Exposure to nanoplastics in food : fate, physicochemical transformations and toxicity on the digestive sphere

La pollution plastique représente aujourd’hui un enjeu environnemental et sanitaire majeur. Sous l’effet d’une fragmentation mécanique, chimique et/ou biologique, les débris plastiques se dégradent en nanoplastiques (NPL, de taille inférieure à 1 µm). De récentes études ont rapporté leur présence dans les eaux destinées à la consommation humaine ainsi que leur migration à partir d’emballages au contact des denrées alimentaires, soulignant que l’ingestion constitue l’une des principales voies d’exposition chez l’Homme. Le système digestif figure parmi les premiers organes concernés. Pourtant, les effets des NPL sur la sphère gastro-intestinale restent mal connus et la plupart des études utilisent des NPL commerciaux, contenant des substances chimiques (comme les additifs), limitant toute interprétation toxicologique. Dans ce contexte, cette thèse, menée conjointement entre Toxalim (Toulouse) et l’Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l’environnement et les matériaux (Pau), a étudié le devenir et l’impact de NPL de polystyrène, synthétisés « à façon » (PS-NPL) sans additif chimique et traçables dans les milieux biologiques. Ce travail pluridisciplinaire a associé des analyses physico-chimiques des NPL, des modèles de digestion gastro-intestinale humaine simulée et cultures cellulaires intestinales in vitro, ainsi qu’un modèle in vivo murin afin d’explorer la réponse de l’axe intestin-foie.L’exposition subchronique de souris adultes mâles (0,1; 1 et 10 mg/kg poids corporel/jour pendant 90 jours) à des PS-NPL marqués à l’or a montré des effets significatifs aux plus faibles doses. Une augmentation de la prise de poids, une perturbation de la barrière intestinale avec une altération de la qualité du mucus et une modification du microbiote ont été observées de façon dépendante du régime alimentaire (contrôle vs occidental). L’exposition aux PS-NPL a également aggravé l’intolérance au glucose sous régime occidental et favorisé l’accumulation de gouttelettes lipidiques dans le foie avec une transition vers des tailles plus élevées, et ce, indépendamment du régime. En parallèle, deux modèles de digestion in vitro (INFOGEST 2.0 statique et TIM-1 dynamique) ont été mis en œuvre pour comparer deux types de PS-NPL fluorescents, différenciés par leur degré de carboxylation (± vieillis). Dans la phase salivaire, les NPL faiblement carboxylés adsorbent davantage l’α-amylase, réduisant son activité, comparativement aux NPL plus carboxylés. Dans la phase gastrique, une agrégation des PS-NPL dépendante du pH ainsi que de la formation d’une couronne protéique a été observée dans les deux protocoles. Exposées aux PS-NPL digérés ou non à l’aide du protocole INFOGEST 2.0, les cellules Caco-2/HT29-MTX en co-culture n’ont pas montré d’altération de l’intégrité de la barrière intestinale. A l’état non digéré, la translocation des NPL est dépendante du degré de carboxylation des PS-NPL. La digestion induit une augmentation de la translocation des NPL fortement carboxylés ainsi que de la production intracellulaire d’ATP, suggérant l’implication de voies d’internalisation ATP-dépendantes. Ce travail de thèse montre que les PS-NPL, synthétisés sans additif chimique, et sous leur seule forme particulaire, peuvent induire des perturbations digestives et métaboliques chez la souris, avec des effets marqués à faibles doses. La combinaison d’approches in vivo et in vitro a permis de relier propriétés de surface et transformations physico-chimiques des NPL, interactions avec les enzymes digestives et réponses biologiques, offrant une vision intégrée du devenir et de l’impact des PS-NPL sur la sphère digestive. Ces résultats ouvrent des perspectives translationnelles vers l’étude de différentes populations à risque et la mise en place de politiques de santé environnementale pour mieux évaluer les risques des NPL sur la santé humaine.