Le nanomatériau oxyde de graphène – qui est utilisé dans tout, de l’électronique aux capteurs de biomolécules – peut affecter indirectement le système immunitaire via le microbiome intestinal, comme le montre une nouvelle étude sur le poisson zèbre par des chercheurs du Karolinska Institutet en Suède. Les résultats sont rapportés dans la revue Nanotechnologie de la nature.
« Cela montre que nous devons prendre en compte le microbiome intestinal dans notre compréhension de la façon dont les nanomatériaux affectent le système immunitaire », déclare l’auteur correspondant de l’article, Bengt Fadeel, professeur à l’Institut de médecine environnementale du Karolinska Institutet. « Nos résultats sont importants pour identifier les effets indésirables potentiels des nanomatériaux et atténuer ou prévenir ces effets dans les nouveaux matériaux. »
Le graphène est un matériau extrêmement fin, un million de fois plus fin qu’un cheveu humain. Il comprend une seule couche d’atomes de carbone et est plus résistant que l’acier mais flexible, transparent et conducteur d’électricité. Cela le rend extrêmement utile dans une multitude d’applications, y compris dans les textiles « intelligents » équipés d’électronique portable et en tant que composant de matériaux composites, pour améliorer la résistance et la conductivité des matériaux existants.
Avec l’utilisation accrue de nanomatériaux à base de graphène, il est nécessaire d’examiner comment ces nouveaux matériaux affectent le corps. Les nanomatériaux sont déjà connus pour avoir un impact sur le système immunitaire, et quelques études de ces dernières années ont montré qu’ils peuvent également affecter le microbiome intestinal, les bactéries présentes naturellement dans le tractus gastro-intestinal.
La relation entre les nanomatériaux, le microbiome intestinal et l’immunité a fait l’objet de la présente étude réalisée à l’aide de poissons zèbres. Le nanomatériau étudié était l’oxyde de graphène, qui peut être décrit comme un parent du graphène composé d’atomes de carbone et d’atomes d’oxygène. Contrairement au graphène, l’oxyde de graphène est soluble dans l’eau et intéresse la recherche médicale comme, par exemple, un moyen de délivrer des médicaments dans le corps.
Dans l’étude, les chercheurs ont exposé des poissons zèbres adultes à l’oxyde de graphène via l’eau et ont analysé comment cela affecte la composition du microbiome. Ils ont utilisé à la fois des poissons normaux et des poissons dépourvus d’une molécule réceptrice dans leurs cellules intestinales appelée récepteur d’hydrocarbure arylique, communément abrégé en AhR, un récepteur pour divers métabolites endogènes et bactériens.
Nous avons pu montrer que la composition du microbiome intestinal changeait lorsque nous exposions le poisson à l’oxyde de graphène, même à faible dose, et que l’AhR affectait également le microbiome intestinal.
Guotao Peng, premier auteur de l’étude, chercheur postdoctoral, Institut de médecine environnementale du Karolinska Institutet
Les chercheurs ont également généré des larves de poisson zèbre totalement dépourvues de microbiome intestinal naturel, ce qui permet d’étudier les effets de composants individuels du microbiome, en l’occurrence l’acide butyrique (un acide gras), qui est sécrété par certains types de bactéries intestinales. L’acide butyrique est connu pour être capable de se lier à AhR.
Ce faisant, les chercheurs ont découvert que la combinaison d’oxyde de graphène et d’acide butyrique provoquait une immunité dite de type 2 chez le poisson. L’effet s’est avéré dépendre de l’expression de AhR dans les cellules intestinales.
« Ce type d’immunité est normalement considéré comme une réponse à une infection parasitaire. Notre interprétation est que la réponse immunitaire intestinale peut gérer l’oxyde de graphène de la même manière qu’elle gérerait un parasite », explique Guotao Peng.
En utilisant une méthode avancée de cartographie des cellules immunitaires, les chercheurs ont également pu montrer qu’un composant du système immunitaire appelé cellules lymphoïdes innées se trouve dans les larves de poisson zèbre.
« Cela montre que le poisson zèbre est un bon modèle pour étudier le système immunitaire, y compris le système immunitaire primitif ou inné », explique Bengt Fadeel.
L’étude a été financée par le Graphene Flagship, un projet européen coordonné par l’Université de technologie Chalmers de Göteborg.
