25 mars 2021 GloMeca #6 – Les forces d’adhésion impliquées dans l’intégrité de la barrière cutanée

Comprendre les propriétés d’adhésion mécanique de la surface de la peau

La fonction protectrice de surfaces biologiques qui sont exposées à des facteurs externes résulte d’une interaction complexe des composants cellulaires. C’est le cas de la couche la plus externe de la peau, le Stratum Corneum (SC). Celui-ci est composé de cornéocytes, assimilables à des “briques plates” au sein d’une matrice lipidique. Ces corneocytes sont disposés par couches et adhèrent les uns aux autres par des jonctions appelées cornéodesmosomes.

Les lipides du Stratum Corneum jouent également un rôle essentiel dans la préservation de la barrière d’eau de la peau.

La composition de la matrice lipidique du Stratum Corneum est essentiellement composée de trois classes de lipides : le cholestérol, les acides gras libres et les céramides. Il a d’ailleurs été prouvé que le niveau de céramides diminue avec l’âge (1) ainsi qu’en cas d’affections cutanées telles que la dermatite atopique (2).

L’adhésion et l’interaction mécanique entre les couches lipidiques sont des caractéristiques essentielles pour mettre en évidence la fonction protectrice du Stratum Corneum, mais sont généralement peu comprises. Pourtant, les nouvelles connaissances fournies par la Microscopie de Force Atomique (AFM) constituent un point d’entrée au développement de nouveaux produits cosmétiques.

Mesurer les forces d’adhésion

Les forces d’adhésion sont impliquées dans un mécanisme par lequel les cellules interagissent et se lient aux cellules voisines, aux substrats et à la matrice. Il s’agit d’un mécanisme essentiel à l’intégrité structurelle et à la fonction de barrière de l’épiderme.

Certaines études ont démontré le rôle des jonctions cellule-cellule individuelles et de leurs complexes protéiques dans la régulation du développement et de la fonction de l’épiderme. L’adhésion est assurée par des connexions cellulaires spécialisées, principalement les jonctions d’adhésion (AJ), les desmosomes et les jonctions serrées, mais pas seulement… La contribution du film de surface de la peau est également essentielle. Nous nous concentrerons ici sur la couche la plus externe, le Stratum Corneum, spécialisée dans la protection contre la perte d’eau, la déshydratation et l’entrée de toxines dans le corps. 

Cartographie de la force d’adhésion du Stratum Corneum générée par AFM

Pourquoi la Microscopie de Force Atomique (AFM) ?

De nombreux facteurs influencent l’adhésion mesurée par AFM, notamment la composition chimique, la morphologie de la surface, mais aussi l’absorption d’eau.

L’adhésion est ainsi directement corrélée à la composition des lipides de surface de la peau. Plus la peau contient de lipides intercellulaires, plus celle-ci sera adhésive, car ils agissent comme une rétention d’eau.

Le système se base sur le déplacement de la ponte vers l’échantillon et surveille la déformation de l’échantillon induit par la force appliquée sur le levier (nano-indentation). Ensuite, le système enregistre à la fois la courbe d’approche et la courbe de retrait, c’est-à-dire la force appliquée en fonction de la distance parcourue par le piézo. La courbe de retrait est généralement celle qui contient les informations relatives à la force de l’interaction, dont celles relatives à l’adhérence. 

L’adhésion est mesurée à l’échelle nanométrique en utilisant la force d’arrachement lorsque les pointes retirent l’échantillon à la fin de la surface de la peau soudainement repoussée. Ensuite, selon la loi de Hooke, la force d’adhésion est caractérisée par la flexion du levier.

Ainsi, grâce à l’aide d’une simple mesure AFM, il est possible de caractériser les forces d’adhésion de la peau. Ces dernières correspondent indirectement à un état d’hydratation, assurée par le taux de lipides présents dans la couche cornée.

La Microscopie de Force Atomique est un outil si polyvalent qu’il est tout aussi bien possible de mesurer la rigidité, l’élasticité que l’adhésion. Un outil formidable pour caractériser le comportement de la peau et évaluer les ingrédients actifs, les formules ou les produits finis destinés à entretenir, réguler et embellir notre peau.

(1) G Imokawa, A Abe, K Jin, Y Higaki, M Kawashima, A Hidano, Decreased level of ceramides in stratum corneum of atopic dermatitis: an etiologic factor in atopic dry skin?

(2) J Rogers, C Harding, A Mayo, J Banks, A Rawlings, Stratum corneum lipids: the effect of ageing and the seasons