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Development of a standardized in vitro approach to evaluate microphysical, chemical, and toxicological properties of combustion-derived fine and ultrafine particles

Authors :
Nadine Merlet-Machour
Clément Castilla
Hélène Lavanant
Jean-Marie Vaugeois
Christophe Morin
Jérôme Yon
Carlos Afonso
Christelle Monteil
Ana Teresa Juarez-Facio
Cécile Corbière
Laurence Chevalier
Aliments Bioprocédés Toxicologie Environnements (ABTE)
Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Normandie Université (NU)
Chimie Organique et Bioorganique : Réactivité et Analyse (COBRA)
Institut Normand de Chimie Moléculaire Médicinale et Macromoléculaire (INC3M)
Institut de Chimie du CNRS (INC)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Le Havre Normandie (ULH)
Normandie Université (NU)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Normandie Université (NU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie Organique Fine (IRCOF)
Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Groupe de physique des matériaux (GPM)
Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Complexe de recherche interprofessionnel en aérothermochimie (CORIA)
Institut de Chimie Organique Fine (IRCOF)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Normand de Chimie Moléculaire Médicinale et Macromoléculaire (INC3M)
Normandie Université (NU)-Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Université Le Havre Normandie (ULH)
Normandie Université (NU)-Institut national des sciences appliquées Rouen Normandie (INSA Rouen Normandie)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-École Nationale Supérieure d'Ingénieurs de Caen (ENSICAEN)
Normandie Université (NU)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche sur les Matériaux Avancés (IRMA)
Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université de Rouen Normandie (UNIROUEN)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université de Caen Normandie (UNICAEN)
Normandie Université (NU)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Normandie Université (NU)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)
National Fourier transform ion cyclotron resonance network (FR 3624 CNRS)
ANSES (French Agency for Food, Environmental and Occupational Health and Safety
PUFBIO project, Grant number EST-2017-190)
ANR-11-LABX-0029,SYNORG,Synthèse Organique : des molécules au vivant(2011)
European Project: 731077,H2020,H2020-INFRAIA-2017-1-two-stage, EU_FT-ICR_MS(2018)
Source :
Journal of Environmental Sciences, Journal of Environmental Sciences, Elsevier, 2022, 113, pp.104-117. ⟨10.1016/j.jes.2021.06.001⟩, Journal of Environmental Sciences, 2022, 113, pp.104-117. ⟨10.1016/j.jes.2021.06.001⟩
Publication Year :
2022
Publisher :
HAL CCSD, 2022.

Abstract

Ultrafine particles represent a growing concern in the public health community but their precise role in many illnesses is still unknown. This lack of knowledge is related to the experimental difficulty in linking their biological effects to their multiple properties, which are important determinants of toxicity. Our aim is to propose an interdisciplinary approach to study fine (FP) and ultrafine (UFP) particles, generated in a controlled manner using a miniCAST (Combustion Aerosol Standard) soot generator used with two different operating conditions (CAST1 and CAST3). The chemical characterization was performed by an untargeted analysis using ultra-high resolution mass spectrometry. In conjunction with this approach, subsequent analysis by gas chromatography–mass spectrometry (GC–MS) was performed to identify polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH). CAST1 enabled the generation of FP with a predominance of small PAH molecules, and CAST3 enabled the generation of UFP, which presented higher numbers of carbon atoms corresponding to larger PAH molecules. Healthy normal human bronchial epithelial (NHBE) cells differentiated at the air-liquid interface (ALI) were directly exposed to these freshly emitted FP and UFP. Expression of MUC5AC, FOXJ1, OCLN and ZOI as well as microscopic observation confirmed the ciliated pseudostratified epithelial phenotype. Study of the mass deposition efficiency revealed a difference between the two operating conditions, probably due to the morphological differences between the two categories of particles. We demonstrated that only NHBE cells exposed to CAST3 particles induced upregulation in the gene expression of IL-8 and NQO1. This approach offers new perspectives to study FP and UFP with stable and controlled properties.

Details

Language :
English
ISSN :
10010742
Database :
OpenAIRE
Journal :
Journal of Environmental Sciences, Journal of Environmental Sciences, Elsevier, 2022, 113, pp.104-117. ⟨10.1016/j.jes.2021.06.001⟩, Journal of Environmental Sciences, 2022, 113, pp.104-117. ⟨10.1016/j.jes.2021.06.001⟩
Accession number :
edsair.doi.dedup.....41185200f8f91bb4bb2111bc44c67c16
Full Text :
https://doi.org/10.1016/j.jes.2021.06.001⟩