Dioxyde de titane/silice dangereux pour le système digestif?

[Nutrimuscle-Conseils]

Foodborne Titanium Dioxide Nanoparticles Induce Stronger Adverse Effects in Obese Mice than Non‐Obese Mice: Gut Microbiota Dysbiosis, Colonic Inflammation, and Proteome Alterations
Xiaoqiong Cao Nano Micro Small 09 June 2020

The recent ban of titanium dioxide (TiO2) as a food additive (E171) in France intensified the controversy on safety of foodborne‐TiO2 nanoparticles (NPs). This study determines the biological effects of TiO2 NPs and TiO2 (E171) in obese and non‐obese mice.

Oral consumption (0.1 wt% in diet for 8 weeks) of TiO2 (E171, 112 Nutrimuscle) and TiO2 NPs (33 Nutrimuscle) does not cause severe toxicity in mice, but significantly alters composition of gut microbiota, for example, increased abundance of Firmicutes phylum and decreased abundance of Bacteroidetes phylum and Bifidobacterium and Lactobacillus genera, which are accompanied by decreased cecal levels of short‐chain fatty acids.

Both TiO2 (E171) and TiO2 NPs increase abundance of pro‐inflammatory immune cells and cytokines in the colonic mucosa, indicating an inflammatory state. Importantly, TiO2 NPs cause stronger colonic inflammation than TiO2 (E171), and obese mice are more susceptible to the effects. A microbiota transplant study demonstrates that altered fecal microbiota by TiO2 NPs directly mediate inflammatory responses in the mouse colon. Furthermore, proteomic analysis shows that TiO2 NPs cause more alterations in multiple pathways in the liver and colon of obese mice than non‐obese mice. This study provides important information on the health effects of foodborne inorganic nanoparticles.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

Les nanoparticules de dioxyde de titane d'origine alimentaire induisent des effets indésirables plus importants chez les souris obèses que chez les souris non obèses: dysbiose du microbiote intestinal, inflammation du côlon et altérations des protéines
Xiaoqiong Cao Nano Micro Small 09 juin 2020

L'interdiction récente du dioxyde de titane (TiO2) en tant qu'additif alimentaire (E171) en France a intensifié la controverse sur la sécurité des nanoparticules (NP) de TiO2 d'origine alimentaire. Cette étude détermine les effets biologiques des NPs TiO2 et TiO2 (E171) chez les souris obèses et non obèses.

La consommation orale (0,1% en poids dans l'alimentation pendant 8 semaines) de TiO2 (E171, 112 Nutrimuscle) et de TiO2 NPs (33 Nutrimuscle) ne provoque pas de toxicité sévère chez la souris, mais modifie considérablement la composition du microbiote intestinal, par exemple, une augmentation de l'abondance des Firmicutes phylum et une diminution de l'abondance du phylum des Bacteroidetes et des genres Bifidobacterium et Lactobacillus, qui s'accompagnent d'une diminution des taux caecaux d'acides gras à chaîne courte.

Les NP TiO2 (E171) et TiO2 augmentent l'abondance des cellules immunitaires pro-inflammatoires et des cytokines dans la muqueuse colique, indiquant un état inflammatoire. Surtout, les NP de TiO2 provoquent une inflammation colique plus forte que le TiO2 (E171), et les souris obèses sont plus sensibles aux effets. Une étude de transplantation de microbiote démontre que le microbiote fécal modifié par les NP de TiO2 médie directement les réponses inflammatoires dans le côlon de la souris. En outre, l'analyse protéomique montre que les NP de TiO2 provoquent plus d'altérations dans de multiples voies dans le foie et le côlon des souris obèses que des souris non obèses. Cette étude fournit des informations importantes sur les effets sur la santé des nanoparticules inorganiques d'origine alimentaire.

