Le stratum corneum (SC), couche supérieure de l’épiderme, est composé principalement de cornéocytes entourés d’une matrice lipidique. Cette structure particulière confère au SC son rôle de barrière et protège l’organisme de la perte en eau, de la pénétration de substances exogènes et de l’irradiation ultra-violette (UV). La matrice lipidique du SC est constituée de trois lipides majeurs : les céramides, les acides gras et le cholestérol organisés en phase cristalline. Cette matrice est la principale voie de pénétration des molécules exogènes à travers la peau. L’estimation de l’absorption cutanée pour l’analyse du risque des produits cosmétiques est basée sur les recommandations de l’Organisation de Coopération et de Développement Économiques (OCDE) qui prend en compte les propriétés physicochimiques des molécules i.e. Log Pow (lipophilie) et MW (masse moléculaire). En effet, l’OCDE considère une absorption de 100% pour une molécule ayant une MW inférieure à 500g/mol et un Log Pow compris en -1 et +4. En dehors de ces valeurs, l’OCDE applique une estimation de 10%. Hors, cette estimation est bien souvent loin de la réalité et a besoin d’être affinée. Notre travail s’est focalisé sur le développement d’un critère d’évaluation de la pénétration cutanée afin de moduler les données de l’OCDE par trois approches différentes : chromatographie d’affinité, spectroscopie de fluorescence et microspectroscopie infra-rouge à transformée de Fourier (FTIR) avec une source synchrotron. Etant donné que les propriétés barrières de la peau sont étroitement liées à la composition en céramides du SC, les méthodes développées en chromatographie d’affinité et spectroscopie de fluorescence se sont focalisées sur l’interaction céramide-molécules. Un critère prédictif de la pénétration percutanée a été défini avec chacune de ces méthodes :  et I. La troisième méthodologie a consisté à développer un autre critère (Sindex) par microspectroscopie FTIR avec une source synchrotron. La distribution cutanée des molécules a été suivie sur coupes microtomées de biopsies humaines. A partir de Sindex, une cartographie prédictive de la pénétration percutanée des molécules a été établie. Notre design expérimental comprenait des molécules (filtres UV, conservateurs, actifs cosmétiques) avec des Log Pow et MW variés (cf annexe 1). La pénétration cutanée de ces molécules a été étudiée avec une méthode de référence : cellules de Franz couplées à la chromatographie. Ces données de référence ont servi à valider les modèles et critères prédictifs développés. Ce travail a permis d’explorer de nouvelles pistes pour l’étude prédictive de la pénétration percutanée et de développer ainsi de nouveaux critères. Utilisés en complément des propriétés physicochimiques des molécules, ces nouveaux critères permettent d’affiner l’estimation de la pénétration cutanée de molécules exogènes pour l’analyse du risque. / The stratum corneum (SC) is the upper skin layer and due to its particular composition, corneocytes embedded in a lipidic matrix, it owns a role of barrier function and protects our body against water loss, penetration of exogenous molecules and UV irradiation. Its lipidic matrix is composed of three major lipids: fatty acids, cholesterol and ceramides, organised in liquid crystalline phase. This high cohesion creates cement between corneocytes. This cement is the principal pathway taken by the exogenous molecules to penetrate the skin. Percutaneous penetration estimation of cosmetic products is today based on the Organisation for Economic Co-operation and Development (OECD) recommendations, regarding molecules structural characteristics i.e. Log Pow (polarity) and MW (molecular weight). The OECD claims that 100% dermal absorption may be assumed if the exogenous molecule molecular mass is lower than 500 g/mol and Log Pow ranged between -1 and +4. Besides these values, a 10% coefficient is applied. This approach is sometimes far from reality. Our work focused on developing new evaluation criteria of percutaneous penetration from three different approaches: affinity chromatography, fluorescence spectroscopy and FTIR microspectroscopy with a synchrotron source in order to modulate OECD predictions. Considering that skin barrier properties are closely linked to ceramide composition and conformation within the SC, two methods were developed to study the interaction between ceramides and exogenous molecules by affinity chromatography and fluorescence spectroscopy. A predictive criterion of percutaneous penetration was developed from each of these methods:  and I. The third methodology consisted of developing a predictive criterion, Sindex, by FTIR microspectroscopy with a synchrotron source, on microtomized cuts of human skin biopsies. A predictive cartography was build from Sindex. Our experimental design included exogenous molecules (e.g. UV filters, preservatives, cosmetic actives) with various Log Pow and MW (cf annexe 1). Molecules skin penetration was studied with a Franz cell device coupled to HPLC analysis. These results served as reference data to validate our predictive models and criteria.This work permitted to set up new methods for predicting skin penetration of exogenous molecules and to develop complementary predictive criterion to Log Pow and MW. These new criterion will serve to modulate OECD predictions.

