Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Fumigènes“

La toxicité des fumées issues de compositions pyrotechniques (fumigènes), utilisés notamment par les forces armées, est une préoccupation majeure tant pour les fabricants que pour les utilisateurs. En conséquence, une évaluation des dangers liés à l'inhalation de ces fumées (en particulier au niveau pulmonaire) doit être réalisée. Cette évaluation est jusqu'à présent réalisée via des tests expérimentaux nécessitant des essais sur animaux, qui posent des questions éthiques et qui peuvent entraîner des coûts et délais considérables. Par ailleurs, le développement de nouvelles formulations pyrotechniques exige un investissement significatif en recherche et développement avant d'atteindre des niveaux de performance et de sécurité adéquats pour la qualification et la commercialisation.Dans ce contexte, l'adoption de méthodes alternatives in vitro pour anticiper la toxicité des fumées des nouvelles formulations devient cruciale. Cela afin de diminuer le temps et les coûts des essais, tout en évaluant la toxicité potentielle dès les premières phases de R&D, orientant ainsi le développement vers des formulations moins nocives.L'objectif de cette thèse a donc été d'évaluer l'utilisation de modèles in vitro comme alternative à l'expérimentation animale pour caractériser la toxicité aiguë pulmonaire des fumées issues de fumigènes.La première partie du travail de thèse a consisté à choisir un modèle cellulaire pulmonaire à utiliser et à mettre au point. Les paramètres expérimentaux (le support de culture ou encore le débit d'exposition) pour exposer les cellules de la co-culture A549-THP1 choisie aux fumées générées par la combustion de compositions fumigènes ont été optimisés. Dans un second temps, une fois les paramètres expérimentaux définis, une campagne d'essai portant sur 12 formulations de fumigènes et 2 blancs a été menée sur le modèle cellulaire choisi : une co-culture de cellules alvéolaire A549 - THP-1 à l'interface air-liquide (ALI) a été exposée aux fumées issues de fumigènes présentant a priori des niveaux de toxicité différents dans un système de type Vitrocell® (système dynamique) simultanément à l'exposition de rats aux mêmes fumées. Le modèle in vitro s'est révélé en adéquation avec les attendus de ces premiers essais. Dans le cadre de la thèse, le potentiel in vitro cytotoxique, inflammatoire et oxydatif des fumées a été mesuré 24h après exposition. Les réponses in vitro observées ont été comparées aux données in vivo, obtenues en marge de la thèse, par la réalisation de corrélations vivo-vitro. Des corrélations ont été montrées pour les familles HC pour la viabilité et la famille X pour l'inflammation.En conclusion, nos résultats ont facilité l'établissement d'une méthodologie appropriée pour l'évaluation de la toxicité aiguë par inhalation. Ils soulignent l'importance de continuer à développer des modèles in vitro ou des batteries de tests pour cette évaluation en gardant comme objectif de s'aligner au plus près des modèles in vivo tout en conservant une approche standardisée
The toxicity of fumes from pyrotechnic devices particularly used by armed forces, is a significant concern for both manufacturers and users. Consequently, a danger assessment especially at the pulmonary level related to the inhalation of these fumes must be conducted. So far, this evaluation has been carried out via experimental tests requiring animal trials, which raise ethical concerns and can lead to substantial costs and delays. Moreover, the development of new pyrotechnic formulations demands significant investment in research and development before achieving adequate levels of performance and safety for qualification and commercialization.In this context, the adoption of alternative in vitro methods to anticipate the toxicity of fumes from new formulations becomes crucial to reduce the time and costs of trials while assessing potential toxicity from the early stages of R&D, thus guiding development towards less harmful formulations.The aim of this thesis was to evaluate the use of in vitro models as an alternative to animal experimentation to characterize the acute pulmonary toxicity of fume from pyrotechnic devices.The first part of the thesis work involved the pulmonary cell model selection, which is the A549-THP-1 co-culture, and developing the experimental parameters to expose the cells to fume generated by the combustion of pyrotechnic compositions. Culture support and exposure flow rate were optimized. Subsequently, once the experimental parameters were defined, a test campaign on 12 pyrotechnic formulations and 2 blanks was conducted on the chosen cell model: an A549-THP-1 alveolar cell co-culture at the air-liquid interface (ALI) was exposed to fume with presumably different levels of toxicity in a Vitrocell® type system (dynamic system) simultaneously with the exposure of rats to the same fume. The in vitro model proved predictive of these initial trials. As part of the thesis, the in vitro cytotoxic, inflammatory, and oxidative potential of the fumes was measured 24 hours after exposure. The in vitro responses observed were compared with in vivo data, obtained alongside the thesis, by making vivo-vitro correlations and showed concordances for the HC family viability and the X family inflammation.In conclusion, our results facilitated the establishment of an appropriate methodology for the assessment of acute inhalation toxicity. They underscore the importance of keeping on developing in vitro models or test batteries for this evaluation, with the goal of aligning as closely as possible with in vivo models while maintaining a standardized approach

