1. Design of a live biochip for in situ nanotoxicology studies : a proof of concept
- Author
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Thiéry Alain, Schaack Béatrice, Chaneac Corinne, Achouak Wafa, Ebel Christine, Auger Aurélien, Liu Wei, Castellan Mathieu, Hochepied Jean-François, Institut de biologie structurale (IBS - UMR 5075 ), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Institut méditerranéen de biodiversité et d'écologie marine et continentale (IMBE), Avignon Université (AU)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UMR237-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Unité de Chimie et Procédés (UCP), École Nationale Supérieure de Techniques Avancées (ENSTA Paris), Centre des Matériaux (CDM), Mines Paris - PSL (École nationale supérieure des mines de Paris), Université Paris sciences et lettres (PSL)-Université Paris sciences et lettres (PSL)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Biosciences et de Biotechnologies de Grenoble (ex-IRTSV) (BIG), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Laboratoire de Chimie de la Matière Condensée de Paris (LCMCP), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre des Matériaux (MAT), MINES ParisTech - École nationale supérieure des mines de Paris, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Collège de France (CdF (institution))-Institut de Chimie du CNRS (INC), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UMR237-Aix Marseille Université (AMU)-Avignon Université (AU), Institut de biologie structurale (IBS - UMR 5075), Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-PSL Research University (PSL)-MINES ParisTech - École nationale supérieure des mines de Paris, Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Grenoble Alpes (UGA), and Université Pierre et Marie Curie - Paris 6 (UPMC)-Collège de France (CdF)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
- Subjects
0303 health sciences ,Anatase ,[SDV.BBM.BS]Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology/Structural Biology [q-bio.BM] ,Chemistry ,General Chemical Engineering ,education ,Biofilm ,technology, industry, and agriculture ,Nanoparticle ,Nanotechnology ,General Chemistry ,010501 environmental sciences ,Bacterial growth ,Matrix (biology) ,respiratory system ,01 natural sciences ,03 medical and health sciences ,chemistry.chemical_compound ,[SDV.BBM.BS]Life Sciences [q-bio]/Biochemistry, Molecular Biology/Biomolecules [q-bio.BM] ,Nanotoxicology ,Agarose ,Biochip ,health care economics and organizations ,030304 developmental biology ,0105 earth and related environmental sciences - Abstract
International audience; This paper highlights the way in which eukaryotic cell and bacteria based biochips are relevant for nanotoxicological risk evaluation. Here we define NP-biochips as formatted surfaces containing nanoparticles (NPs). They are simple devices which can easily be used to generate quantitative data expressing the effects of NPs on biological material in parallelized medium throughput assays. Firstly we dropped NPs and bacteria onto an agarose layer, using fluorescent bacteria in order to follow by imaging the effects of these NPs on bacterial growth. Secondly we embedded the targeted NPs at precise spot locations in a matrix on which eukaryotic cells can adhere, and followed cell growth. We used titanium dioxide as model NPs for the concept validation. Both types of NP-biochip are realized in order to pattern NPs in 50 or 100 dried 400 μm diameter spots on a glass plate, with less than 0.3% variation in concentration between spots. For anatase TiO2 NPs, we were able to record a non-toxic effect by measuring bacteria or eukaryotic cell survival. NPs are not internalized in bacteria; we thus used hyperspectral imaging to observe NPs on their surfaces. In contrast, NPs translocate in eukaryotic cells so we used fluorescent TiO2 and quantum dots to verify that NPs migrate from the NP-biochip matrix into bronchial cells. In order to illustrate the release of NP from the chip into the cell, we present the dose–response curve in the case of a toxic rutile TiO2 NP. These devices prevent cell and bacteria suffocation that is often observed in standard assays in wells due to NP precipitation. We believe that these tests realized on gel coated biochips are a rather realistic model for NP exposure in situ, imitating bacterial growth in biofilms and eukaryotic cells in tissues.
- Published
- 2015
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