[Nutrimuscle-Conseils]

Interactions du dioxyde de titane alimentaire avec l’axe microbiote-système immunitaire : un nouvel acteur dans le développement de désordres métaboliques ?
Interactions of food-grade titanium dioxide with the microbiota-immune system axis: A new actor in the development of metabolic disorders?
Bruno Lamas CAHIERS DE NUTRITION ET DE DIÉTÉTIQUE 2023

L’utilisation croissante de nanomatériaux dans le secteur agro-alimentaire a pour conséquence une exposition chronique du tractus gastro-intestinal à des nanoparticules (NPs) inorganiques souvent dotées de propriétés biocides. Parmi celles-ci, les NPs de dioxyde de titane (TiO2) de l’additif alimentaire E171 sont susceptibles d’altérer la composition et l’activité du microbiote intestinal avec des conséquences sur la réponse immune. De manière réciproque, les interactions directes du TiO2 avec les cellules du système immunitaire intestinal peuvent moduler le microbiote. Des altérations de l’axe microbiote-système immunitaire sont associées à de nombreuses maladies chroniques comme le diabète et l’obésité. Ainsi, l’exposition chronique au TiO2 alimentaire interroge sur la capacité de ces NPs à induire ou aggraver ces maladies. Dans cette revue, les interactions entre le TiO2, le microbiote et le système immunitaire sont détaillées et comparées aux altérations du microbiote et à l’inflammation intestinale retrouvées chez des patients obèses ou diabétiques. Cette comparaison permet d’identifier de potentiels nouveaux mécanismes le long de l’axe microbiote-système immunitaire par lesquels le TiO2 pourrait contribuer au développement de désordres métaboliques.


Summary
The growing use of nanomaterials in the agro-food sector results in chronic exposure of the gastrointestinal tract to inorganic nanoparticles (NPs) often with biocidal properties. Among them, titanium dioxide (TiO2) particles used as food additive (E171 in EU) could alter the composition and the activity of the intestinal microbiota with consequences on the immune response. Reciprocally, direct interactions of TiO2 with the intestinal immune cells could modulate the microbiota. Alterations of the microbiota-immune system axis are associated with many chronic diseases such as diabetes and obesity. Thus, chronic exposure to food-grade TiO2 raises the question of whether these inorganic NPs could induce or aggravate these diseases. In this review, the interactions between TiO2, the microbiota and the immune system are detailed and compared to the alterations of the microbiota and the intestinal inflammation observed in obese or diabetic patients. This comparison allows to identify potentials new mechanisms along the microbiota-immune system axis by which the TiO2 could contribute to the development of metabolic disorders.

[Nutrimuscle-Conseils]

Food-Grade Metal Oxide Nanoparticles Exposure Alters Intestinal Microbial Populations, Brush Border Membrane Functionality and Morphology, In Vivo (Gallus gallus) Jacquelyn Cheng Antioxidants 2023, 12(2), 431;

Among food additive metal oxide nanoparticles (NP), titanium dioxide (TiO₂) and silicon dioxide (SiO₂) are commonly used as food coloring or anti-caking agents, while zinc oxide (ZnO) and iron oxide (Fe₂O₃) are added as antimicrobials and coloring agents, respectively, and can be used as micronutrient supplements. To elucidate potential perturbations associated with NP consumption on gastrointestinal health and development, this in vivo study utilized the Gallus gallus (broiler chicken) intraamniotic administration to assess the effects of physiologically relevant concentrations of food-grade metal oxide NP on brush border membrane (BBM) functionality, intestinal morphology and intestinal microbial populations in vivo. Six groups with 1 mL injection of the following treatments were utilized: non-injected, 18 MΩ DI H2O; 1.4 × 10−6 mg TiO2 NP/mL, 2.0 × 10−5 mg SiO2 NP/mL, 9.7 × 10−6 mg ZnO NP/mL, and 3.8 × 10−4 mg Fe2O3 NP/mL (n = 10 per group). Upon hatch, blood, cecum, and duodenum were collected to assess mineral (iron and zinc) metabolism, BBM functional, and pro-inflammatory-related protein gene expression, BBM morphometric analysis, and the relative abundance of intestinal microflora. Food additive NP altered mineral transporter, BBM functionality, and pro-inflammatory cytokine gene expression, affected intestinal BBM development and led to compositional shifts in intestinal bacterial populations.