Atopic eczema is an incurable disorder of the skin. Sufferers are afflicted with hypersensitivity to environmental agents such as soaps (detergents), animal dander, pollen, specific foods and sometimes even water. Genetic mutations in atopic eczema compromise the development of the stratum corneum resulting in xerotic skin that is prone to cracking and increased permeability which leads to irritation due to the influx of exogenous material through the skin. The causes of atopic eczema are due to a combination of genetic and environmental factors and it is, therefore, a difficult disease to manage. Emollients and topical corticosteroids are the mainstay treatments for eczema. However, they do not treat the underlying cause of the flare-ups frequently seen in the condition; the damaged skin barrier. Defects in the skin barrier arise from premature desquamation of the stratum corneum. The main contributors to barrier breakdown are the up-regulation of skin proteases that are located in the skin. Since zinc is a known protease inhibitor, it would thus follow that a topical treatment for skin barrier repair should be developed. Therefore, the main objectives of this thesis are to successfully incorporate zinc into a formulation to develop a novel class of treatment for eczema and to assess the delivery of the element into the skin. In this thesis, methods to assess and characterise changes to skin barrier function and to extract and quantify zinc in the stratum corneum have been established. The development of two novel topically applied formulations containing zinc lactate as the active ingredient (1% w/w zinc lactate cream and a 2% w/v zinc lactate formulation) has been achieved and the uptake of zinc from the preparations in vitro determined. Further, the in vitro percutaneous penetration of zinc from three commercially available preparations has been investigated and compared to that recovered from the stratum corneum after passive diffusion with the novel zinc formulations. Additionally, in vivo uptake of zinc into human stratum corneum from Sudocremis ® reported. Scanning electron microscopy has revealed the distribution of zinc on the surface of skin treated with various formulations and has also allowed the efficiency of two cleaning procedures to be ascertained. The delivery of zinc from the novel topical formulation; 1% w/w zinc lactate cream, was more efficient than that the three commercial formulations and shows promise as a new approach to treat atopic eczema.

L’exposition cutanée aux produits chimiques par des rejets criminels ou accidentels impose une méthode de décontamination rapide et efficace pour sauver des vies et limiter le transfert de la contamination. L’exploration bibliographique recense des produits toxiques (armes chimiques, toxiques industriels) ainsi que les décontaminants naturels ou synthétiques et leurs méthodes d’application dans un contexte d’intervention sur le terrain. Le sujet vise à la qualification d’un outil de décontamination, la terre de foulon dans des formulations simples, faciles à mettre en œuvre en urgence par les services de Sécurité civile (sapeurs-pompiers). Le travail réalisé comporte :La caractérisation chimique et structurale de la poudre de terre de foulon NBC-Sys qui a permis d’identifier le composant principal : la palygorskite, La formulation et la caractérisation galénique et physico-chimique (granulométrie, zêta potentiel) en milieu concentré et milieu dilué des systèmes dispersés,La capacité d’adsorption de la terre de foulon et ses formulations vis-à-vis d’un modèle contaminant, le 4-cyanophenol, d’intérêt pour l’évaluation de la décontamination, in vitro en milieu aqueux, ex vivo sur explant cutané. L’adsorption du 4-CP en solution aqueuse (10, 100 et 500 mg/L-1) est rapide (5-15min) au contact de la terre de foulon, varie avec le ratio terre de foulon/4-CP, atteint un plateau (saturation) entre 45 et 60 min, l’équilibre entre 60 min et 120 min. Les suspensions de terre de foulon sont plus efficaces (90%) pour la décontamination que les poudres (70%) et l’eau (60%) dans des conditions expérimentales identiques. L’évaluation de la terre de foulon et ses formulations sur les paramètres physiologiques de la peau (perte insensible en eau et conductance) in vivo chez l’homme