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On n’est pas seul dans notre peau,… les nanoparticules ?

On n’est pas seul dans notre peau, et les nanoparticules ?

On n’est pas seul dans notre peau, et les nanoparticules ?

La peau est‐elle vraiment imperméable aux nanoparticules ? Dans le bulletin de veille scientifique publié par l’Anses de septembre 2015, les nanoparticules manufacturées (NPM) jouent un rôle important dans l’industrie pharmaceutique et cosmétique. Elles sont ajoutées dans les produits de soins cutanés comme les crèmes solaires ou les baumes antibactériens. L’Anses s’est appuyée sur trois études qui mettent l’emphase sur la complexité de l’évaluation de l’efficacité de la peau vis‐à‐vis de la pénétration des NPM. Ces travaux s’appuient sur une utilisation de multiples technologies de pointe nécessaires pour caractériser les nanoparticules abondamment intégrées dans les produits cosmétiques et certains produits pharmaceutiques. Cependant plusieurs questions restent encore sans réponse. Quels sont les effets de l’agglomération, de la fonctionnalisation de surface (stérique ou électronique) ou encore du facteur de forme des NPM sur leur pénétration à travers la peau ?

Pour l’Anses, la principale conclusion, au vu de ces trois études, il apparait urgent de compléter nos connaissances sur les paramètres intrinsèques aux NPM jouant un rôle important dans la compréhension de leur passage à travers les différentes couches cutanées.

Parfaire nos connaissances permettra une amélioration possible dans le choix des NPM entrant dans la composition de produits utilisés pour la protection cutanée.

Les propriétés indiscutables des NPM coexistent avec la méconnaissance de leur toxicité, qui devient un sujet incontournable lors de leur emploi. Depuis quelques années, les produits à application cutanée font l’objet de nombreuses recherches sur la possibilité qu’ont les NPM de pouvoir traverser la peau et de se retrouver dans l’organisme. La peau qui était considérée comme une barrière infranchissable, a montré les limites de son efficacité face aux nanoparticules lorsqu’elle est endommagée ou intacte. Cette note s’attache à mettre en évidence la nécessité de normaliser la méthodologie utilisée dans la détermination de la profondeur de pénétration des NPM à travers la peau.

L’industrie pharmaceutique et l’industrie des cosmétiques intègrent de plus en plus fréquemment dans leurs produits, des composés chimiques de taille nanométrique inférieure à 100nm, en raison de leurs propriétés particulières. En effet, on trouve couramment des nanoparticules manufacturées (NPM) de dioxyde de titane dans les crèmes solaires, de dioxyde de silice dans les dentifrices, d’argent dans les pansements antibactériens ou encore d’or dans certains traitements contre le cancer (1‐3).

Souvent considérée comme une barrière infranchissable, la peau fait l’objet depuis quelques années d’études approfondies sur son comportement et surtout son efficacité à maintenir les NPM dans l’environnement extérieur. L’emploi répété de produits cosmétiques ou de crèmes antibactériennes augmente le contact direct de ces NPM avec les premières couches cutanées. Les études réalisées ont souvent révélé le passage de nanoparticules à travers la peau lorsque celle‐ci est lésée et parfois même intacte (4‐6).

Le premier article rapporte de récents travaux sur la pénétration de NPM à travers la peau humaine et leur interaction avec des cellules cutanées en culture. Le second reprend la même problématique en utilisant de nombreuses techniques pour mesurer la profondeur de pénétration de nanoparticules d’argent à travers la peau de porc. Enfin, le troisième article présente différentes méthodologies de préparation d’échantillons de peau et différentes techniques d’analyses permettant d’observer la pénétration de NPM d’or à travers la peau humaine. Il illustre également l’intérêt que peut présenter la microscopie par rayons X pour l’observation de nanoparticules inorganiques.

Ces trois publications soulignent la nécessité d’utiliser, en nanodermatologie, différents types de modèles (peau et cellules) et différentes techniques de mesure de la pénétration des nanoparticules à travers les couches cutanées.

Etude 1 : Interaction de nanoparticules dermatologiquement pertinentes avec des cellules de peau humaine

Vogt A., Rancan F., Ahlberg S., Nazemi B., Choe C.S., Darvin M.E., Hadam S., Blume‐Peytavi U., Loza K., Diendorf J., Epple M., Graf C., Rühl E., Meinke M.C., Lademann J. Interaction of dermatologically relevant nanoparticles with skin cells and skin Beilstein J. Nanotechnology 2014;5:2363‐2373.