Our results suggest that food-grade TiO₂ and SiO₂ NP have the potential to negatively affect intestinal functionality; food-grade ZnO NP exposure effects were associated with supporting intestinal development or compensatory mechanisms due to intestinal damage, and food-grade Fe₂O₃ NP was found to be a possible option for iron fortification, though with potential alterations in intestinal functionality and health.

[Nutrimuscle-Diététique]

Traduction de l'étude

L'exposition aux nanoparticules d'oxydes métalliques de qualité alimentaire modifie les populations microbiennes intestinales, la fonctionnalité et la morphologie de la membrane de la bordure en brosse, in vivo (Gallus gallus) Jacquelyn Cheng Antioxidants 2023, 12(2), 431 ;

Parmi les additifs alimentaires, les nanoparticules d'oxyde métallique (NP), le dioxyde de titane (TiO₂) et le dioxyde de silicium (SiO₂) sont couramment utilisés comme colorants alimentaires ou agents anti-agglomérants, tandis que l'oxyde de zinc (ZnO) et l'oxyde de fer (Fe₂O₃) sont ajoutés comme antimicrobiens et colorants, respectivement, et peuvent être utilisés comme suppléments de micronutriments. Pour élucider les perturbations potentielles associées à la consommation de NP sur la santé et le développement gastro-intestinaux, cette étude in vivo a utilisé l'administration intraamniotique de Gallus gallus (poulet à griller) pour évaluer les effets de concentrations physiologiquement pertinentes d'oxyde métallique de qualité alimentaire NP sur la membrane de bordure en brosse (BBM) fonctionnalité, morphologie intestinale et populations microbiennes intestinales in vivo. Six groupes avec 1 ml d'injection des traitements suivants ont été utilisés : non injecté, 18 MΩ DI H2O ; 1,4 × 10−6 mg TiO2 NP/mL, 2,0 × 10−5 mg SiO2 NP/mL, 9,7 × 10−6 mg ZnO NP/mL et 3,8 × 10−4 mg Fe2O3 NP/mL (n = 10 par groupe ). À l'éclosion, le sang, le caecum et le duodénum ont été prélevés pour évaluer le métabolisme des minéraux (fer et zinc), l'expression des gènes des protéines fonctionnelles et pro-inflammatoires de la BBM, l'analyse morphométrique de la BBM et l'abondance relative de la microflore intestinale. L'additif alimentaire NP a altéré le transporteur de minéraux, la fonctionnalité de la BBM et l'expression des gènes de cytokines pro-inflammatoires, a affecté le développement de la BBM intestinale et a entraîné des changements de composition dans les populations bactériennes intestinales.

Nos résultats suggèrent que le TiO₂ et le SiO₂ NP de qualité alimentaire ont le potentiel d'affecter négativement la fonctionnalité intestinale ; les effets de l'exposition au NP ZnO de qualité alimentaire ont été associés au soutien du développement intestinal ou aux mécanismes de compensation dus aux lésions intestinales, et le NP Fe₂O₃ de qualité alimentaire s'est avéré être une option possible pour l'enrichissement en fer, bien qu'avec des altérations potentielles de la fonctionnalité et de la santé intestinales.

[Nutrimuscle-Conseils]

Une exposition orale chronique à l’additif alimentaire E551 (dioxyde de silice) bloque l’induction de la tolérance orale chez la souris et prédispose au développement de la maladie cœliaque Nutrition Clinique et Métabolisme Volume 37, Issue 2, Supplement 2, May 2023, Pages e21-e22 CO8_46 B. Lamas

Introduction et but de l’étude
Le dioxyde de silice (SiO2) utilisé dans le sucre, le sel et les poudres alimentaires lyophilisées, est un agent anti-mottant (additif E551) constitué de nanoparticules (NP, <100 Nutrimuscle). Après ingestion, les NP de SiO2 peuvent interagir avec le système immunitaire intestinal jouant un rôle clé dans l’induction de la tolérance orale (TO) aux antigènes alimentaires, tel que le gluten. Une altération de la TO au gluten chez des personnes porteuses des gènes HLA-DQ2 ou HLA-DQ8 peut conduire au développement de la maladie cœliaque (MC). Si 40 % de la population exprime ces gènes de susceptibilité, seul 1 % développe une MC suggérant l’implication de facteurs environnementaux. Le but de cette étude est d’explorer chez la souris les effets d’une ingestion chronique de E551 aux doses pertinentes pour l’homme sur la réponse immune impliquée dans l’induction de la TO et ses conséquences dans le développement de la MC.