ne montre pas d’altération de la fonction barrière cutanée.L’ensemble est un premier pas vers une référence (qui n’existe pas actuellement), incluant une méthodologie de décontamination chimique / Cutaneous exposure to contaminants chemicals after criminal or accidental release enforces a rapid and efficient decontamination to save lives and avoid cross contamination. A bibilographic exploration of this work identifies toxic chemical (chemical warfare agents, toxic industrial chemicals), raw and synthetic decontaminants and their application methods applied in emergency. The aim of this study focuses on a decontamination tool qualification, the fuller’s earth (FE), simple formulated, easy to apply in emergency by civil Security services (fire fighter brigades). The work performed includes :The chemical and structural characterization of the powder of fuller’earth NBC-Sys , that lead to identify the palygorskite as main component, The formulation of dispersed systems and their physico chemical characterization (granulometry, zêta potentiel) in concentrated or diluted medium. The adsorption capacity of the FE and formulations for a contaminant model, the 4-cyanophenol, to assess decontamination in vitro, in aqueous medium, ex vivo on cutaneous explant.4-CP adsorption in aqueous solutions (10, 100 et 500 mg/L-1) is rapid (5-15min), when contact with FE, vary with the ratio FE/ 4-CP, to reach a plateau phase (saturation) between 45 and 60 minutes, and an steady state between 60 and 120 min. FE suspensions are more efficient (90%) than powder (70%) and water (60%) in the same experimental conditions. L’évaluation de la terre de foulon et ses formulations sur les paramètres physiologiques de la peau (perte insensible en eau et conductance) in vivo chez l’homme ne montre pas d’altération de la fonction barrière cutanée. FE and its suspensions were assessed on physiological skin parameters (Transepidermal water loss and conductance) in vivo in a human study and exhibit no alteration on the skin barrier function. Results obtained is a first step towards a reference (that actually don’t exist) including a chemical decontamination method

Les neurotoxiques organophosphorés (NOP) sont extrêmement toxiques et peu volatils. Dans des conditions normales de température et de pression, ils peuvent pénétrer rapidement la peau sous forme liquide et exercer leurs effets délétères. En milieu civil ou militaire, leur utilisation potentielle est toujours redoutée. Le développement de dispositifs de protection cutanée vis-à-vis de ces agents est donc d’un intérêt majeur pour les armées et la sécurité civile. Dans ce contexte, les objectifs de ce travail ont été de formuler et évaluer la stabilité et l’efficacité de topiques protecteurs cutanés (TP) vis-à-vis des NOP. Le premier objectif a consisté à mettre au point des TP de compositions et de formes galéniques différentes (émulsions, gels) puis à valider leurs stabilités physicochimiques. Cent trente TP ont été formulés et 30 ont montré une stabilité physicochimique satisfaisante. Le second objectif a été d’évaluer l’efficacité des TP les plus prometteurs vis-à-vis des composés organophosphorés. Actuellement il n’existe pas de standardisation de ce type d’étude. Par conséquent, l’utilisation de plusieurs tests in vitro et in vivo (membranes biologiques ou synthétiques, NOP ou simili), dont la pertinence et la fiabilité ont été déterminées, nous a permis d’établir une logique de criblage pour l’évaluation de l’efficacité des TP. Parmi les 13 formulations testées, les résultats ont montré qu’un gel hydro-alcoolique apporte une protection cutanée significative et supérieure aux produits de référence testés vis-à-vis du VX, un NOP d’intérêt / Prevention of exposure to the neurotoxic organophosphorus compounds (OP) that are quickly absorbed in the skin is a major concern both for pesticide users and soldiers. Skin barrier creams are being developed to complement or replace uncomfortable chemical protective suits. The objectives of this work were to formulate and assess physicochemical stability and protective efficacy of topical skin protectant (TSP) against OP compounds. The first objective was to formulate several different TSP (emulsions, gel) and validate their physicochemical stability.The second