Les risques potentiels des plastiques biodégradables : l'équipe du professeur Jiang Hui de l'Université de Pékin rend compte pour la première fois de la toxicité reproductive induite par les micro/nanoplastiques à base d'acide polylactique

L'utilisation généralisée des plastiques a largement contribué au progrès de la civilisation industrielle et au développement économique, mais elle a également entraîné une grave pollution environnementale, notamment due aux microplastiques (MP) et aux nanoplastiques (NP), omniprésents dans l'environnement humain. Des études montrent que l'absorption humaine moyenne de particules microplastiques est d'environ 0,1 à 5 grammes par semaine, ce qui suscite des inquiétudes quant aux risques potentiels pour la santé.

Pour réduire la pollution plastique, les plastiques biodégradables ont été introduits comme alternatives écologiques aux plastiques traditionnels à base de pétrole. L'acide polylactique (PLA) est le plastique biodégradable le plus produit et le plus consommé au monde. Il est utilisé dans les emballages alimentaires, la vaisselle jetable et comme vecteur pour l'administration de médicaments dans les applications biomédicales. Bien que le PLA soit considéré comme un plastique « écologique », des études ont montré que son ingestion peut provoquer une inflammation et que le PLA peut générer davantage de microplastiques lors de sa dégradation que les plastiques traditionnels à base de pétrole, ce qui indique des risques potentiels qui justifient des investigations plus approfondies.

Le 27 janvier 2025, l'équipe du professeur Jiang Hui du premier hôpital de l'université de Pékin a publié un article de recherche dans la revue scientifique des matériaux faisant autorité.ACS Nano, intitulée « L'exposition aux micro/nanoplastiques à l'acide polylactique induit une toxicité reproductive chez les mâles en perturbant la spermatogenèse et en provoquant un dysfonctionnement mitochondrial chez la souris ». Cette étude a révélé pour la première fois la toxicité reproductive des micro/nanoplastiques PLA (PLA-MP/NP) chez la souris mâle, suggérant que les mécanismes toxiques pourraient être similaires à ceux des microplastiques traditionnels à base de pétrole. Ces résultats fournissent une base théorique pour évaluer les risques environnementaux des plastiques biodégradables.

L'infertilité est un problème de santé publique mondial et la troisième maladie tenace dans le monde, après le cancer et les maladies cardiovasculaires. L'oligozoospermie (faible nombre de spermatozoïdes) est l'une des principales causes d'infertilité masculine, et la pollution environnementale est considérée comme un facteur important contribuant à la baisse de la fertilité masculine. Par conséquent, les effets des polluants environnementaux sur la santé reproductive sont devenus un sujet de préoccupation majeur. Des études antérieures menées par l'équipe de Jiang Hui ont confirmé la présence de microplastiques dans l'appareil reproducteur masculin, et il a été démontré que les microplastiques traditionnels à base de polystyrène (PS) à base de pétrole peuvent provoquer des lésions testiculaires chez les hommes prépubères, menaçant ainsi la fertilité. Cependant, on sait peu de choses sur les effets du PLA sur la fonction reproductive masculine. Par conséquent, l'équipe de recherche a mené une étude de toxicité orale répétée de 56 jours chez la souris en utilisant des doses environnementales pertinentes (10 mg/kg/j, 100 mg/kg/j) et des doses d'identification des dangers (1000 mg/kg/j) de microplastiques PLA (PLA-MP) pour explorer la toxicité reproductive de l'exposition au PLA-MP chez les souris mâles.

Les résultats ont montré que le PLA-MP, après absorption par l'organisme, traversait la barrière hémato-testiculaire par la circulation sanguine et s'accumulait dans le microenvironnement testiculaire. Cette accumulation induisait une toxicité reproductive significative, notamment une diminution du nombre et de la motilité des spermatozoïdes, une augmentation des malformations des spermatozoïdes et des déséquilibres hormonaux. De plus, l'examen histopathologique a révélé une dégénérescence des tubes séminifères, une perte de cellules germinales et une perturbation du tissu épithélial reproducteur. Notamment, l'élargissement de l'espace spermatogène et la disparition complète des spermatozoïdes dans certains tubes séminifères indiquaient de graves lésions structurelles du testicule. Ces résultats étayent l'hypothèse selon laquelle l'exposition au PLA-MP induit une toxicité reproductive chez la souris mâle.

