Toxicité pulmonaire, Calu-3, Épithélium bronchique, Modèle 3D, Nanoparticules d'argent, Couronne protéique

Au cours des dernières années, la production et l'utilisation de nanomatériaux (NMs) dans l'industrie ont augmenté de façon exponentielle et les NMs représentent un danger potentiel pour la santé humaine. L'utilisation de modèles in vitro apparait comme une solution pour prendre en charge l'évaluation de la toxicité d'une très grande diversité de NM à tester. Pour étudier les effets biologiques de nanoparticules d'argent (AgNPs) sur le poumon, nous avons développé un modèle de culture 3D d'épithélium bronchique humain avec la lignée cellulaire Calu-3. Nous avons analysé la composition du sécrétome apical au cours du temps et caractérisé la composition de la couronne de protéines adsorbés autour des AgNPs en présence du sécrétome. Les Calu-3 ont été cultivées à l'interface air liquide (ALI) sur des inserts d'une porosité de 3 µm et une supplémentation réduite en sérum foetal bovin. La mesure de la résistance électrique transépithéliale, la perméabilité du colorant Lucifer Yellow et l'immunomarquage de la protéine zonula occludens-1 associée aux jonctions serrées ont montré que l'intégrité de l'épithélium était maintenue pendant 28 jours à l'ALI. La composition du sécrétome apical des cellules Calu-3 à l'ALI a été analysée par LC-MS/MS et comparée au sécrétome d'épithéliums bronchiques humaines normaux (NHBE) provenant de 3 donneurs différents. Au total, 408 protéines extracellulaires communes ont été identifiées dans les modèles Calu-3 et NHBE. La sécrétion de mucines formant le gel de mucus (MUC5AC, MUC5B), ainsi que de peptides antimicrobiens (lysozyme, lipocaline-2 et clusterine) démontrent la fonctionnalité du modèle Calu-3. La barrière épithéliale du modèle Calu-3 a été exposée à 10 µg/cm² d'AgNPs. Aucun effet sur la viabilité cellulaire n'a été observé pendant 48 heures. Cependant, une surexpression des gènes impliqués dans les voies de défense anti-oxydante, inflammatoire et métallique telles que l'hème-oxygénase, les cytokines IL-6 et IL-8, et la métallothionéine a été observée. La composition de la couronne protéique adsorbée sur les AgNPs a été étudiée en présence des cellules ('couronne cellulaire') ou après la collecte du sécrétome ('couronne acellulaire'). Un enrichissement en protéines impliquées dans les processus biologiques associés aux protéines adsorbées, tels que l'activation cellulaire, le transport, la réponse à un stimulus, les processus métaboliques cellulaires et la réponse à un produit chimique, a été observé dans la couronne protéique. Par ailleurs, les AgNPs pré-incubées dans le sécrétome ont induit une réponse pro-inflammatoire différente dans les macrophages dérivés du THP-1 par rapport aux NP nues. La nouvelle identité biologique des AgNPs acquise dans le sécrétome bronchique pourrait favoriser l'activation des cellules immunitaires et faciliter leur absorption par les macrophages. En conclusion, un modèle fonctionnel in vitro de culture en 3D d'épithélium bronchique humain a été développé. Il est actuellement mis en ouvre pour évaluer la toxicité à long terme des NM in vitro. Les cellules Calu-3 ont produit un sécrétome à fonction protectrice très similaire à celui produit par les cultures de cellules primaires. Ce travail met en lumière le rôle majeur de la couronne protéine dans la réponse immunitaire aux NMs dans le poumon.