In REMEDIA project, fundamental research occupies a crucial place to understand the impact of the exposome in the course of chronic obstructive pulmonary disease (COPD) and cystic fibrosis (CF). One of our key experimental task is to implement a multidisciplinary work between physico-chemists of atmospheric sciences and lung biologists. During the 2022 fall, we set up an innovative common campaign, where two major challenges were addressed: the first challenge was for the physico-chemists to combine two complementary simulation chambers in order to simulate realistic atmospheres of urban environnements, when the second challenge was for the biologists to develop dedicated protocols allowing to have rapid read-outs at the end of each exposure period, in order to adapt the nature of the next atmosphere simulated (only 24h between 2 exposure periods).

To meet REMEDIA experimental needs, we combined both LISA and FORTH atmospheric simulation chambers. LISA’s Chamber for Experimental Multiphase Atmospheric Simulation (CESAM) is a stainless-steel enclosure with a volume of 4.2m3, dedicated to the study of multiphase atmospheric processes such as the formation of secondary aerosols or the reactivity of gaseous compounds in the cloud phase. The FORTH mobile atmospheric simulation chamber (FORTH-MSC), consists of a 10 m3 Teflon reactor surrounded by ultraviolet lights inside a protective enclosure to produce fresh and aged biomass burning emissions. The FORTH-MSC including all necessary combustion equipment, disposable chambers and characterization instrumentation traveled 2800 km (from Patras, Greece to Paris, France). Gaseous primary pollutants (e.g.: NO, CO, etc.), as well as organic precursors (mixture of Volatile Organic Compounds), were introduced in CESAM chamber. The irradiation system of the CESAM chamber (simulating the solar radiation) initiated oxidation processes of these compounds. Hence, complex photochemistry mechanisms lead to the formation of functionalized secondary species in both gas and particle phases.

The combination of the FORTH and CESAM atmospheric simulation chambers made it possible to generate atmospheres representative of a variety of atmospheric conditions strongly influenced by biomass combustion. These atmospheres were used to investigate their health effects on preclinical CF models.

The rapid analysis of biological endpoints allowed us to adapt the nature/composition of the different atmospheres to address the issue of understanding the mechanisms underlying the health effects of air pollution in compromised individuals of different sex (male and female), age (young and old), and genetic backgrounds (∆F508 and Scnn1b model of CF).

A total of 6 different exposures were carried out (72h duration each), resulting in a large dataset. Many biological samples were obtained, requiring the preparation of more than 5588 sample collection tubes, 860 biopsies for histological analysis and 1.500 minutes of measurement of pulmonary function as an example. All these precious biological samples will allow us to better understand the role of air pollution in the progression of CF, and thus highlight new challenges to better decipher the impact of exposome on the course of CF.

Un prix de la Chancellerie des universités de Paris a été attribué à Pauline Uring pour sa thèse soutenue à l’UPEC en octobre 2019 sur l’altération des textiles de fibres naturelles en environnement intérieur : le rôle des polluants atmosphériques.

Cette thèse, préparée au LISA sous la direction d’A. Chabas et de S. Alfaro, met en relief le rôle joué par les particules dans l’altération atmosphérique du coton, de la laine et de la soie couramment présents dans les textiles historiques. La méthodologie mise en œuvre repose sur de l’expérimentation in situ dans les musées et les monuments ainsi qu’en chambre de simulation CIME. Les premières phases des mécanismes d’altération (évolution minéralogique des dépôts particulaires, attaque par oxydation, rupture de liaisons glycosidiques ou peptidiques, sulfitolyse) sont décelées et des préconisations pour réduire les dépôts particulaires altérants proposées.

Pour en savoir plus : Projet ALTEX

L’ammoniac (NH3) est un gaz réactif dont les émissions, principalement liées à l’agriculture, ont fortement augmenté depuis l’ère industrielle. Il est parmi les moins bien renseignés des précurseurs de particules en suspension qui sont particulièrement nocives pour la santé humaine. L’ammoniac participe donc aux évènements de pollution particulaire dans les mégacités, mais la compréhension de ces épisodes de pollution n'est pas complète et nécessite des observations de qualité des concentrations d’ammoniac pour caractériser finement les processus physico-chimiques de l’atmosphère. Il est cependant très difficile de mesurer la concentration ambiante d’ammoniac dans l’air étant donné la nature collante, volatile, et réactive de cette molécule.

Pour évaluer les différents types d’analyseurs de NH3 dans l’atmosphère, un exercice d’inter-comparaison se déroulera en octobre 2021 sur le site de l’INRAE à Thiverval-Grignon (78), à proximité de la ferme AgroParisTech de Grignon. Cette campagne de mesures regroupe 8 instituts de recherche dont 3 laboratoires de l’IPSL : LISA, LATMOS, LSCE, INRAE Grignon, IMT Nord Europe, GSMA Reims, INRAE Rennes, et le Laboratoire Sensing of Atmospheres and Monitoring de l’Université de Liège. Les différents analyseurs sont comparés sur une large gamme de concentrations d’ammoniac allant de la concentration atmosphérique ambiante à des concentrations boostées par des peignes d’émissions d’ammoniac de 400m2 (Figure 1).

