Les nanoparticules d'oxyde de fer sont utilisées dans plusieurs domaines notamment en Biomédecine comme agents théranostiques en Cancérologie et aussi comme agents de contraste en Imagerie par Résonance Magnétique. Avec l'augmentation de la production et de l'utilisation de ces NPs de fer, il y a une évidente augmentation de l'exposition humaine et environnementale à ces NPs, et qui peut présenter un risque. Le sujet de ma thèse porte sur l'étude de l'impact physiopathologique et de la toxicité des nanoparticules de fer (NPs de fer) en utilisant un modèle cellulaire de neuroblastome et un modèle d'étude animal, le rat Wistar. L'objectif des travaux de recherche de la partie in vitro est d'évaluer les effets cytotoxiques et génotoxiques ainsi que les effets sur l'expression des protéines cellulaires suite à l'exposition des cellules SH-SY5Y à des concentrations croissantes des NPs de fer. Nous avons montré que les NPs de fer induisent des perturbations cellulaires d'une manière dépendante de la taille et de la concentration. L'analyse protéomique suivie par l'annotation des gènes avec l'ontologie et l'analyse des voies de signalisation a mis en évidence les effets des NPs de fer sur le cytosquelette, l'apoptose et le développement du cancer. Les objectifs de nos travaux de recherche réalisés in vivo consistent à étudier les effets physiopathologiques des NPs de fer administrées par trois voies différentes, intraveineuse, intranasale et orale, à savoir leur impact sur le comportement émotionnel et cognitif ainsi que sur l'homéostasie des neurotransmetteurs et des éléments traces. Les résultats ont montré que les NPs de fer n'induisent pas de modification concernant l'anxiété, la locomotion, l'apprentissage et la mémoire chez le rat quelle que soit la voie d'administration. Cependant, ces NPs provoquent une perturbation des niveaux des catécholamines et des éléments traces au niveau cérébral. Les effets les plus marqués ont été observés suite à l'instillation intranasale des NPs et se manifestent par une diminution de taux du fer sérique, la thrombocytose et la présence des foyers inflammatoires au niveau hépatique. L'analyse comparative des trois voies d'administration a montré que la voie intraveineuse est la moins toxique. Enfin, l'étude protéomique des protéomes du cerveau, du foie et du poumon a permis d'évaluer la toxicité des NPs de fer au niveau protéique et moléculaire. Les résultats obtenus présentent un support important pour l'estimation et la compréhension des effets potentiellement adverses de ces NPs qui présentent une certaine toxicité non négligeable de point de vue moléculaire et physiopathologique. Ainsi, leur utilisation dans le domaine biomédicale doit être prise avec beaucoup de précaution pour éviter au maximum tout risque lié à leur exposition afin d'améliorer leur biocompatibilité et ainsi augmenter leurs avantages.