Microspectroscopies vibrationnelles, outils de caractérisation moléculaire et supramoléculaire ex vivo et in vivo du stress oxydatif cutané après irradiations UV - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Vibrational microspectroscopies, a tool for molecular and supramolecular characterization of the cutaneous ex vivo and in vivo oxidative stress after UV radiation

Microspectroscopies vibrationnelles, outils de caractérisation moléculaire et supramoléculaire ex vivo et in vivo du stress oxydatif cutané après irradiations UV

Ali Assi
  • Fonction : Auteur
  • PersonId : 1270295
  • IdRef : 269020314

Résumé

The Skin, the largest organ of the body, plays several physiological functions such as a protective barrier against exogenous insults. The stratum corneum (SC), the outermost layer of the skin, is composed of corneocytes, corneodesmosomes and an intercellular lipid matrix. It provides the primary barrier against external chemical and biological aggressions and regulates water loss. In addition, it plays an important role in protecting the skin against environmental stresses such as solar radiations.Skin surface lipids (SSLs) film is a mixture of sebum and epidermal lipids. It covers the surface of the stratum corneum (SC) and thus participates to its barrier function. SSLs are composed of a complex of lipids that come either from sebaceous secretion such as triglycerides, wax esters, and squalene, from desquamation such as free and esterified cholesterols, or from both, like free fatty acids (FFAs).The penetration of UV light through the skin leads to the formation of free radicals, which immediately interact with living cells. The generated free radicals can cause oxidation of epidermal proteins, lipids and epidermal DNA.Lipid peroxidation (LPO) has been widely studied for several decades. It is implicated in the development of many chronic diseases such as cardiovascular disease, cancer, neurodegenerative diseases, and aging.The aim of this work is to evaluate the effect of solar radiations on skin surface lipids and their role in the protection of the underlying skin.The first part of this work aims to put together different descriptors to follow the different structural modifications during the photo-oxidation process of lipids present in the SSLs using vibrational spectroscopy.In this part, the use of Raman and IR spectroscopies enabled to monitor the photo-oxidation process of skin surface lipids. This work is the first to put together different spectral descriptors enabling to follow the different structural modifications during the photo-oxidation process, i.e., the hydrogen abstraction, the formation of hydroperoxides and peroxyl radicals as primary oxidation products, and the formation of aldehydes, ketones, and alcohols as secondary products.The second part of this work aims to firstly evaluate the effect of solar radiations on the SC hydration and to explore the role of skin surface lipids in the protection of water homeostasis in the SC against solar radiations. Then, it evaluates the limits of the protection capacity of skin surface lipids, and explore the protective action of sun filters on both SSLs composition and the hydration and dehydration kinetics in the SC.The last part of this work aims to study the impact of sub-erythemal doses of UVA and UVB exposure on the molecular structure, organization, and barrier function of the human SC by following different Raman descriptors using in vivo confocal Raman spectroscopy.The results of this part showed that UVA induced a loosening of the lateral packing of lipids immediately after irradiation. In contrast, delayed impact caused a tightening of the lipid barrier, an increase in water content -mainly in the unbound water fraction and a higher relative amount of β-sheets in SC proteins.These studies have made it possible to highlight the impact of solar radiation on the SC and the SSLs at the molecular and functional levels. In particular, they have shed the light on the protective role of the SSLs, allowing the barrier function of the SC to be preserved. These results are of great interest in the dermatological field and open up new perspectives in skin protection strategies.
La peau, le plus grand organe du corps, remplit plusieurs fonctions physiologiques, notamment celle de barrière protectrice. Le Stratum Corneum (SC), la couche la plus externe de la peau, est composé de cornéocytes, de cornéodesmosomes et d'une matrice lipidique intercellulaire. Il constitue la première barrière contre les agressions chimiques et biologiques externes et régule la perte d'eau. En outre, elle joue un rôle important dans la protection de la peau contre les agressions environnementales telles que les radiations solaires.La surface de la couche cornée (SC) est recouverte d'un film hydrolipidique composé de deux phases, aqueuse et lipidique. La phase lipidique appelée : « lipides cutanés de surface (LCS) » est un mélange de sébum et de lipides épidermiques. LCS sont composés d'un complexe de lipides qui proviennent soit de la sécrétion sébacée comme les triglycérides, les esters de cire et le squalène, soit de la desquamation comme les cholestérols libres et estérifiés, soit des deux, comme les acides gras libres (AGL).La pénétration des rayons UV à travers la peau peut entraîner la formation de radicaux libres, qui interagissent immédiatement avec les cellules vivantes. Les radicaux libres générés peuvent provoquer l'oxydation des protéines épidermiques, des lipides et de l'ADN épidermique.L'objectif de ce travail est d'évaluer l'effet des radiations solaires sur les lipides cutanés de surface et leur rôle dans la protection de la peau.La première partie de ce travail vise à mettre en place différents descripteurs vibrationnels pour suivre les modifications structurales au cours du processus de photo-oxydation des lipides présents dans les LCS. Dans cette partie, l'utilisation des spectroscopies Raman et IR a permis de suivre, étape par étape, le processus de photo-oxydation. Ce travail est le premier à rassembler différents descripteurs spectraux permettant de suivre les différentes modifications structurales au cours de ce processus, c'est-à-dire l'abstraction d'hydrogène, la formation d'hydroperoxydes et de radicaux peroxyles comme produits primaires d'oxydation, et la formation d'aldéhydes, de cétones, et d'alcool comme produits secondaires.La deuxième partie vise d'abord à évaluer l'effet des rayonnements solaires sur l'hydratation du SC et à explorer le rôle des LCS dans la protection de l'équilibre hydrique dans le SC. Nous avons par la suite évalué les limites de la capacité de protection des LCS, et exploré l'action protectrice des filtres solaires à la fois sur la composition des LCS et sur la cinétique d'hydratation et de déshydratation dans le SC.La dernière partie de ce travail vise à étudier l'impact de doses sous-érythémales d'exposition aux UVA et UVB sur la structure moléculaire, l'organisation et la fonction barrière du SC humain à l'aide de la spectroscopie Raman confocale in vivo en suivant différents descripteurs RamanLes résultats de cette partie ont montré que les UVA ont provoquent un relâchement de l'organisation intermoléculaire des lipides immédiatement après l'irradiation. En revanche, un impact retardé a démontré une réorganisation de cette barrière lipidique. De même, une augmentation de la teneur en eau a été observée- principalement pour la fraction d'eau non liée et une augmentation relative de feuillets β dans les protéines du SC.L'ensemble des travaux de cette thèse ont permis de mettre en évidence l'impact des rayonnements solaires sur le SC et les LCS au niveau moléculaire et fonctionnel. En particulier, ils ont permis d'éclaircir le rôle protecteur des LCS contre ces rayons permettant de préserver la fonction barrière du SC. Ces résultats représentent un grand intérêt dans le domaine dermatologique et permettent l'ouverture de nouvelles perspectives dans les stratégies de protection de la peau.
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Origine Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04162671 , version 1 (16-07-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04162671 , version 1

Citer

Ali Assi. Microspectroscopies vibrationnelles, outils de caractérisation moléculaire et supramoléculaire ex vivo et in vivo du stress oxydatif cutané après irradiations UV. Chimie analytique. Université Paris-Saclay, 2022. Français. ⟨NNT : 2022UPASF081⟩. ⟨tel-04162671⟩
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