Matériau de construction courant, l’amiante est le terme utilisé pour décrire une gamme de minéraux à croissance naturelle. Des maladies graves, notamment le mésothéliome et le cancer du poumon, peuvent survenir des décennies après avoir été en contact avec l’amiante.
Les chercheurs biomédicaux ont passé de nombreuses années à essayer de comprendre comment l’amiante provoque des maladies, bien que plusieurs pièces du puzzle restent inconnues. Adoptant une toute autre approche, une équipe internationale dirigée par des chercheurs du Université de Pennsylvanieont plutôt examiné comment les interactions modifient le minéral lui-même.
Deux images montrent la structure de l’amiante amphibole avant (gauche) et après (droite) interaction avec les cellules pulmonaires en culture. Crédit image :
Scientific Reports, modifié par Ruggero Vigliaturo, utilisé sous https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/)
« De nombreuses études se sont penchées sur la toxicité de l’amiante, et nous voulions aborder cette question du côté opposé, sans étudier les effets sur les cellules, mais plutôt en explorant ce qui arrive au minéral une fois à l’intérieur de la cellule », explique Reto Giéréprofesseur à Penn’s Département des sciences de la terre et de l’environnement dans le École des arts et des scienceset auteur principal sur le travail, publié dans Rapports scientifiques.
« Nous avons utilisé des techniques expérimentales de pointe, allant jusqu’à l’échelle nanométrique et même à l’échelle atomique pour voir la transformation des minéraux », explique le premier auteur Ruggero Vigliaturo, aujourd’hui professeur assistant titulaire à l’Université d’Italie. Université de Turin qui a terminé la recherche pendant une bourse postdoctorale à Penn. « Ce que nous avons vu, c’est que les minéraux subissent des changements qui semblent presque se défendre contre les cellules. »
Reto Gieré (Image : Avec l’aimable autorisation du laboratoire Gieré)
La recherche est née d’un ensemble plus large d’expériences sur l’amiante entreprises par l’intermédiaire de Penn Centre d’excellence en toxicologie environnementale. Bien qu’il s’agisse d’un terme courant, le mot «amiante» n’est pas scientifique, mais est plutôt utilisé dans l’industrie pour désigner un large éventail de minéraux avec des structures et des compositions chimiques variables. Dans les travaux en cours, Vigliaturo, Gieré et leurs collègues se sont concentrés sur l’amiante amphibole, qui est supposé être plus dangereux que d’autres variétés.
Alors que de nombreuses recherches sur la toxicité de l’amiante se sont concentrées sur la façon dont les tissus de l’organisme réagissent au minéral, les chercheurs ont ici voulu observer comment le minéral réagissait à son absorption par les cellules pulmonaires humaines. En collaboration avec des chercheurs du Institut national de chimie en Slovénie, Vigliaturo et Gieré ont utilisé une technologie d’imagerie à très haute résolution spatiale pour caractériser les minéraux après deux jours passés à l’intérieur cellules pulmonaires humaines. En revanche, la plupart des recherches sur l’amiante se sont jusqu’à présent concentrées sur les impacts sur le corps lorsque de longues fibres d’amiante restent dans des zones de tissus à l’extérieur des cellules.
Avec des techniques spécialisées de microscopie électronique à transmission (MET), les chercheurs ont documenté des changements jamais vus auparavant dans les minéraux amphiboles, dont beaucoup ont été absorbés par des compartiments de la cellule appelés lysosomes, qui sont généralement impliqués dans le traitement des déchets cellulaires et la mort cellulaire programmée. .
« Dans ces lysosomes, qui sont plus acides que le reste de la cellule, nous avons observé que la surface du minéral commence à se dissoudre », explique Gieré.
Une question immédiate sur ces minéraux relativement riches en fer s’est rapidement posée : « Quel a été le devenir du fer ?
Un type raffiné d’analyse TEM a permis aux chercheurs de voir que l’état d’oxydation du fer changeait au cours de cette dissolution, des altérations qui pourraient influencer la façon dont le minéral réagissait avec d’autres composants cellulaires, tels que les organites et les noyaux cellulaires.
Les surfaces minérales ont également subi des changements frappants, qui comprenaient la formation d’une couche amorphe riche en fer après avoir été intériorisée par les cellules. Pour les scientifiques, la couche rappelait des corps en amiante, mais avec des différences structurelles et chimiques marquées. Les corps d’amiante sont formés par des macrophages dans le tissu pulmonaire plutôt qu’à l’intérieur des cellules, et sont associés à une exposition prolongée à l’amiante.
«Lorsque vous examinez des échantillons de tissu pulmonaire extraits de patients qui ont succombé à des maladies liées à l’amiante, vous trouverez des fibres d’amiante entourées d’un revêtement brunâtre. Ce sont des corps en amiante », dit Gieré. « Le revêtement est formé de manière biogénique et le fer est principalement délivré par le corps via une protéine appelée ferritine. »
Dans leurs expériences, avec l’amiante à l’intérieur des cellules plutôt que dans l’espace intercellulaire, les chercheurs n’ont pas observé de corps d’amiante, mais plutôt une couche de fer sur les minéraux qui provenait du minéral lui-même. Et contrairement aux corps en amiante, ces revêtements ne contenaient pas de phosphore.
« Pourquoi cela se produit, nous ne savons pas », dit Gieré. « Il se peut que la cellule tente de se protéger en déclenchant ce changement dans le minéral, mais il est trop tôt pour le dire. »
De plus, Vigliaturo note que les amphiboles les plus riches en fer ont montré de manière inattendue une dissolution moins prononcée et une couche amorphe moins étendue que les variétés qui contenaient moins de fer. « C’était le contraire de ce que nous avions prévu et de ce qui a été rapporté dans les expériences abiotiques », dit-il.
Les changements minéralogiques, selon les chercheurs, pourraient avoir un impact sur la façon dont le corps réagit et traite les fibres d’amiante, un processus qui peut avoir des liens avec la façon dont la maladie survient des décennies plus tard. Ils avertissent cependant que leurs expériences ont été menées sur une courte période, seulement deux jours, et menées in vitro avec des lignées cellulaires plutôt qu’à l’intérieur du corps humain. Davantage de travail est nécessaire, disent-ils, pour comprendre si ce qu’ils observent se reflète chez les personnes vivantes exposées à l’amiante.
Gieré, Vigliaturo et leurs collègues continuent d’explorer l’interaction des cellules pulmonaires et de l’amiante, mais en mettant l’accent sur les changements biochimiques dans les cellules elles-mêmes. Ils expérimentent également différents types d’amiante pour mieux comprendre comment leurs similitudes et leurs différences peuvent être liées au fardeau de la maladie.
Ils espèrent que leurs découvertes aideront d’autres chercheurs à interpréter les effets toxiques et cancérigènes de l’amiante. Et pour Vigliaturo, qui est né à Casale Monferrato, en Italie, une ville de 40 000 habitants avec plus de 3 000 décès attribués à la toxicité de l’amiante dans une usine locale, le désir d’en savoir plus sur les maladies liées à l’amiante est personnel.
« Nous avons pris la technologie des nanosciences, de la biologie et des nanomatériaux et l’avons amenée à la minéralogie », dit-il. « Nous utilisons nos connaissances spécialisées pour contribuer à résoudre cette partie du puzzle. »
La source: Université de Pennsylvanie
