Antioxydants naturels et hémisynthétiques : caractérisation, évaluation de l'activité anti-stress oxydant et mise en forme cosmétique innovante
par Juliana de Souza Alencar
Thèse de doctorat en Chimie organique
Sous la direction de Sylvia Pietri et de Philippe Piccerelle.
Soutenue en 2009
à Aix-Marseille 2 .
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Résumé
Ce travail propose la potentialisation du pouvoir antioxydant d’un produit naturel (huile de sésame) par hémisynthese et microencapsulation. Ainsi, des émulsions sèches avec une concentration élevée de sésamol (actif présent dans l’huile de sesame) ont ete developpees avec l’association saccharose/hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) ou caseinate de sodium (SC) en utilisant les techniques d’atomisation à 120°, 150 et 180°C ou de lyophilisation. Les caractéristiques physiques telles que distribution de taille de gouttelette, morphologie de l’émulsion sèche (par microscopie électronique) et humidité résiduelle ont été évaluées; les meilleures formulations ont été obtenues avec les techniques d’atomisation, a 150° et 180°C avec SC et HPMC, respectivement. Dans un premier temps, l’évaluation de leur capacité de piégeage des radicaux superoxyde et hydroxyle a été réalisée, par Résonance Paramagnétique Electronique (RPE), et leur pouvoir réducteur des radicaux persistants en solution (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyle (DPPH), galvinoxyle) évalué par spectrophotométrie visible ou par RPE. Puis, des expériences sur des cultures cellulaires (fibroblastes 3T3) stressées par des concentrations physiologiques en (Fe3+ /ascorbate/H2O2), et sur des fragments de peau exposes a des rayonnements UVA/UVB ex-vivo ont permis de mettre en évidence la potentialisation du pouvoir antioxydant du sésamol dans ces formulations, constituées de microcapsules. Enfin, une étude complémentaire par calorimétrie différentielle à balayage (DSC), a mis en évidence le comportement thermique des composés, seuls ou en interaction, ainsi que la stabilité thermique de l’antioxydant incorpore dans la formulation. Il apparait clairement que les émulsions sèches préparées par la technique d’atomisation avec l’association SAC-SC protègent significativement l’activité antioxydante dans des conditions élevées de température ou de stress oxydant. La seconde partie de l’étude a consiste a obtenir a partir d’huile de sésame, une fraction hémisynthetique, adaptée a la microencapsulation par la méthode précitée, et possédant un potentiel antioxydant remarquable. Ceci a été réalisé via un greffage de la fraction saponifiable de l’huile de sésame a l’alcohol vanillique; l’activité antioxydante de cette fraction a été évaluée par des tests avec le DPPH, le désoxyribose (complexe MDA-TBA), des expériences de culture cellulaire (Fibroblastes 3T3) et de Résonance Paramagnétique Electronique. En résume, ces travaux pluridisciplinaires associant les techniques de la chimie, la physicochimie, la formulation et la biologie ont abouti au développement et à l’évaluation de nouvelles formulations contenant des dérives de l’huile de sésame, présentant une forte activité antioxydante.
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Titre traduit
Natural and hemi-synthetic antioxidants : characterization, anti-oxidative stress oxidant and innovant application cosmetic
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Résumé
This work presents a potentiation of the antioxidative power of a natural product (sesame oil) by way of microencapsulation and hemi-synthesis. Dry emulsions with a high concentration of sesamol (contained in sesame oil) were developed with the combination of sucrose/hydroxypropylmethylcellulose (HPMC) or sodium caseinate (SC) and using spray-drying techniques at 120°, 150° and 180°C or the freeze-drying technique. Physical characteristics such as droplet size distribution, morphological analysis (by electron microscopy) and residual moisture have been evaluated; the best formulations were obtained using the spray-drying techniques, at 150° and 180°C with SC and HPMC respectively. Their superoxide and hydroxyl free radical trapping capacity was firstly assessed by Electron Paramagnetic Resonance (ESR) and their ability to reduce persistent radicals in solution (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyle (DPPH), galvinoxyle) evaluated by VIS spectrophotometry or ESR. Then, experiments performed on cell cultures (3T3 fibroblasts) stressed by physiological concentrations of (Fe3 + / ascorbate/H2O2), and on skin fragments exposed to UVA/UVB ex-vivo have demonstrated the effective potentiation of the antioxidative capacity of sesamol in such microcapsule-containing formulations. Finally, a study by differential scanning calorimetry (DSC), highlighted the thermal behavior of isolated and interacting compounds, and also the thermal stability of the antioxidant when incorporated in formulation. It is clear that dry emulsions prepared by the technique of spray-drying with association of SAC-SC significantly protect the antioxidative activity under high temperature or oxidative stress conditions. Next part of the study has consisted in obtaining from sesame oil an hemi-synthetic fraction, that was shown to be well adapted to the previously mentioned microencapsulation technique and to have a remarkable antioxydative potential. This was achieved through vanillyl alcohol esterification of the saponifiable fraction of sesame oil; the antioxidant activity was measured by way of DPPH and deoxyribose (MDA-TBA complex) tests, cell culture (3T3 Fibroblast) and EPR experiments. In summary, this multidisciplinary work combining the techniques of chemistry, physical chemistry, formulation and biology has resulted in development and evaluation of sesame oil derivative new formulations which were shown to present a high antioxidative activity.
