Décontamination cutanée face aux composés organophosphorés : de la conception à l'évaluation in vivo d'une formulation filmogène à base de terre de foulon

Skin decontamination against organophosphorus compounds : from design to in vivo evaluation of a film-forming based on fuller's earth

• Auteur / Autrice : Kardelen Durmaz
• Direction : Jérôme Sohier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Santé, biotechnologie et microbiologie
• Date : Soutenance le 30/11/2023
• Etablissement(s) : Lyon 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Interdisciplinaire Sciences-Santé (Villeurbanne ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Biologie tissulaire et d'ingénierie thérapeutique (Lyon ; 2013-....)
• Jury : Président / Présidente : Stéphanie Briançon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Sohier, Christine Baldeschi, Francisco M. Fernandes, Florian Nachon, Anne-Sophie Hanak
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christine Baldeschi, Francisco M. Fernandes, Florian Nachon

Mots clés

Mots clés contrôlés

Phosphore -- Composés organiques

Smectites

Adsorption

Décontamination

Peau

Mots clés libres

Décontamination cutanée

Formulation

Terre de foulon

Organophosphorés

Skin decontamination

Formulation

Fuller's earth

Organophosphorus

Résumé

Bien que les méthodes actuelles présentent démontrent un fort intérêt pour la décontamination cutanée des agents chimiques de guerre, en particulier face aux composés organophosphorés, des limites constituent un frein à leur utilisation. Les problèmes liés à la volatilisation des particules de TF, au phénomène de « wash-in » par l’utilisation d’eau à fort débit, ainsi qu’au cout élevé du RSDL, suscitent la réflexion quant à l’élaboration d’une nouvelle méthode de décontamination visant à pallier tous les effets négatifs des méthodes actuelles. En dépit des avancées progressivement réalisées, aucune solution ne se profile actuellement comme apte à une mise en œuvre sur le terrain par les forces militaires en cas d'attaques chimiques. Dans ce contexte, la thèse s’est essentiellement focalisée sur la conception et à l’évaluation d’une nouvelle formulation innovante dédiée à la décontamination cutanée vis-à-vis des composés organophosphorés, en particulier le paraoxon-ethyl (POX). Cette nouvelle formulation a été conçu à partir d’un polymère filmogène, l’alcool polyvinylique (PVA), auquel la terre de foulon (TF) et des surfactants (Lauryl glucoside ou du decyl glucoside) ont été ajoutés en vue d’obtenir des formulations homogènes douées de propriétés adsorbantes. Dans un premier temps, le processus de développement a permis de sélectionner 4 formulations présentant les meilleures propriétés filmogènes, temps de séchage et de capacité de décontamination in vitro (> 95%). Ces formulations ont par la suite fait l’objet d’une caractérisation visant à confirmer leur utilisation pour une application cutanée. Leur rigidité ainsi que leur propriété de pelage permettent une élimination aisée de la peau, sans effritement ni cassure. Leur pouvoir de séquestration des formulations principalement due à la présence de TF, favorise une gestion plus efficace du POX et restreint la volatilisation des particules de TF. Dans un second temps, l’efficacité de décontamination ex vivo des formulations filmogènes de TF ont été comparées à celles composée d’un autre phyllosilicate, la terre de Sommières (TS) sur des explants de peau d’origine porcine. Cette étude a souligné l’importance de décontaminer la peau suite à une exposition au POX, afin de limiter sa pénétration, avec une plus-value pour une formulation particulière, P20F9D3, surpassant les méthodes de décontamination de références. Enfin, nous avons évalué la biocompatibilité de ces différentes formulations in vitro sur des fibroblastes dermiques ainsi qu’in vivo sur des souris SKH1 (sans poils et immunocompétentes) en vue d’évaluer leur capacité de décontamination in vivo face au POX. Les résultats obtenus, malheureusement, e sont révélés décevants à ce stade, avec une mortalité significative des souris décontaminées par nos formulations lorsqu’elles ont été comparées dans les mêmes conditions que le RSDL. Cela suggère, la nécessité de réitérer les expérimentations dans des conditions similaires, ainsi que d’envisager d’éventuelles modifications potentielles.

While current methods show significant promise in skin decontamination of chemical warfare agents, particularly organophosphorus compounds, there are limitations that hinder their widespread application. Issues related to the volatilization of fuller's earth (FE) particles, the "wash-in" phenomenon with high-flow water, and the high cost of RSDL prompt consideration for the development of a new decontamination method to address the shortcomings of existing approaches. Despite ongoing advancements in this field, none currently stand out as suitable for on-field deployment by military forces in the event of chemical attacks. In this context, the primary objective of this thesis focused on the design and evaluation of an innovative formulation dedicated to skin decontamination against organophosphorus compounds, particularly paraoxon-ethyl (POX). This new formulation was crafted from a film-forming polymer, polyvinyl alcohol (PVA), to which FE and surfactants (Lauryl glucoside or Decyl glucoside) were added to achieve homogeneous formulations endowed with adsorptive properties. In the initial phase, the development process led to the selection of four formulations exhibiting superior film-forming properties, drying times, and in vitro decontamination capacity (>95%). These formulations were subsequently characterized to confirm their suitability for cutaneous application. Their rigidity and peelability allow for easy removal from the skin without crumbling or breaking. Their sequestration power, primarily attributed to the presence of FE, facilitates more effective management of POX and restricts the volatilization of FE particles. Subsequently, the ex vivo decontamination efficiency of FE film-forming formulations was compared to those composed of another phyllosilicate, Terre de Sommières (TS), on pig ear skin explants. This study emphasized the importance of decontaminating the skin following exposure to POX to limit its penetration, with a specific formulation, P20F9D3, surpassing reference decontamination methods. Finally, we evaluated the biocompatibility of these different formulations in vitro on dermal fibroblasts and in vivo on SKH1 mice (hairless and immunocompetent) to assess their in vivo decontamination efficiency against POX. The results obtained, unfortunately, have proven disappointing at this stage, with significant mortality among mice decontaminated with our formulations when compared under the same conditions as RSDL. This suggests the need to replicate the experiments under similar conditions and explore potential modifications.