Des chercheurs étudient la manière dont les radionucléides interagissent avec les cellules rénales

Lorsque les radionucléides pénètrent dans notre organisme, que ce soit par inhalation, ingestion ou par des blessures, ils représentent un risque potentiel pour la santé. De nombreuses études antérieures sur l’exposition aux radionucléides se sont principalement concentrées sur des expériences sur des animaux. Cependant, nous disposons de peu de données sur la toxicité au niveau cellulaire et moléculaire.

Les cellules rénales présentent un intérêt particulier car chez les mammifères, elles jouent un rôle central dans la détoxification des radionucléides bivalents, trivalents et hexavalents ainsi que d’autres métaux lourds via l’excrétion urinaire.

Une équipe du Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) et de la TU Dresden a désormais trouvé une image différente, comme le rapportent les chercheurs dans la revue Science de l’environnement total.

Les métaux lourds radioactifs étant naturellement présents dans la croûte terrestre, des processus géologiques tels que l’érosion et les intempéries peuvent les libérer dans l’eau, le sol et l’air. Au cours des 60 dernières années, l’utilisation industrielle, médicale et de recherche des radionucléides a également augmenté de manière significative.

En particulier, l’exploitation minière, les accidents dans les centrales nucléaires et les fuites dans les systèmes de confinement peuvent libérer ces éléments dans l’environnement. Un autre facteur, quoique moins important, contribue à la libération de radionucléides : leur utilisation dans le diagnostic et le traitement du cancer.

« L’exposition aiguë ou chronique aux métaux lourds radioactifs et à leurs effets radio- et chimiotoxiques présente un certain nombre de risques pour la santé des humains et des animaux. Une fois incorporés, ils atteignent les reins via la circulation sanguine. Étant donné que les reins jouent un rôle clé dans l’excrétion des métaux lourds, nous nous intéressons particulièrement aux interactions entre ces éléments et les cellules rénales », explique le Dr Astrid Barkleit de l’Institut d’écologie des ressources du HZDR, décrivant l’objectif de la recherche.

Les études précédentes se sont principalement concentrées sur la manière dont ces métaux lourds s’accumulent et sont excrétés par les êtres humains et les animaux vivants. En utilisant des modèles biocinétiques mathématiques, on peut décrire leur distribution générale dans l’organisme, mais les processus biologiques et chimiques sous-jacents restent pour la plupart inconnus.

L’équipe de recherche a donc étudié les effets de divers métaux lourds sur les cellules rénales et la forme chimique sous laquelle se présentent les ions métalliques. Ces résultats sont essentiels pour identifier les agents de décorporation appropriés, c’est-à-dire les agents complexants qui éliminent de l’organisme les ions métalliques incorporés accidentellement de la manière la plus douce possible.

« Dans notre étude approfondie, nous avons comparé les effets du baryum (II), de l’europium (III) et de l’uranium (VI) sur des cellules rénales humaines et de rat in vitro, c’est-à-dire dans des conditions de laboratoire contrôlées en dehors de l’organisme vivant. Les expériences sur les cellules ont été menées au laboratoire central des radionucléides de la TU Dresden », explique le Dr Anne Heller, de la chaire de radiochimie/radioécologie de la TU Dresden.

« Des méthodes d’analyse hautement spécialisées sont disponibles à la fois à la TU Dresden et dans les zones contrôlées par radiochimie du HZDR. Elles nous permettent d’utiliser une combinaison unique d’essais in vitro basés sur la culture cellulaire et de méthodes microscopiques, analytiques et spectroscopiques.

« Cela nous a permis d’étudier la viabilité cellulaire, les mécanismes de mort cellulaire et l’absorption intracellulaire des métaux des cellules exposées. Nous avons également pu déterminer la spéciation des métaux lourds. La spéciation décrit la distribution des différentes formes de liaison chimique d’un élément, dans le milieu de culture cellulaire et à l’intérieur des cellules. »

Ces découvertes aident les scientifiques à mieux comprendre les interactions de ces métaux lourds au niveau cellulaire et moléculaire.

Gamme de métaux lourds soigneusement sélectionnée

Les chercheurs ont soigneusement choisi les ions métalliques utilisés dans leur étude. Le baryum (II) est adapté car il constitue un substitut sûr pour l’étude du radium (II) radioactif naturel.

D’un point de vue chimique, l’europium(III) non radioactif est très similaire aux éléments radioactifs artificiels américium(III) et curium(III). De plus, ses excellentes propriétés de luminescence en font un élément idéal pour la détection spectroscopique.

En tant que métal lourd naturel, l’uranium(VI) facilement soluble revêt une importance particulière pour la radioécologie, en particulier ici en Saxe, où l’héritage de l’extraction de l’uranium, en particulier la contamination des sols et de l’eau, constitue un défi économique et technologique majeur.

En outre, une compréhension précise du comportement complexe de ces ions de métaux lourds est d’une importance cruciale tant pour les aspects généraux de la radioprotection que pour la sécurité des futurs dépôts de déchets radioactifs.

Pour étudier la forme de liaison chimique des métaux lourds dans l’organisme, les scientifiques ont ajouté des solutions aqueuses de métaux aux cellules. Les ions de métaux lourds ont alors perdu leur couche d’eau d’origine et se sont retrouvés entourés de molécules cellulaires, appelées bioligands.

Grâce à des techniques spéciales, comme la spectroscopie de luminescence et la microscopie chimique, les chercheurs ont pu visualiser la répartition de l’europium(III) dans les cellules. La microscopie à fluorescence a également révélé comment les cellules changeaient au contact du métal lourd. Selon l’élément, les cellules gonflaient, leur membrane se fragmentait ou des parties des cellules se détachaient.