objective was to determine the consistency of results from in vitro tests and the importance of the formulation composition in the skin protective efficacy. Quick evaluation of formulations efficacy mainly relies on in vitro tests which lead to consistent, complementary and relevant results. Our results indicated that the least effective formulations could be quickly identified by performing in vitro permeation tests with silicone membrane and by evaluating interfacial interactions between formulations and OP. We showed that a hydrogel containing specific hydrophilic polymers was by far the most effective of the formulations evaluated against VX, OP compounds, skin permeation in vitro

Les neurotoxiques organophosphorés sont appelés agents chimiques de guerre car ils sont une menace à la fois pour les militaires et pour les populations civiles. La voie percutanée est l’une des principales voies d’entrée pour ces agents, et plus particulièrement pour le VX, très peu volatil. La décontamination des surfaces exposées est alors cruciale afin d’éviter l’intoxication des victimes. En cas d’attentat terroriste, le cuir chevelu humain pourrait être un site préférentiel d’exposition. Cette partie du corps, riche en follicules pileux, pourrait nécessiter des produits et des processus de décontamination adaptés. Ce travail est divisé en 4 parties : 1) Validation d’un modèle de peau in vitro pour le cuir chevelu humain ; 2) Détermination des stratégies de décontamination ; 3) Formulation de nouveaux systèmes de décontamination ; 4) Évaluation de leur efficacité de décontamination. La peau d’oreille de porc est un modèle pertinent pour l’étude de la pénétration percutanée in vitro du VX à travers le cuir chevelu humain. La peau de dessus de tête de porc représente un bon modèle de cuir chevelu humain pour l’étude de l’affinité du VX avec la tige pilaire. L’étude de distribution du VX selon différents temps d’exposition a montré que la majorité du toxique reste à la surface de la peau jusqu’à 2h d’exposition. Il est donc intéressant de décontaminer la peau même après 2h d’exposition aux agents chimiques de guerre. Les microémulsions comprenant un actif détoxifiant (oxime) sont les systèmes les plus efficaces car ils pénètrent en profondeur afin de venir détruire le toxique in situ dans la peau. Les poudres et les émulsions de Pickering ont une action de surface et permettent d’extraire le toxique présent à la surface de la peau et dans les couches superficielles. Les résultats de nos études in vitro ont montré que ces formulations sont significativement plus efficaces que la terre à foulon pour une décontamination après 45 min d’exposition au VX / Organophosphorous nerve agents are designed as chemical warfare agent because they represent a threat both for the military and the civilians. Due to its low volatility, VX mainly remains in its liquid form and mostly presents a contamination by skin contact. Decontamination of exposed body surface is therefore crucial to prevent victims' poisoning. In case of terrorist acts, civilian human scalp could be a preferential site of exposure. This body region, rich in hair follicles, may require adapted decontamination products and procedures. The aims of this work are: 1) Validation of a relevant in vitro human scalp skin model; 2) Determination of decontamination strategies; 3) Formulation of new decontamination systems; 4) Evaluation of their decontamination efficacy. Pig ear skin is a relevant model when studying the in vitro percutaneous penetration of VX through human scalp. Pig skull roof skin could be used when studying the affinity of VX for hair. This study has shown that most of the nerve agent remains on the skin surface up to 2h of exposure, which means that it is worth decontaminating even if contamination occurred 2h before. Microemulsions loading a detoxifying agent (oxime) are the most efficient systems because they are able to penetrate deeper into the skin to neutralize the agent in situ. Adsorbing powders and Pickering emulsions could interact with the agent present on the skin surface and in the superficial layers. Our results from the in vitro experiments have demonstrated that these formulations are more efficient than Fuller's earth for skin decontamination after 45 min of VX exposure