Figure 1 : Dispositif d’émission d’ammoniac avec des peignes

Cette campagne de mesures s’intègre étroitement dans le cadre du projet LEFE-CHAT NH3IDF 2019/2020 (PI : Pascale Chelin) et permettra notamment d’appréhender les performances des différents analyseurs de NH3. Les mesures du site ICOS écosystème FR-Gri et de la station météorologique du réseau Agroclim d’INRAE, situées à proximité directe seront mises à disposition du projet pour interpréter les mesures.

Dates programmées : 4 au 30 octobre 2021

Personnes impliquées :
•    LISA : Pascale CHELIN, Vincent MICHOUD, Antonin BERGE, Xavier LANDSHEERE
•    LATMOS : Camille VIATTE, Cristelle CAILTEAU-FISCHBACH, Nadir GUENDOUZ
•    LSCE : Jean-Eudes PETIT, Douglas ORSINI
•    INRAE Grignon : Alain FORTINEAU, Pauline BUYSSE, Benjamin LOUBET, Baptiste ESNAULT, Sophie GENERMONT, Céline DECUQ, Erwan PERSONNE
•    IMT Nord Europe : Sabine CRUNAIRE, Pablo ESPINA, Nathalie REDON
•    GSMA : Lilian JOLY, Julien COUSIN, Florian PARENT, Sylvain CAVILLE
•    INRAE Rennes : Chris FLECHARD, Yannick FAUVEL
•    Laboratoire Sensing of Atmospheres and Monitoring de l’Université de Liège : Anne-Claude ROMAIN et Marie SCHEUREN

L'objectif du projet REMEDIA est de mieux comprendre la contribution de l'exposome à 2 maladies respiratoires incurables : la bronchopneumopathie chronique obstructive (BPCO) et la mucoviscidose.

Treize partenaires européens contribuent à ce projet financé à hauteur de 11 millions d'euros par le programme H2020. En partant de l'étude de cohortes de patients tout au long de leur vie, REMEDIA (Impact of exposome on the course of lung diseases) développera une boîte à outils qui permettra de fournir de nouvelles lignes directrices pour mieux prédire le risque de maladie et devrait conduire à l'identification de facteurs de risque modifiables sur lesquels une action préventive pourrait être mise en œuvre.

Treize partenaires contribuent au projet (9 pays européens) :

• INSERM, France (Coordinateur du projet)

• Cambridge Epigenetix, United Kingdom

• Catholic University of Leuven, Belgium

• Centre Hospitalier Intercommunal Créteil, France • Danish Cancer Society, Denmark

• Data Mining International, Switzerland

• Fraunhofer Institute, Germany

• Foundation for Research and Technology Hellas, Greece

• Inserm Transfert, France

• Laurent Niddam, Hungary

• Lipotype, Germany

• LISA/UPD/UPEC, France

• The Artic University of Norway, Norway

La naissance du projet fait suite à la collaboration étroite développée entre l’équipe du laboratoire IMRB de Sophie Lanone et le laboratoire LISA dirigé par Patrice Coll depuis quelques années, avec notamment le développement de la plateforme PolluRisk (couplage de la chambre CESAM du LISA avec des systèmes d’expositions pour souris et, bientôt, des cellules in vitro). Le projet REMEDIA va permettre de continuer la structuration de cette collaboration qui a déjà reçu des financements notamment de la Région Ile-de-France, de l’UPEC, de l’IMRB, du CNRS, de la Fondation du Crédit agricole, de la Fondation du souffle et de la Fondation pour la recherche médicale.

Le projet s’inscrit pleinement dans l’axe stratégique Santé-Société-Environnement porté par l’UPEC et le thème transversal Maladies et agressions environnementales développé à l’IMRB.

Human exposome

REMEDIA fait partie des 9 projets de recherche recevant plus de 100 millions d'euros d'Horizon 2020, le programme-cadre de l'UE pour la recherche et l'innovation.

Les 9 projets constituent le Réseau européen sur l'exposome humain : le plus grand réseau de projets au monde qui étudie l'impact de l'exposition environnementale sur la santé humaine. Ces projets portent sur des questions telles que les expositions à la qualité de l'air, au bruit, aux produits chimiques, à l'urbanisation, etc. et aux impacts sur la santé. Les résultats des projets contribueront à faire avancer l'ambition du Green Deal européen de protéger la santé et le bien-être des citoyens contre la pollution et la détérioration de l'environnement en fournissant de nouvelles preuves pour de meilleures politiques de prévention.