ANR “Design de nanoparticules efficaces pour une nouvelle approche du traitement des contaminations par les neurotoxiques”

ANR ASTRID

Partners

  • LAGEP : Porteur M.A. Bolzinger – S. Briançon – I. Pitault.
  • Laboratoire de Chimie ENS –UMR CNRS 5182 : Dr F. Chaput
  • Institut Lumière Matière (ILM) – UMR CNRS 5306 : Dr D. Amans
  • MATEIS UMR CNRS 5510: Pr. Masenelli-Varlot

Abstract
Chemical warfare agents (CWA) such as the nerve agent VX (organophosphorous OPCs) and the vesicant sulfur mustard (organochlorines OCCs), have been used recently in conflicts, but also in terrorist acts targeting civilian. Liquids or droplet aerosol forms of CWA can be absorbed through the skin, but also by many other organs such as the eyes, or the respiratory tract if there is no sufficient protection of the body surface. The first signs of percutaneous intoxication appear quickly in the form of severe functional disturbances at respiratory, cardiovascular, muscular, pupilar, digestive levels for OPCs and blistering of the skin followed by deep ulcerations for OCCs. These disturbances can lead at last to death. Body surface decontamination is therefore crucial to prevent victims poisoning. It reduces the amount of contaminant on the skin surface and thus, decreases the penetration rate and the extent of intoxication. Different decontaminant systems are currently available for skin decontamination. Some systems act by adsorption and displacement of the toxic agent such as Fuller’s Earth (FE) and other systems act by neutralization (chemical degradation) such as the Canadian Reactive Skin Decontaminant Lotion (RSDL). However, these procedures do not eliminate the toxic contaminant, which may disqualify them for use in enclosed spaces and in cases where the waste disposal cannot be ensured. Chemical procedures decompose or convert toxic substances to non-toxic or less toxic products. Generally, the reagents are suitable for a specific group of contaminants (a few are universal). Because of the shortcomings of all current decontamination methods advances in technology are necessary to increase the effectiveness of decontamination methods towards several toxic agents. The aim of the project will be to develop a universal product efficient against several CWAs, easy to handle and lost cost. New types of decontamination agents such as nanocrystalline metal oxides have been recently introduced that exhibit adsorption but also an ability to typically degrade hazardous chemicals and CWAs. The application of cerium oxide, the most abundant rare earth, has been rarely mentioned in literature but it is efficient against CWA simulants even if the mechanisms are not elucidated. Nanoparticles with specific habits and controlled granulometric distribution and non-aggregated will be designed by two main methods: Pulse Laser Ablation in Liquids and Solvothermal Synthesis Process. Both methods allow tuning the habits of particles. The main objective of this part is to correlate the physicochemical properties of particles to their degradation efficiency. Then, new materials will be designed and finally formulated. The in vitro efficiency of particles to degrade OPCs and OCCs simulants will be ranked. Finally the decontamination efficiency of the better formulations will be tested on skin explants according to the AFNOR guideline to lead to a prototype and a proof-of-concept.ANR ASTRID

Partenaires

  • LAGEP : Porteur M.A. Bolzinger – S. Briançon – I. Pitault.
  • Laboratoire de Chimie ENS –UMR CNRS 5182 : Dr F. Chaput
  • Institut Lumière Matière (ILM) – UMR CNRS 5306 : Dr D. Amans
  • MATEIS UMR CNRS 5510: Pr. Masenelli-Varlot

Résumé
Les attaques successives avec des agents NRBC dans un contexte civil et militaire ont rendu nécessaire la mise au point de contre-mesures efficaces. Ainsi, parmi les agents NRBC, les agents neurotoxiques organophosphorés (OPs, ex VX) sont des composés très toxiques, également utilisés en agriculture comme agents insecticides et défoliants. Les agents organochlorés (OCs, ex ypérite) sont des agents toxiques persistants qui provoquent des brûlures, des vésications et des nécroses lorsqu’ils sont au contact de la peau, ainsi qu’une toxicité générale. Deux approches sont couramment utilisées pour limiter les conséquences de contaminations externes ou internes : la décontamination de la peau et des phanères et l’administration de traitements systémiques. Dans le cadre de la décontamination externe les moyens de décontamination restent souvent non spécifiques et reposent sur une approche empirique. Certains sont très coûteux pour une utilisation massive. La norme AFNOR qui définit les conditions expérimentales des essais quantitatifs permettant d’évaluer et de comparer l’efficacité de dispositifs de décontamination sur une peau saine ne sera publiée qu’en 2016. La longue genèse de cette norme, montre que malgré le long historique d’usage de ces agents toxiques, et l’usage de solutions de lavage ou d’élimination des toxiques, les avancées significatives sur les aspects de pharmacocinétique cutanée ne sont que très récents. On peut l’expliquer par la complexité à réaliser des expériences avec ces agents toxiques, au regard des normes de sécurité. Un système polyvalent, efficace sur plusieurs familles de toxiques, peu coûteux et facile d’utilisation, permettant d’éviter toute dissémination, n’est actuellement pas disponible sur le marché. Dans cette logique, il s’avère que les oxydes métalliques sous la forme de poudres sont des systèmes particulièrement prometteurs, car permettant de combiner les actions d’absorption et de dégradation des toxiques. Ce projet propose une étude approfondie des mécanismes de dégradation des agents chimiques organophosphorés, ainsi que des organochlorés, par des nanoparticules d’oxydes métalliques. Le projet s’articule selon trois objectifs principaux : (i) fort de premiers résultats qualitatifs obtenus avec des nanoparticules d’oxydes de cérium, utiliser ces dernières comme matériau modèle pour identifier les mécanismes de dégradation des toxiques, (ii) proposer des matériaux alternatifs sur la base de ces mécanismes, (iii) aboutir à une formulation permettant des évaluations in vitro sur des échantillons de peau animale et humaine en laboratoire.
Les nanomatériaux seront produits par différentes méthodes, soit chimique (Synthèses Solvothermales), soit physique (ablation laser en liquides). Les particules formées seront caractérisées pour obtenir l’ensemble des paramètres physicochimiques d’intérêt. L’objectif est de corréler la synthèse, c’est à dire le choix de la méthode de synthèse et des post-traitements (recuits en atmosphère contrôlée), aux caractéristiques structurales et physico-chimiques des nanoparticules produites. L’évolution des efficacités de décontamination en fonctions de ces caractéristiques permettra alors d’identifier les mécanismes de dégradation des toxiques, avec deux conséquences : (i) une optimisation du mode de production aboutissant à une efficacité accrue, et (ii) la proposition de nouveaux matériaux. Pour identifier les mécanismes de dégradation, le choix des similis (du VX par exemple) constituera une étape clé. L’influence du milieu (liquide ou sec), des solvants, des paramètres tels que le pH seront étudiés.

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