décembre 1952 où plus de quatre mille décès supplémentaires ont été associés à l'augmentation excessive, pendant cinq jours, de deux polluants atmosphériques majeurs, le SO 2 (dioxyde de soufre) et les fumées noires. Depuis, de nombreuses études épidémiologiques ont corrélé les niveaux de certains polluants, à l'extérieur mais aussi à l'intérieur des locaux, à l'aggravation de pathologies respiratoires telles que l'asthme et la broncho-pneumopathie chronique obstructive ou BPCO [1]. Parmi ces polluants, deux ont été tout particulièrement étudiés, l'ozone, du fait des fréquents épisodes de pollution photo-oxydante pendant l'été, et les particules fines (particules dont le diamètre aérodynamique est inférieur à 2,5μm) et ultrafines (diamètre aérodynamique inférieur à 0,1μm), associées essentiellement au trafic automobile. Par ailleurs, un intérêt grandissant se développe pour les nanoparticules (dont la taille est identique à celle des particules ultrafines) utilisées dans le domaine des nanotechnologies et dont on connaît encore mal les impacts sur la santé. Le rôle central du stress oxydantUne abondante littérature a mis en évidence ces derniè-res années un point commun à ces différents types de polluants : ils induisent un stress oxydant qui déclenche une suite d'événements moléculaires et cellulaires aux conséquences multiples : réponse inflammatoire, modulation de la prolifération et de la différenciation cellulaires, voire induction de la mort cellulaire. Le stress oxydant pourrait donc avoir une responsabilité importante dans les cascades de signalisation qui conduisent à la sécrétion des médiateurs impliqués dans l'asthme et la BPCO. La production excessive d'espèces réactives de l'oxygène (ERO) est à l'origine du stress qui, selon son intensité, peut conduire à des réponses cellulaires progressives et des lésions plus ou moins importantes. Cela a été démontré sur des macrophages traités par des particules Diesel [2] (Figure 1). Une faible production d'ERO induit l'activation des systèmes antioxydants cellulaires. Si cette protection est insuffisante, l'augmentation du stress oxydant provoque une réponse inflammatoire. Lorsque dans une > Les études épidémiologiques ont mis clairement en évidence les relations entre maladies respiratoires et pollution atmosphérique. Deux polluants majeurs : l'ozone et les particules atmosphéri-ques sont associés à l'aggravation de ces pathologies. Leur toxicité passe en grande partie par des mécanismes d'action communs réunis sous le terme de stress oxydant. L'importance du stress et la spécificité des réponses résultent d'interactions complexes entre pro-et anti-oxydants, et conduisent à des stratégies cellulaires diffé-renciées. Des niveaux hiérarchiques de réponses biologiques : adaptation, inflammation, lésions, peuvent être déterminés en fonction de l'agression oxydante et des capacités antioxydantes individuelles. La prise en compte dans le domaine réglem...
Engineered nanomaterials have been found to induce oxidative stress. Cellular oxidative stress, in turn, can result in the induction of antioxidant and detoxification enzymes which are controlled by the nuclear erythroid 2-related factor 2 (NRF2) transcription factor. Here, we present the results of a pre-validation study which was conducted within the frame of BIORIMA (“biomaterial risk management”) an EU-funded research and innovation project. For this we used an NRF2 specific chemically activated luciferase expression reporter gene assay derived from the human U2OS osteosarcoma cell line to screen for the induction of the NRF2 mediated gene expression following exposure to biomedically relevant nanobiomaterials. Specifically, we investigated Fe3O4-PEG-PLGA nanomaterials while Ag and TiO2 “benchmark” nanomaterials from the Joint Research Center were used as reference materials. The viability of the cells was determined by using the Alamar blue assay. We performed an interlaboratory study involving seven different laboratories to assess the applicability of the NRF2 reporter gene assay for the screening of nanobiomaterials. The latter work was preceded by online tutorials to ensure that the procedures were harmonized across the different participating laboratories. Fe3O4-PEG-PLGA nanomaterials were found to induce very limited NRF2 mediated gene expression, whereas exposure to Ag nanomaterials induced NRF2 mediated gene expression. TiO2 nanomaterials did not induce NRF2 mediated gene expression. The variability in the results obtained by the participating laboratories was small with mean intra-laboratory standard deviation of 0.16 and mean inter laboratory standard deviation of 0.28 across all NRF2 reporter gene assay results. We conclude that the NRF2 reporter gene assay is a suitable assay for the screening of nanobiomaterial-induced oxidative stress responses.
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