Étude du métabolisme cutané des xénobiotiques dans un contexte d’évaluation du risque pour l’Homme

Xenobiotic cutaneous matabolism study for human risk assessment

• Auteur / Autrice : Paul Quantin
• Direction : Christophe Egles, Hervé Ficheux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Bio-ingénierie : Unité de Recherche Biomécanique et Bio-ingénierie (UMR-7338)
• Date : Soutenance le 05/01/2018
• Etablissement(s) : Compiègne
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Compiègne)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Risques pour la santé

Bioréacteurs

Transcriptome

Expression génique

Cytochrome P450

Biotransformation (métabolisme)

Toxicologie

Produits cosmétiques

Dermatotoxicologie

Induction enzymatique

Enzymes immobilisées

Xénobiotiques

Métabolisme

Peau

Mots clés libres

Métabolisme cutané

Modèle prédictif

Immobilisation enzymatique

Dermatocinétique

Skin metabolism

Xenobiotics

Risk assessment

Predictive model

Immobilized enzymes

Enzyme induction

Dermatokinetics

Dermatotoxicology

Cytochrome P-450

Bioreactors

Résumé

L’évaluation du devenir d’une substance appliquée sur la peau, ou dermatocinétique, est une étape importante pour décrire l’exposition de la molécule dans un organisme. Dans le cadre d’évaluation du risque toxicologique des produits cosmétiques, les mécanismes impliqués doivent être appréciés pour réduire le risque de développer des effets secondaires dermiques. Il est admis que le métabolisme de la peau peut jouer un rôle important dans la biotransformation de molécules capables de traverser la couche cornée. Même si l'activité basale est très faible, souvent proche des limites de détection, certaines enzymes peuvent être induites par divers composés chimiques. Les objectifs de cette thèse sont au nombre de deux : l’étude fondamentale de la régulation de l’induction du métabolisme et le développement d’un modèle appliqué à la simulation du métabolisme. A partir des différents modèles de peau disponibles en recherche, des études d’induction ont été menées à plusieurs échelles. In vitro, l’utilisation de méthodes de biologie moléculaire a permis d’étudier les mécanismes d’induction transcriptionnelle des cytochromes-P450 dans la peau. Les résultats d’induction transcriptomiques ont été confirmés par des études d’activité enzymatique. Le travail a été poursuivi par des études in vivo pour établir un mécanisme physiologique d’induction de l’expression d’enzymes dans la peau après une exposition systémique à un agent inducteur. Dans la deuxième partie du projet, un bioréacteur a été conçu pour simuler absorption et métabolisme afin de disposer d’un modèle prédictif de la dermatocinétique. Les expérimentations se sont concentrées sur la mise au point d’une puce enzymatique par autoassemblage couche-par-couche de fractions membranaires exprimaient des enzymes d’intérêt et d’un polymère. Les surfaces fonctionnalisées ont été caractérisées à l’aide de diverses méthodes physicochimiques. Une étude « preuve de concept » du bioréacteur en configuration complète a conclu le travail expérimental. Les savoir et savoir-faire acquis dans ce projet pourront être utilisés pour mieux comprendre l’impact du métabolisme cutané sur la biodisponibilité et les conséquences pour l’évaluation du risque pour l’homme.

The assessment of the fate of a substance applied to the skin, or dermatokinetics, is a crucial step in describing the exposure of the molecule in an organism. For toxicological risk assessment of cosmetic products, this mechanism should be evaluated to reduce the risk of developing dermal side effects. It is increasingly recognized that skin metabolism can play a key role in the biotransformation of molecules capable to cross the stratum corneum. Although basal activity is very low, often close to detection limits, some enzymes can be induced by various compounds. The objectives of this thesis are twofold: the fundamental study of the induction regulation of metabolism and the development of a model applied to the simulation of skin metabolism. From the various skin models available for research, induction studies have been carried out at several scales. In vitro, the use of molecular biology methods allowed to study the mechanisms of transcriptional induction of cytochromes-P450 in the skin. Transcriptomic induction results were confirmed by enzymatic activity studies. The work was continued by in vivo studies to establish a physiological mechanism for induction of skin enzymes expression after a systemic exposure to an inducing agent. In the second part of the project, a bioreactor was designed to simulate absorption and metabolism in order to establish a predictive model of dermatokinetic. The experiments are concentrated on the development of an enzymatic chip using a layer-by-layer self-assembly of membrane fractions, expressing enzymes of interest and a polymer. Physicochemical methods were used to characterize the functionalized surfaces. A ''proof of concept'' study of the bioreactor in full configuration concluded the experimental work. The knowledge and expertise acquired in this project can be used to better understand the impact of cutaneous metabolism on the bioavailability and consequences for human risk assessment.