La pollution atmosphérique, et plus particulièrement la pollution particulaire d’origine anthropique constitue l'un des facteurs de risque environnemental les plus importants impliqués dans l’augmentation croissante de la morbi-mortalité liée aux pathologies respiratoires et cardio-vasculaires. Au coeur du domaine qu’englobent les activités pyrotechniques, que ce soit dans le domaine professionnel, civil ou militaire, les fumigènes sont référencés comme producteur important de particules et jouent donc un rôle non négligeable dans l’augmentation de cette pollution particulaire, exposant leurs utilisateurs aux différents aérosols émis.L’objectif général de cette étude exploratoire a été d’apporter des connaissances sur les caractéristiques physico-chimiques ainsi que sur la toxicité pulmonaire in vitro de particules émises lors d’activités pyrotechniques, et plus précisément de particules issues d’armes de petit calibre et de fumigènes.La caractérisation physico-chimique a démontré les particules de tir possédaient une granulométrie assez grossière (entre 3 et 7,5 μm) et étaient composées majoritairement d’éléments métalliques ; contrairement aux particules de fumigène qui appartiendraient à la classe granulométrique des particules fines (< 0,95 μm) et qui seraient majoritairement composées de molécules organiques différentes selon le type de fumigène. L’évaluation de la toxicité a été réalisée par une approche in vitro en utilisant des cellules épithéliales alvéolaires humaines (A549) exposées aux particules de tir et de fumigènes. Une étude de mutagénicité a été conduite à partir d’extraits organiques des particules de fumigènes. Parmi les particules testées, les particules de tir et du fumigène 1 ont induit une cytotoxicité. Les particules de fumigène 1 ont également induit un stress oxydant (augmentation de l’expression de l’ARNm de HO-1), une initiation de la réponse inflammatoire (augmentation de l’expression de l’ARNm d’IL-6 et IL-8) et des effets mutagènes.Les résultats de cette étude comparative ont démontré que les particules issues d’armes de poing et de fumigènes avaient une granulométrie, une concentration atmosphérique ainsi qu’une composition chimique différentes ; caractéristiques physico-chimiques responsables d’effets mutagènes et cytotoxiques différents ainsi que d’altérations des propriétés oxydantes et inflammatoires intrinsèques. Cette étude a mis en évidence la nécessité d’évaluer la toxicité des particules issues d’activités pyrotechniques en développant des moyens expérimentaux adaptés, depuis la collecte des particules jusqu’à l’évaluation de leurs impacts sanitaires
Air pollution, and particulary anthropogenic particulate matter, is one of the most important risk factors involved in the high rate of morbidity and mortality related to respiratory and cardiovascular diseases. In pyrotechnic field, be it professional, civil or military activities, smokes constitue an important particle producer playing a major role in particulate matter emmergence and thereby exposing users to the various emitted aerosols.The main purpose of this exploratory study was to provide knowledge on the physicochemical characteristics of particles emitted during pyrotechnic activities, more specifically particles from gunfire and smokes, and to assess their pulmonary toxicity in vitro.On the first hand, the physicochemical characterization demonstrates that firing particles had a rather coarse granulometry (3 to 7.5 μm) and were mainly composed of metallic elemets, despite smoke particles belong to the category of fine particles (< 0,95 μm) and are predominantly composed of different organic molecules according to the smoke type.On the other hand, in order to assess the pulmonary toxicity of particles, we exposed human alveolar epithelial cells (A549) in vitro to particles coming from either gunfire and to two of the four different smokes (smoke 1 and 4). The results of this study showed that some of these particles (gunfire and smoke 1 particles) induced a mutagenic effects from organic extracts, as well as cytotoxicity. Moreover, particles of smoke 1 were also able to give rise to an oxidative stress (increased HO-1 mRNA expression) and to initiate an important inflammatory response characterized by pro-inflammatory cytokine upregulation (increase in IL-6 and IL-8 mRNA expression).The results of this comparative study demonstrated that particles from gunfire and smoke have different particle sizes and chemical composition. These physicochemical characteristics are responsible for different mutagenic and cytotoxic effects as well as alterations of the intrinsic oxidizing and inflammatory properties. This study also made it possible to understand the different methods of toxicological evaluation of smoke particles