Exploration de la biodiversité microalgale pour l'élaboration de nouveaux actifs cosmétiques prévenant le photo-vieillissement

Exploring microalgal biodiversity to develop new cosmetic active ingredients to prevent photoaging

• Auteur / Autrice : Emmanuelle Tari
• Direction : Michel Havaux, Gatien Fleury
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : SCIENCES DU VIVANT Biotechnologie
• Date : Inscription en doctorat le 15/04/2024
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences du Vivant
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : BIAM - Institut de Biosciences et Biotechnologies d'Aix-Marseille - CEA/CNRS/AMU

Mots clés

Mots clés libres

Microalgues

Antioxydants

Caroténoïdes

Photo-vieillissement

Cosmétique

Extraction

Microalgae

Antioxidants

Carotenoids

Photoaging

Cosmetics

Extraction

Résumé

La peau est le plus grand organe de l'Homme et joue un rôle de barrière physique essentiel pour la protection de l'organisme contre les effets nocifs de l'environnement extérieur. Plusieurs facteurs provoquent son vieillissement accéléré notamment des facteurs extrinsèques comme la pollution, l'hygiène de vie (malnutrition, consommation d'alcool ou de tabac) ou encore une exposition solaire excessive. En effet, bien que l'exposition à la lumière du Soleil puisse être bénéfique lorsque celle-ci est modérée et raisonnable, une exposition trop forte et répétitive aux rayonnements ultraviolets est néfaste pour la peau et à l'origine de son photo-vieillissement. En particulier, les rayons UVA (320-400 nm) et la lumière bleue (420-500 nm) favorisent la production d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) qui induisent des réactions chimiques en cascade à l'origine de dommages cellulaires parfois irréversibles. Pour lutter contre les effets délétères des rayons UV sur la peau, il est capital de s'appliquer une crème solaire qui contient des filtres organiques ou minéraux jouant le rôle de photoprotecteurs. De façon générale, en cosmétique, les actifs capables de dissiper des ROS ou de contribuer à l'absorption des rayonnements UV sont très recherchés car ils sont reconnus comme capables de limiter l'altération des cellules de la peau et l'accélération de son vieillissement. Les microalgues sont des microorganismes unicellulaires photosynthétiques présents aux origines de la vie sur Terre. Parmi les milliers d'espèces estimés, seuls 10% sont renseignés. La richesse chimique et la biodiversité des microalgues sont associées à leur capacité d'adaptation à des écosystèmes peu propices à la vie comme une exposition extrême aux rayons UV. De ce fait, les microalgues ont développé des mécanismes de défense contre ces différentes formes de stress incluant notamment la production de molécules d'intérêt contre l'exposition aux UV et contre les ROS. En particulier, les caroténoïdes occupent une place importante dans la prévention d'apparition des ROS au sein de la cellule et de sa machinerie photosynthétique et leur domaine d'absorption du rayonnement solaire correspond bien pour la plupart à la limite entre les UVA et le domaine de la lumière bleue. Au laboratoire, en choisissant soigneusement les conditions de culture, il devient possible d'orienter le contenu cellulaire afin de l'enrichir en métabolites adaptés à la lutte contre les ROS. Pour le projet de thèse, un caroténoïde présentant des propriétés d'absorption autour des 400 nm, associées à une coloration compatible avec un usage cosmétique a été identifié. Ce caroténoïde cible, présent dans les classes des Chlorophyceae, des Prasinophycea et dans une moindre mesure des Euglenophyta, représente donc une base prometteuse pour un nouvel actif innovant et biosourcé. L'objectif de ce projet de thèse est donc d'explorer la biodiversité microalgale et de proposer des extraits originaux développés spécifiquement pour protéger la peau de photo-expositions excessives et d'améliorer ses défenses contre les ROS. Pour ce faire, le projet est organisé en quatre phases. La première consistant à sélectionner une souche de microalgue (bibliographie et travail expérimental) capable d'accumuler le caroténoïde cible et à optimiser des conditions de culture permettant d'avoir une activité anti-ROS importante. En second temps, il s'agit de réaliser sa culture à l'échelle de 25 L en lumière artificielle. La troisième phase sera une étape de développement et d'optimisation d'un procédé d'extraction et de stabilisation de la molécule cible. Enfin, la stabilité et l'efficacité de l'extrait dans des formulations cosmétiques seront évaluées.

The skin is man's largest organ, and plays an essential physical barrier role in protecting the body against the harmful effects of the external environment. A number of factors contribute to its accelerated ageing, including extrinsic factors such as pollution, lifestyle (malnutrition, alcohol and tobacco consumption) and excessive sun exposure. Indeed, while exposure to sunlight can be beneficial when moderate and reasonable, excessive and repetitive exposure to ultraviolet radiation is harmful to the skin and causes photoaging. In particular, UVA rays (320-400 nm) and blue light (420-500 nm) promote the production of reactive oxygen species (ROS), which induce a cascade of chemical reactions leading to sometimes irreversible cellular damage. To combat the deleterious effects of UV rays on the skin, it is essential to apply a sunscreen containing organic or mineral filters that act as photoprotectors. Generally speaking, in cosmetics, active ingredients capable of dissipating ROS or contributing to the absorption of UV rays are highly sought-after, as they are recognized as capable of limiting the alteration of skin cells and the acceleration of skin aging. Microalgae are unicellular photosynthetic microorganisms present at the origins of life on Earth. Of the estimated thousands of species, only 10% are known. The chemical richness and biodiversity of microalgae are associated with their ability to adapt to ecosystems that are not conducive to life, such as extreme exposure to UV rays. As a result, microalgae have developed defense mechanisms against various forms of stress, including the production of molecules of interest against UV exposure and ROS. In particular, carotenoids play an important role in preventing the appearance of ROS within the cell and its photosynthetic machinery, and their range of absorption of solar radiation corresponds for the most part to the boundary between UVA and blue light. In the laboratory, by carefully selecting the culture conditions, it becomes possible to orientate the cell content so as to enrich it with metabolites adapted to the fight against ROS. For the thesis project, we identified a carotenoid with absorption properties around 400 nm, associated with a coloration compatible with cosmetic use. This target carotenoid, present in the Chlorophyceae, Prasinophycea and, to a lesser extent, Euglenophyta classes, represents a promising basis for a new innovative biosourced active ingredient. The aim of this thesis project is therefore to explore microalgal biodiversity and propose original extracts specifically developed to protect the skin from excessive photo-exposure and improve its defenses against ROS. To achieve this, the project is organized into four phases. The first consists in selecting a strain of microalgae (bibliography and experimental work) capable of accumulating the target carotenoid, and optimizing culture conditions to ensure significant anti-ROS activity. The second phase will involve cultivating the microalgae on a 25 L scale under artificial light. The third phase will involve developing and optimizing a process for extracting and stabilizing the target molecule. Finally, the stability and efficacy of the extract in cosmetic formulations will be assessed.