Caractérisation de chlorhydrates d’aluminium et étude de leurs interactions avec des protéines par électrophorèse capillaire

characterization of aluminum chlorohydrates and study of their interactions with proteins by capillary electrophoresis

• Auteur / Autrice : Nesrine Ouadah
• Direction : Hervé Cottet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie séparative, matériaux et procédés
• Date : Soutenance le 13/04/2018
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Chimiques Balard (Montpellier ; 2003-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Biomolécules Max Mousseron (Montpellier)
• Jury : Président / Présidente : Isabelle Lefebvre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Cottet, Isabelle Lefebvre, Claire Demesmay-Guilhin, François Couderc, Olivier Deschaume
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Claire Demesmay-Guilhin, François Couderc

Mots clés

Mots clés contrôlés

Isotachophorèse

Électrophorèse capillaire

Antiperspirants

Mots clés libres

Électrophorèse capillaire

Antitranspirant

Oligomères d’aluminium

Chlorhydrates d’aluminium

Interaction avec des protéines

Électrophorèse capillaire d’affinité

Capillary electrophoresis

Antiperspirant. aluminum oligomers

Aluminum chlorohydrates

Protein interaction

Capillary affinity electrophoresis

Ionic strength dependence

Résumé

Les sels d’aluminium sont utilisés par l’industrie cosmétique comme actifs anti-transpirants pour limiter la sudation. Leur mécanisme d’action, lié en partie à leur structure très complexe, est encore mal élucidé. Le développement de nouveaux outils de caractérisation pour améliorer la compréhension de leur action anti-transpirante au niveau moléculaire est donc crucial, pour, à terme, optimiser leur utilisation, voire pouvoir les remplacer par d’autres composés actifs. L’objectif de ce travail de thèse a été, d’une part, de caractériser, par une nouvelle approche analytique, les oligomères contenus dans les chlorhydrates d’aluminium (ACH) utilisés comme agents anti-transpirants et, d’autre part, d’étudier les interactions entre ces ingrédients cosmétiques et des protéines modèles. Dans une première partie, une méthode en électrophorèse capillaire de zone (CZE) a été développée pour la séparation, la caractérisation et l’analyse quantitative de la distribution des oligomères d’ACH (notamment, Al13 et Al30). Les choix du contre-ion, de la force ionique et du greffage du capillaire se sont révélés cruciaux pour le succès de la séparation, la stabilité des espèces au cours du processus électrophorétique et la répétabilité / reproductibilité de la séparation. L’optimisation des paramètres de séparation a permis d’étendre l’application de cette méthode à l’analyse d’autres espèces oligomères et colloïdales de l’aluminium, et de mettre en place un couplage en ligne avec l’analyse de la dispersion de Taylor (TDA). L’isotachophorèse capillaire (ITP) a également été explorée pour l’analyse d’échantillon à des concentrations élevées en ACH, se rapprochant de celles des formules anti-transpirantes. Les résultats obtenus montrent qu’il est possible d’analyser des échantillons jusqu’à 40 g/L en ACH. Enfin, le mécanisme d’obstruction du canal sudoripare semblant impliquer des phénomènes de complexations entre les oligomères d’aluminium et des protéines de la sueur lors de l’application de l’antitranspirant, l’enjeu du dernier volet de la thèse a été de développer une méthode en électrophorèse capillaire d’affinité (ACE) pour l’étude des interactions entre ACH et des protéines modèles (BSA et lysozyme). Pour cela l’électrolyte utilisé en ACE est uniquement constitué de ligands (ACH), sur une gamme de concentrations élevée (jusqu’à 50 g/L), afin de se rapprocher des conditions d’application. D’un point de vue analytique, le défi de ce travail a été de corriger les mobilités électrophorétiques des protéines des paramètres expérimentaux variant avec la concentration en ACH (échauffement par effet Joule, viscosité, état de charge de la protéine en fonction du pH, force ionique). Il a été possible de mettre en évidence des différences quantitatives de comportement électrophorétique traduisant des différences d’interaction entre les deux protéines modèles étudiées (BSA et lysozyme) et les ACH.

Aluminum chlorohydrates (ACH) are used by the cosmetics industry as antiperspirant active ingredients to limit sweating. Their mechanism of action, is still poorly understood. The development of new characterization tools to improve the understanding of their antiperspirant action at the molecular level is therefore crucial, to ultimately optimize their use, or even to replace them with other active compounds. The purposed of this work, was to characterize by a new analytical approach the oligomers contained in ACH and to study their interactions with model proteins. In a first part, a method was developed by capillary electrophoresis zone (CZE) for the separation, characterization and quantitative analysis of ACH oligomers (in particular Al13 and Al30). The choice of counter-ion, ionic strength and capillary coating was crucial for the success of the separation, the stability of the species during the electrophoretic process and the repeatability / reproducibility of the separation. The optimization of the separation conditions has made it possible to the separation of other oligomeric and colloidal species of aluminum, and to set up an on-line coupling of CZE to Taylor dispersion. analysis (TDA). Capillary isotachophoresis (ITP) was also explored for ACH analysis at high concentrations, close to those used in antiperspirant formulations. It was shown that it is possible to analyze samples up to 40 g / L in ACH. Finally, interactions of ACH with model proteins (BSA and lysozyme) were studied by capillary affinity electrophoresis (ACE) to shed more light on the phenomena of complexation leading to the obstruction of the sweat duct. The electrolyte used in ACE consists solely of ligands (ACH), at relatively high concentrations (up to 50 g / L), in order to mimic the conditions of application. From an analytical point of view, the challenge of this work was to correct the electrophoretic mobilities of the proteins from the experimental parameters varying with the concentration ACH (Joule heating, viscosity, state of charge of the protein as a function of the pH, ionic strength). It was possible to quantitatively demonstrate differences in the interactions between ACH and the two studied model proteins (BSA and lysozyme).