Development of a multiscale composite platform for delivery of natural active compounds : applications of curcumin toward skin - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Development of a multiscale composite platform for delivery of natural active compounds : applications of curcumin toward skin

Développement d'une plateforme composite multi-échelle pour la délivrance de composés actifs d'origine naturelle : application de la curcumine vers la peau

Résumé

From acute wounds to diseases -such as psoriasis or dermatitis- skin is submitted to numerous biological and physio-pathological situations where prooxidant and antioxidant reactions must be finely controlled. Particularly, the excess of reactive oxygen species (ROS), which is often related to inflammatory processes. Natural exogenous antioxidant molecules -like curcumin- represent pertinent candidates to favour this prooxidant-antioxidant balance; especially due to their capacity to control the toxicity of radicals and to activate cytoprotective signalling pathways in dermal cells.However, due to their hydrophobic nature, the formulation of such compounds remains a challenge. It is thus necessary, especially with curcumin, to develop strategies able to deliver it at the site of action, while preserving its antioxidant properties and with adjustment of its capacity of penetration into the dermis through an appropriate application to the skin surface.The overall objective of this work was on one hand, to develop a multiscale composite delivery platform, based on a hydrogel matrix containing a curcumin-loaded nanoparticulated reservoir, On the other hand, to evaluate it in order to explore its potential for topical dermal uses.First this work has been focused on the design, preparation, as well as physicochemical and biological characterization of curcumin-loaded Nanostructured Lipid Carriers (CUR-NLCs). Second, the incorporation of these curcumin reservoirs in a carbomer hydrogel have been studied. The applicability for a topical dermal use was studied at the cell level by assessing CUR-NLCs impact on migration/proliferation as well as their influence in cells undergoing oxidative stress. Moreover, CUR-NLCs incorporated in the hydrogel (CUR-NLCs/gel) were evaluated in terms of their ability to control curcumin penetration into synthetic membranes mimicking the human skin.The main results show that it is possible to obtain, with an encapsulation efficiency of 85%, stable and reproducible NLCs formulation mostly composed of negatively charged nanoparticles of two size populations (P1, 70-85 nm and P2, 280-360 nm). These NLCs are able to preserve curcumin antioxidant properties. The developed carriers were found to reduce the proliferation/migration of both human fibroblasts and keratinocytes cells in vitro. Moreover, they did not affect their metabolic activity even when assessed in an in vitro oxidative stress model (for CUR concentrations up to 10 μM). CUR-NLCs are less likely to cross synthetic membranes mimicking intact human skin, but they could contribute to curcumin accumulation into them. This effect is modulated by their incorporation into the hydrogel.These results showed the feasibility of using CUR-NLCs/gel as a platform for curcumin delivery to the skin. The fact that CUR-NLCs do not affect cellular viability ([CUR] below or equal to 10 μM), even during oxidative stress conditions, makes them good candidates for the development of topical treatments where protection from oxidative stress and a controlled cell migration are needed without compromising metabolic activity.
La peau peut être soumise à de nombreuses situations biologiques et physio-pathologiques (plaie aigüe, psoriasis, dermatite…) où l'équilibre chimique prooxydant/antioxydant doit être finement contrôlé. En effet, un excès des espèces réactives de l'oxygène (ROS) est souvent lié à des processus inflammatoires. Dans ce contexte, les molécules antioxydantes d'origine naturel -tel que la curcumine- représentent une solution réelle pour favoriser le rétablissement de cet équilibre du à leur capacité de contrôler la toxicité des radicaux et d'activer des voies de signalisation cytoprotectrices dans les cellules dermiques. Cependant, en raison de leur nature hydrophobe, la formulation de telles molécules reste un défi. Il est donc nécessaire, notamment avec la curcumine, de développer des stratégies capables de la délivrer au site d'action, tout en préservant ses propriétés antioxydantes et en ajustant sa capacité de pénétration dans le derme par une application adéquate à la surface de la peau.L'objectif global de ce travail était d'une part de développer une plateforme composite multi-échelle d'administration, basée sur une matrice hydrogel contenant un réservoir nanoparticulaire chargé en curcumine, et d'autre part de l'évaluer afin d'explorer son potentiel pour des utilisations dermiques topiques.Tout d'abord, ce travail s'est concentré sur la conception, la préparation, ainsi que la caractérisation physico-chimique et biologique des transporteurs lipidiques nanostructurés chargés en curcumine (CUR-NLCs). Ensuite, l'incorporation de ces réservoirs de curcumine dans un hydrogel de carbomère a été étudiée. L'applicabilité pour une utilisation dermique topique a été étudiée au niveau cellulaire en évaluant l'impact des CUR-NLCs sur la migration/prolifération ainsi que leur influence dans les cellules subissant un stress oxydatif. De plus, les CUR-NLCs incorporées dans l'hydrogel (CUR-NLCs/gel) ont été évaluées en termes de leur capacité à contrôler la pénétration de la curcumine dans des membranes synthétiques imitant la peau humaine.Les principaux résultats montrent qu'il est possible d'obtenir, avec une efficacité d'encapsulation de 85%, une formulation stable et reproductible de NLCs composée de 2 populations de nanoparticules de taille différente (P1, 70-85 nm et P2, 280-360 nm) chargées négativement. Ces NLCs sont capables de préserver les propriétés antioxydantes de la curcumine. Les transporteurs développés ont montré réduire la prolifération/migration des fibroblastes et des kératinocytes humains in vitro. De plus, leur activité métabolique n'a pas été affectée même lorsqu'ils ont été évalués dans un modèle in vitro de stress oxydatif (pour des concentrations en CUR jusqu'à 10 μM). Les CUR-NLCs ne sont pas capables de traverser des membranes synthétiques mimant la peau humaine intacte, mais elles pourraient contribuer à l'accumulation de curcumine dans ces membranes. Cet effet est modulé par leur incorporation dans l'hydrogel.Ces résultats ont montré la faisabilité d'utiliser le système CUR-NLCs/gel comme une plateforme pour l'administration de la curcumine sur la peau. Le fait que les CUR-NLCs n'affectent pas la viabilité cellulaire ([CUR] inferieures ou égales à 10 μM),même dans des conditions de stress oxydatif, en fait de bons candidats pour le développement de traitements topiques où une protection contre le stress oxydatif et une migration cellulaire contrôlée sont nécessaires sans compromettre l'activité métabolique.
Fichier principal
Vignette du fichier
101154_CALDERONJACINTO_2022_archivage.pdf (64.31 Mo) Télécharger le fichier
Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03979549 , version 1 (08-02-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03979549 , version 1

Citer

Rosa Calderon-Jacinto. Development of a multiscale composite platform for delivery of natural active compounds : applications of curcumin toward skin. Cellular Biology. CY Cergy Paris Université, 2022. English. ⟨NNT : 2022CYUN1115⟩. ⟨tel-03979549⟩
109 Consultations
2 Téléchargements

Partager

Gmail Facebook X LinkedIn More