Résumé

Dans cette étude et dans leurs travaux précédents, les auteurs ont mesuré la profondeur de pénétration de diverses nanoparticules manufacturées (NPM1) à travers la peau humaine. Ils ont utilisés des NPM de dioxyde de titane, d’argent et de silice. Les charges de surface des NMP de silice peuvent être modifiées. Le choix des NPM est relatif à leur utilisation et donc à l’objectif qu’elles pénètrent les couches cutanées en profondeur (traitements dermiques) ou non (crèmes solaires). Les auteurs ont à leur disposition cinq techniques de détection (techniques de microscopie et cytométrie en flux). Des analyses par microscopie à fluorescence révèlent tout d’abord que l’internalisation cellulaire dépend de la taille des NPM mais aussi du type de NPM. En effet, elle est observable pour des NPM de silice de 42 nm mais pas pour des tailles supérieures à 75 nm. Dans une autre étude, ces auteurs ont observé l’internalisation cellulaire pour des NPM de polystyrène de taille comprise entre 40 et 200 nm. Ils ont aussi montré que la fonctionnalisation des NPM de silice par des groupes amines (charge de surface positive), n’affecte pas significativement la profondeur de pénétration des cellules de la peau. En effet, la charge accroit la formation d’agglomérats. D’autres mesures effectuées avec les NPM d’argent montrent une profondeur de pénétration très limitée dans le stratum corneum sur une peau intacte (4,4 ± 1,5) μm, pénétration qui augmente légèrement (5,1 ± 2,5) μm lorsque l’intégrité de la couche cornée est diminuée de 70 à 80 %.

Alors que la majorité des NPM pénètre peu ou pas la couche cornée, une partie d’entre elles s’accumule au niveau de vésicules comme les endosomes, ce qui rend possible l’absorption intracellulaire.

Etude 2 : la pénétration de nanoparticules d’argent ex vivo dans la peau de porc par microscopie à fluorescence, microscopie Raman et microscopie Raman par diffusion de surface améliorée

Zhu Y., Choe C., Ahlberg S., Meinke M.C., Alexiev U., Lademann J., Darvin M.E. Penetration of silver nanoparticles into porcine skin ex vivo using fluorescence lifetime imaging microscopy, Raman microscopy, and surface‐enhanced Raman scattering microscopy Journal of Biomedical Optics 2014;20(5):051006‐1‐ 051006‐8.

Dans ce second article, les auteurs ont mesuré la profondeur de pénétration de NPM d’argent à travers de la peau d’oreille de porc. Les nanoparticules sont fonctionnalisées avec du poly‐N‐vinylpyrrolidone (PVP3) et sont en suspension dans l’eau. Après un dépôt de NPM d’argent, les échantillons de peau sont maintenus dans un incubateur pendant vingt‐quatre heures à 37°C, 5 % de CO2 et 100% d’humidité relative. Comme dans le premier article, plusieurs techniques de caractérisation ont été utilisées et comparées, comme la tomographie à deux photons avec une technique d’imagerie par fluorescence (TPT‐FLIM4), la microscopie confocale Raman (CRM5) ou encore la microscopie Raman par diffusion de surface améliorée (SERS6).

Les résultats obtenus avec la TPT‐FLIM montrent les NPM d’argent atteignent une profondeur comprise entre 12 et 14 μm. Il est à noter que le profil de concentration diminue drastiquement (environ 80%) entre 0 et 4 μm. Les résultats issus de la CRM7 concluent à une disparition totale des NPM d’argent à une profondeur de (11,1 ± 2,1) μm. Enfin, les données SERS montrent une profondeur de pénétration (15,6 ± 8,3) μm pouvant dépasser l’épaisseur du stratum corneum. Il est donc possible que de faibles quantités de NPM d’argent, à l’état de traces, traversent le stratum corneum et entrent en contact avec des cellules viables par l’intermédiaire, entre autre, des follicules pileux.

Etude 3 : Pénétration de nanoparticules d’or, sphériques et en bâtonnets, à travers de la peau humaine intacte ou endommagée.

Grafa C., Nordmeyerb D., Ahlbergb S., Raabec J., Vogtb A., Lademannb J., Rancanb F., Rühla E. Penetration of spherical and rod‐like gold nanoparticles into intact and barrier‐disrupted human skin Colloidal Nanoparticles for Biomedical Applications 2015; doi: 10.1117/12.2079719.

Cette étude a pour but d’évaluer la pénétration de nanoparticules d’or, sphériques (80 nm) ou sous forme de bâtonnets (247 x 22 nm), à travers la peau humaine saine ou endommagée par des lésions mécaniques faites de piqûres. Les échantillons de peau utilisés ont été prélevés, après consentement, sur l’abdomen de patients de chirurgie esthétique. Les auteurs ont choisi de comparer différents protocoles de préparation des échantillons de peau tels que les techniques de cryoconservation, comme la congélation par immersion et la lyophilisation. Les résultats de cette recherche ont été obtenus grâce à une combinaison de différentes imagerie, comme la microscopie électronique à balayage (MEB7) couplée à une analyse par spectroscopie à rayons X et à dispersion d’énergie (EDX8) et la microscopie à rayons X (STXM9). La discussion de ces résultats, combinée à l’analyse des différents protocoles de préparation des échantillons, a révélé que les paramètres physiques (taille et géométrie) des particules n’influencent aucunement leur absorption par la peau. Cependant, ils ont démontré qu’une peau saine ne présente aucune trace de nanoparticules alors qu’au contraire, une peau endommagée par piqûres montre l’absorption de nanoparticules et la présence de celles‐ci dans le derme profond, à des distances comprises entre 50 et 100μm de la zone de contact.

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