Toxicologie générale et immunotoxicité
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Toxicologie générale et immunotoxicité Pr Marc Pallardy, Toxicologie et INSERM UMR-S 749 Faculté de Pharmacie, Université Paris-Sud 11 Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés • Réponse immunitaire spécifique d’antigène innée: non- – Barrières physiques – IgA, Complement – Phagocytose par les neutrophiles, macrophages – Cytotoxicité NK (Natural Killer cells) • Réponse immunitaire spécifique d’antigène adaptative: – Lymphocytes (T cells: TH1, TH2, TH17, Treg; B cells) – Cellules présentatrices d’antigène Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés Réponse immunitaire adaptative En réponse aux pathogènes, aux molécules sensibilisantes - Clones de cellules T spécifiques (ex: penicillin, nickel…) Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés Immature dendritic cell Antigen Mature dendritic cell Danger signals (microbial products, RNA, CpG DNA… Toll-Like Receptor Peripheral organ 1- Antigen uptake and Activation Lymph T cell Lymph node 2- Migration 3- Antigen Presentation Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés IMMUNOTOXICITE • Immunosuppression – Inhibition de la réponse immunitaire par les xénobiotiques • Hypersensibilité – Réponse inappropriée dirigée contre une molécule chimique • Stimulation du système immunitaire aboutissant à une manifestation pathologique – Syndrome cytokinique • Auto-immunité – Réponse immunitaire dirigée contre les autoantigènes (modification du soi par les xénobiotiques ou rupture de tolérance Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés Plusieurs questions • Les nanoparticules sont-elles reconnues par le système immunitaire ? – Fixation sur opsonines – Les nanoparticules peuvent-elles mimer des signaux de danger comme des produits bactériens ou viraux, ou comme les molécules sensibilisantes via des récepteurs connus (TLR, SR…) ou via d’autres mécanismes (stress oxydant…) ? • Antigenicité des nanoparticules ? • Les nanoparticules peuvent-elles modifier une réponse immunitaire (adjuvant…) ? Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés • Reconnaissance par le système immunitaire • Nanoparticules et signaux de danger • Antigenicité des nanoparticules ? • Les nanoparticules peuvent-elles modifier une réponse immunitaire (adjuvant…) ? Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés • Reconnaissance dépend en grande partie de la taille, de la surface et de la composition de la nanoparticules – anioniques, cationiques, grande surface – Index de phagocytose augmente pour les nanocapsules lipidiques et en fonction du potentiel zéta • Fixation sur les protéines détermine les organes cibles – Nanotubes carbones se fixent lipoprotéines, complément, immunoglobulines… plasmatiques sur albumine, fibrinogène • Fixation sur les opsonines (complément…) cible les nanoparticules vers le système réticuloendothelial et les macrophages: disparition du compartiment sanguin en quelques minutes – Fixation sur opsonines guide le ciblage cellulaire Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés Activation du complément par les nanotubes de carbone (in vitro serum humain) Voie classique Voie alterne SWNT: single wall; DWNT: double wall CVD catalytic chemical vapor deposition; arc discharge method HP CO: high pressure carbon monoxide Salvador-Morales C, 2006 Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés Fixation sur protéines du plasma et du sérum humain des DWNT 3: DWNT + sérum 4: sérum total 6: DWNT + plasma Billes sépharose DWNT Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés Nanotubes de carbone « multi-paroi » et phagocytose LFA + SFA - LFA + fibres NTlong 2 + Dia: 20 à 100 nm L: Max 56 µm NTtang2 Dia: 15 nm L: 5-20 µm NTlong 2 + Poland CA et al, Nat Nano, 2008 LFA: amosite longue; SFA: amosite courte FBGC: cellules géantes; E: érythrocytes; L: lymphocytes Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés LNC: nanocapsules lipidiques; SPION: nanoparticules superparamagnétique d’oxyde de fer Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés • Reconnaissance par le système immunitaire • Nanoparticules et signaux de danger • Antigenicité des nanoparticules ? • Les nanoparticules peuvent-elles modifier une réponse immunitaire (adjuvant…) ? Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés Silice et inflammation pulmonaire Souris reçoivent deux instillations d’une solution contenant 1 mg de silice crystalline à deux semaines d’écart Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés L’exposition à la silice provoque des dépôts de collagène dans les poumons de souris C57Bl/6 WT mais pas chez les B6.Cg-kitW-sh dépourvues de mastocytes. Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés La silice est internalisée par les mastocytes dérivés de mœlle osseuse Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés Rôle des « scavenger receptor » Production de ROS par les BMMC 50 µg/cm2 pendant 24 hrs Production de TNF-alpha par les BMMC (50 µg/cm2 pendant 24 hrs) Brown JM, 2007 Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés MARCO et taille des particules Billes polystyrène 20 nm Cellule surexprimant MARCO Cellule sans MARCO Billes polystyrène 200 nm Kanno S et al, 2007 Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés • Reconnaissance par le système immunitaire • Nanoparticules et signaux de danger • Antigenicité des nanoparticules ? – Très contreversé, seules deux études suggèrent une immunogenicité des fullérènes • Les nanoparticules peuvent-elles modifier une réponse immunitaire (adjuvant…) ? Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés • Reconnaissance par le système immunitaire • Nanoparticules et signaux de danger • Antigenicité des nanoparticules ? • Les nanoparticules peuvent-elles modifier une réponse immunitaire (adjuvant…) ? Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés Liposomes cationiques + ODN provoquent la production de TNF-α α après injection IV chez la souris Tan Y, 1999 LPD: Lipid-protamine-ADN, LD: lipide cationique; PO: phosphodiester; PD: protamine; PS: phosphorothioate Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés DC murines et nanoparticules PLGA (200-650 nm) poly(d,l-lactic acid-co-glycolic acid) A: DC murine + TM-Dextran B: DC murine + nanoparticules/TM-Dextran C: DC murine + nanoparticules/TM-Dextran + cytB Rouge: TM-dextran Vert: anti-CD11c Elamanchili P, 2004 Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés Activation des DC par les nanoparticules PLGA: poly(d,l-lactic acid-co-glycolic acid) copolymère MPLA: monophosphoryl lipid A (analogue Lipid A) Elamanchili P, 2004 Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés DC stimulées par les nanoparticules provoquent la prolifération des lymphocytes T in vitro BLP25: peptide MUC Elamanchili P, 2004 Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés Nanoparticules et immunopathologie • Inflammation – Exemple silice et inflammation pulmonaire • Particules diesels et hypersensibilité • Immunosuppression Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés Effets des particules sur la production d’anticorps CBP: carbon black DEP: particules diesel Road: particules trafic routier Wood: particules combustion bois M. Samuelsen et al, 2008 Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés Production de cytokines par les lymphocytes M. Samuelsen et al, 2008 Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés M. van Zijverden, 2000 Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés Comment tester/évaluer/prédire les effets des nanoparticules sur le système immunitaire ? • Comme les autres produits, il est nécessaire d’évaluer l’impact des nanoparticules sur le système immunitaire – Études spécifiques d’immunotoxicologie à faire après une étude de toxicologie par administration répétée si signes d’appel: ligne directrice ICH S8 pour les produits de santé • Mais il existe des questions auxquelles il est nécessaire de répondre de manière spécifique – Évaluer les interactions avec les protéines du complément – Macrophages et polynucléaires: activation, fonction et phagocytose – Stress oxydant – Activation des cellules dendritiques humaines – Effet adjuvant des réponses immunitaires – Production de cytokines (pro-inflammatoires…) • Pouvoir immunogène ? Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés MA. Dobrovolskaia, Nat Nanotechnology, 2007 Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés MA. Dobrovolskaia, Nat Nanotechnology, 2007 Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés CONCLUSIONS • Les nanoparticules interfèrent avec le système immunitaire • Reconnaissance par les cellules du système immunitaire peut être spécifique (MARCO…) • Les effets obtenus peuvent être délétères (DEP et asthme…) • Mais aussi bénéfique (adjuvant de vaccination…) Pr M Pallardy – Congrès de la SFT, 20-21 octobre 2008, Paris – Copyright © SFT – Tous droits réservés
