Towards realistic lung exposure in vitro: an alveolar model approach with MACRAME Control Materials

Vers une exposition pulmonaire réaliste in vitro : exposition d’un modèle alvéolaire aux matériaux de référence du projet MACRAMÉ

Aline Chary1, Marina Azuaga Moreso1, Charlotte Stoffels1, Servane Contal1,  Tommaso Serchi1

1: LUXEMBOURG INSTITUTE OF SCIENCE AND TECHNOLOGY (LIST), Esch Sur Alzette, Luxembourg; aline.chary@list.lu

Contexte

Pour soutenir le développement sûr et durable des matériaux avancés (AdMas), le projet MACRAME a mis en place une bibliothèque de matériaux de référence (Control Material Library – CML) composée de 12 particules de référence bien caractérisées, présentant une diversité de propriétés physico-chimiques et des bioactivités in vitro connues. Ces matériaux ont été sélectionnés afin de représenter un large éventail d’AdMas en termes de taille, forme, solubilité et activité biologique, et servent de références pour le développement de méthodes, les comparaisons interlaboratoires et la validation des tests.Ces matériaux ont été utilisés dans plusieurs systèmes d’essai au sein du projet, notamment dans le modèle alvéolaire appliqué par le LIST pour évaluer les méthodes d’exposition à l’interface air-liquide. Certains matériaux de la CML, choisis pour refléter une gamme de comportements de dispersion et de profils toxicologiques, ont été utilisés pour évaluer la performance et la pertinence des systèmes semi-ALI, Vitrocell® Cloud et PowderX. La CML joue ainsi un rôle central dans la génération de données comparables et reproductibles, et dans l’orientation de l’optimisation des méthodes pour les tests de toxicité par inhalation des AdMas.

La CML comprend :

  • Quartz DQ12 (pro-inflammatoire, fibrogène ; contrôle positif)
  • Corindon (inerte ; contrôle négatif)
  • ZnO NM-111 (partiellement soluble ; fortement bioactif)
  • TiO₂ NM-101 et NM-105 (formes anatase et anatase/rutile ; activité modérée à intermédiaire)
  • SiO₂ NM-203 (silice pyrogénée ; activité élevée)
  • CeO₂ NM-212 (actif ; bien étudié in vivo)
  • BaSO₄ NM-220 (inerte ; contrôle négatif supplémentaire)
  • Mn₂O₃ (fortement bioactif ; forte induction de H₂O₂)
  • Nanofibres de SiC (fibreuses ; bioactivité élevée)
  • Carbure de tungstène (WC) et WC–Co (chimiquement apparentés ; bioactivités différentes)

Matériel et Méthode

Résultats

Discussion et Conclusion

Exposure MethodAvantagesInconvénientsMeilleure utilisation pour
Semi-ALI– Installation simple-Répartition inégale des particules (accumulation en périphérie)Criblage préliminaire
– Faible coût– Présence résiduelle de milieu apicalParticules dispersibles dans le milieu
– Possibilité de générer des courbes dose-réponse– Pas optimal pour une exposition précise
– Permet de tester différents paramètres
Vitrocell Cloud– Dépôt homogène et reproductible– Plus complexe et coûteuxParticules bien dispersibles dans solution saline
– Exposition réaliste par aérosol– Temps de préparation et d’exposition plus longsExposition plus précise et uniforme
– Contrôle avancé du système
Vitrocell PowderX– Exposition directe à la poudre– Complexité opérationnelle élevéeParticules peu dispersibles ou hydrophobes
– Adapté aux particules peu dispersibles ou sèches– Équipement coûteuxAérosols de poudre sèche
– Pas besoin de suspension liquideProcédure chronophage

Grâce à la bibliothèque de matériaux de référence établie dans le cadre du projet MACRAME, nous avons pu effectuer une évaluation systématique de différentes méthodes d’exposition en utilisant des matériaux bien caractérisés. Cela nous a permis d’identifier les points forts et les limites des systèmes semi-ALI, Vitrocell Cloud et Vitrocell PowderX de manière contrôlée et comparable. En liant les propriétés des matériaux (par ex. : dispersibilité, taille des particules) aux performances d’exposition et aux réponses biologiques, la bibliothèque de matériaux de référence s’est révélée essentielle pour orienter le choix des méthodes et optimiser notre stratégie d’essais in vitro pour la toxicité par inhalation.