9 novembre 2021 GloMeca #7 – Anisotropie cutanée

Dans cet article, nous allons parler d’un terme qui demande à être expliqué : l’anisotropie. La peau est décrite comme un matériau anisotrope souple mais il est essentiel de détailler ce terme pour bien comprendre comment l’utiliser…

Retournons à la définition ancestrale. Le mot isotrope est dérivé de deux termes grecs : isos qui signifie égal et tropos qui signifie une manière/une voie. Donc, isotrope signifie quelque chose qui a la même propriété dans toutes les directions. On en déduit alors que l’anisotropie décrit quelque chose qui a différentes propriétés selon sa direction.

Peut-on l’utiliser pour les caractéristiques de la peau ? La peau a-t-elle différentes propriétés selon ses directions ?

Pourquoi parler d’anisotropie pour la peau ?

Elucider les propriétés mécaniques de la peau est important pour de nombreuses applications telles que la chirurgie, la dermatologie, la cosmétologie et la médecine régénérative.

Le terme “anisotropie” est généralement utilisé pour décrire les différents modèles d’orientation du stress mécanique sur la peau. En effet, il est essentiel de savoir que les caractéristiques structurelles de la peau ne sont pas uniformes dans toutes les directions.

La première description de cet aspect a été faite en 1861 par l’anatomiste autrichien Karl Langer (1819-1887) ! Ces lignes représentent les directions de la tension maximale de la peau. Elles sont utilisées en incisions chirurgicales pour minimiser la tension autour d’une blessure. Mais les lignes de Langer sont définies à partir de cadavres humains, et ne sont pas applicables de la même manière sur du vivant !

Plus tard, Kraissl proposa les lignes des rides puis Borges suggéra les lignes de tension cutanée détendues… mais jusqu’ici, nous n’avons pas une compréhension complète des propriétés anisotropes de la peau vivante.

Cependant, cette anisotropie semble être causée par l’orientation préférentielle des fibres de collagène dans le derme. Leur rôle est de contribuer aux propriétés structurelles du derme en donnant à la peau son épaisseur et sa force. Les changements structurels des molécules de collagène sont très importants à observer car ils donnent de nombreuses informations sur la cicatrisation des plaies, la morphologie tissulaire et l’adhésion cellulaire. Sécrétées par les fibroblastes, les fibres de collagène se détériorent avec le temps, et sont une des causes de l’apparition des rides.

(Haydont et al., 2019)

Dans le contexte des propriétés biomécaniques de la peau, les auteurs suggèrent que les fibres de collagène créent “un arrangement qui permet des mouvements continues des fibres individuelles pour absorber les stress mineurs d’une activité normale et s’appuient sur la force ultime du collagène pour résister à un étirement sévère” (The mobile micro-architecture of dermal collagen: a bio-engineering study. Gibson T, Kenedi RM, Craik JE Br J Surg. 1965 Oct; 52(10):764-70.).

Il a également été signalé que, lors de l’application d’une tension dans la peau, des structures en forme de corde apparaissent dans une direction parallèle à la direction de la tension appliquée. Ainsi… peut-on dire que ce sont « les mêmes propriétés dans toutes les directions »? Peut-on parler de propriétés isotropes des fibres de collagène ? Pas vraiment. Ici, nous parlons de distribution des fibres de collagène, pas de propriétés physiques et cette distribution implique les propriétés mécaniques de la peau.

Pour aller plus loin, les fibres de collagène ont une distribution hétérogène et les auteurs lient cet état organisationnel à une anisotropie de distribution, ou « variations directionnelles dans l’organisation des tissus » (A reliable, non-invasive measurement tool for anisotropy in normal skin and scar tissue, Pauline D H M Verhaegen 1, Evelien M Res, Arna van Engelen, Esther Middelkoop, Paul P M van Zuijlen).

Donc, finalement, le vieillissement affecte-t-il l’anisotropie de la peau ?

Il a été observé que lorsque la tension mécanique est appliquée à plusieurs reprises sur les tissus, un remodelage des tissus se produit, provoqué par le changement des réseaux de fibres élastiques et / ou la réticulation des fibres de collagène. Les tests de relaxation sous contrainte ont montré que les fibres de collagène s’alignaient sur l’axe chargé lorsque la peau était étirée en tension uni axiale et que l’orientation du collagène était également parallèle aux rides. (Dunn et al., 1983, Nguyen et al., 2014).

D’autres études ont montré que les fibres de collagène ont tendance à s’orienter parallèlement à la surface de la peau pour les peaux âgées. Ce phénomène pourrait également être lié à l’aplatissement de la jonction dermique-épidermique puisque les fibres de collagène de type I dans le derme papillaire y sont connectées, via le réseau d’ancrage du collagène de type VII. (Nguyen et al., 2014, Ribeiro et al., 2013).

Donc oui, on peut dire que le vieillissement affecte l’anisotropie de la peau en changeant la distribution des fibres de collagène. Elle devient hétérogène, selon les zones du corps. (Haydon et al., 2019).

Pourquoi évaluer l’anisotropie cutanée et comment ?

Evidemment, il est intéressant de développer des produits cosmétiques qui conservent l’anisotropie de la peau à son état original et d’éviter la redistribution des fibres de collagène.

Il y a quelques solutions pour caractériser l’anisotropie de la peau et l’organisation des fibres de collagène comme la microscopie de polarisation et de deuxième génération harmonique (SHG) pour l’organisation du réseau de collagène ou la tomographie optique de polarisation pour la surface de la peau.

Chez BioMeca, nous utilisons la microscopie de force atomique (AFM) et la deuxième génération harmonique (SHG) pour caractériser les réseaux de fibres de collagène.

Illustration of the collagen (blue) and elastin (yellow) network

obtained by second harmony generation (SHG) on skin sections and merge. Scale bar: 100µm

Collagen fibers representation from papillary dermis                                                                                                                                  

By AFM