Matériel et méthodes
Des souris sauvages mâles ont été exposées pendant 60 jours (j) au E551 (10 mg/kg/j) via l’alimentation ou par gavage. Les animaux contrôles ont été gavés avec le véhicule (eau) ou alimentés avec des croquettes sans additif. Au 41e jour, de l’ovalbumine (OVA : 20 mg/souris) utilisé comme antigène alimentaire modèle a été administré per os pendant 3 j pour induire la TO (groupes tolérisés-OVA). Les souris contrôles ont été gavés avec le véhicule (PBS). Tous les animaux ont ensuite été immunisés via une injection s.c. d’OVA (100 μg/souris). Après une semaine, la mesure des taux sériques d’IgG anti-OVA a permis d’évaluer l’induction de la TO. Pour confirmer une rupture de la TO, les souris ont été gavés avec de l’OVA (25 mg/souris) pendant 5 j avant sacrifice. La production intestinale de cytokines pro-(IFNγ) et anti-inflammatoires (IL10, TGFβ) et les concentrations fécales de lipocaline (Lcn2, marqueur de l’inflammation) ont été mesurées. Afin d’évaluer l’effet d’une ingestion de NP de SiO2 sur le développement de la MC, des souris NOD-DQ8 mâles nourries avec un régime sans gluten ont été exposées au véhicule (eau) ou au E551 (10 mg/kg/j) par gavage pendant 75 j. Au 41e jour, les souris NOD-DQ8 ont été sensibilisées à la gliadine par voie orale (500 μg, gavage 1 fois/semaine pendant 3 semaines) mais associée à 25 g de toxine cholérique pour bloquer la TO vis-à-vis du gluten. Les animaux ont ensuite été exposés per os au gluten (10 mg) 3 fois par semaine pendant 2 semaines. L’entéropathie induite par le gluten a été déterminée en mesurant les rapports villosités/crypte et le nombre de lymphocytes intraépithéliaux (LIE) sur les coupes histologiques de duodénum ainsi que l’expression génique de cytokines.

Résultats et analyses statistiques
Chez les souris sauvages tolérisées-OVA et exposées au E551, une augmentation des taux sériques d’IgG anti-OVA a montré un blocage de la TO. Un challenge oral de novo de ces animaux avec de l’OVA s’est accompagné d’une intolérance vis-à-vis de l’antigène, caractérisée par l’augmentation de la production intestinale d’IFNγ et de Lcn2, ainsi qu’une diminution d’IL10 et de TGFβ, deux facteurs clés pour la mise en place de la TO. De manière intéressante, une exposition chronique au E551 chez des souris exprimant le gène HLA-DQ8 de susceptibilité à la MC a induit, après exposition au gluten, une diminution du ratio villosités/crypte dans le duodénum accompagnée d’une augmentation du nombre de LIE et de l’expression des cytokines inflammatoires IFNγ et IL17.

Conclusion
Une exposition chronique au E551 contenu dans une matrice solide ou liquide à des doses pertinentes pour l’homme provoque une rupture de la TO vis-à-vis des antigènes alimentaires, accompagnée d’une inflammation intestinale, caractéristique d’une intolérance orale. Dans un modèle murin de MC, une exacerbation de l’entéropathie induite par le gluten a été observée après exposition au E551. Ces données suggèrent qu’une exposition chronique au E551 pourrait participer au développement de la MC via l’altération de la mise en place de la TO et l’induction d’une inflammation intestinale.