Le dysfonctionnement mitochondrial est un mécanisme critique de toxicité induite par les polluants environnementaux, et les dommages mitochondriaux sont considérés comme un mécanisme clé de la toxicité induite par les microplastiques. L'étude a révélé qu'après exposition au PLA-MP, les particules étaient internalisées et accumulées dans les mitochondries des cellules. Le PLA-MP internalisé a provoqué des modifications morphologiques des mitochondries, telles qu'un gonflement, une augmentation de la taille, une vacuolisation et la formation de crêtes tubulaires, ainsi que l'apparition d'autophagosomes mitochondriaux. Les concentrations d'espèces réactives de l'oxygène (ERO), un indicateur important du stress oxydatif, ont augmenté de manière dose-dépendante, et le dysfonctionnement mitochondrial induit par des concentrations élevées d'ERO a encore exacerbé le stress oxydatif, créant un cercle vicieux de dommages mitochondriaux continus. Afin d'évaluer l'impact de l'exposition au PLA-MP sur la fonction mitochondriale, l'équipe a évalué des indicateurs d'intégrité mitochondriale, notamment les taux de Ca₂+, la production d'ATP et le potentiel de membrane mitochondriale (MMP) dans les spermatocytes GC-2. Les résultats ont montré que l'exposition au PLA-MP réduisait les taux de MMP et d'ATP tout en augmentant significativement les taux de Ca₂+ intracellulaire, suggérant que le dysfonctionnement mitochondrial pourrait être un indicateur sensible de la toxicité reproductive induite par le PLA-MP.

La gaine mitochondriale est un composant essentiel de la queue du spermatozoïde, indispensable au maintien de sa motilité. Des anomalies structurelles de cette gaine peuvent entraîner une infertilité masculine. Afin de déterminer si les particules de PLA pénètrent dans les spermatozoïdes et endommagent la gaine mitochondriale, l'équipe de recherche a utilisé la microscopie électronique à transmission pour observer l'ultrastructure des pièces intermédiaires des spermatozoïdes. Comme prévu, ils ont constaté qu'un certain nombre de particules de PLA de taille nanométrique adhéraient à la pièce intermédiaire. Notamment, les nanoparticules de PLA ont même pénétré l'intérieur du spermatozoïde et atteint la gaine mitochondriale, participant ainsi au processus de désintégration mitochondriale. De plus, le PLA a perturbé l'homéostasie redox à l'intérieur du spermatozoïde et déclenché un stress oxydatif, endommageant à la fois la structure et la fonction des mitochondries des spermatozoïdes.

Afin d'étudier plus en détail les mécanismes moléculaires sous-jacents à la toxicité reproductive induite par le PLA-MP, l'équipe de recherche a réalisé une analyse transcriptomique du tissu testiculaire du groupe exposé à la dose élevée. Les résultats ont révélé que le PLA-MP diminuait significativement l'expression de plusieurs gènes clés liés à la spermatogenèse (par exemple, C3, Pde7b, Wt1 et Dkk3) et affectait les voies associées à la fonction mitochondriale, comme le transport des ions calcium. Ces résultats suggèrent que l'exposition au PLA-MP entraîne une altération de la spermatogenèse et aggrave la toxicité reproductive en inhibant l'expression de gènes clés impliqués dans le développement des spermatozoïdes.

En conclusion, cette étude fournit la première preuve que les micro/nanoplastiques d'acide polylactique (PLA) induisent une toxicité pour la reproduction chez la souris mâle en perturbant la spermatogenèse et en provoquant un dysfonctionnement mitochondrial. Les résultats démontrent que les microplastiques PLA pénètrent la barrière hémato-testiculaire, s'accumulent dans le microenvironnement testiculaire et induisent un stress oxydatif, des déséquilibres hormonaux et des troubles du développement testiculaire chez la souris. De plus, la dégradation des microplastiques PLA en nanoplastiques peut pénétrer les mitochondries des spermatozoïdes, provoquant des lésions mitochondriales, suggérant que le dysfonctionnement mitochondrial est un mécanisme clé et un indicateur précoce de toxicité pour la reproduction induite par le PLA.

Globalement, cette recherche améliore notre compréhension des effets toxicologiques des microplastiques biodégradables sur la santé humaine et apporte de nouvelles perspectives pour évaluer les risques sanitaires liés aux plastiques biodégradables. Le PLA étant souvent présenté comme un plastique « respectueux de l'environnement », sa biotransformation, sa biodistribution et ses effets toxicologiques potentiels chez l'homme méritent une attention accrue.

Les auteurs correspondants de l'article sont le professeur Jiang Hui du premier hôpital de l'université de Pékin, le professeur Zhang Zhe du troisième hôpital de l'université de Pékin et le Dr Li Yuanyuan de l'Institut d'écologie et des sciences environnementales de l'Académie chinoise des sciences. Le Dr Zhao Qiancheng du premier hôpital de l'université de Pékin est le premier auteur, avec le Dr Fang Zishui (chercheur postdoctoral) et le Dr Wang Pengcheng (troisième hôpital de l'université de Pékin) comme co-premiers auteurs.