S. Dochi et D. Goldstein, Tagra Biotechnologies Ltd. SOFW Journal, 140, 8-2014.

Résumé

Le rétinol joue un rôle important dans la régulation de la croissance et de la différenciation des cellules épithéliales ; il stimule la production de collagène, accélère la reproduction cellulaire et normalise la kératinisation de la peau, ce qui permet d'obtenir une peau à l'aspect plus jeune, plus net et plus sain. Cependant, bien que le rétinol figure parmi les ingrédients de soin de la peau les plus populaires, son instabilité bien connue pose certains problèmes aux concepteurs de produits et représente de nombreux défis pour les formulations cosmétiques.

Dans cet article, nous décrivons la préparation de microcapsules de rétinol à l'aide de la méthode d'extraction par solvant afin d'augmenter la stabilité du rétinol tout en assurant son efficacité. Les microcapsules de rétinol ont été étudiées pour leurs propriétés physicochimiques, leur stabilité et leur efficacité.

La méthode de fabrication de microcapsules éprouvée a produit des microcapsules sphériques chargées à 7 % de rétinol ayant une taille moyenne de particules de 35 µm. Les résultats de stabilité obtenus indiquent que la teneur relative moyenne en rétinol était significativement plus élevée lors de la formulation avec du rétinol encapsulé par rapport au rétinol libre. De plus, l'étude clinique in vivo montre clairement que le procédé d'encapsulation préserve l'activité dermatologique du rétinol en tant qu'agent anti-âge/anti-rides.

Introduction

Ces dernières années, dans le cadre de la tendance vers un mode de vie plus sain, les consommateurs sont devenus plus conscients des bienfaits des ingrédients actifs sur la santé de la peau (1, 2). Par conséquent, les formulateurs de cosmétiques recherchent constamment des opportunités d'innover et de concevoir de nouveaux produits de soin pour la peau en utilisant divers actifs uniques tels que des vitamines, des peptides, des huiles essentielles et des antioxydants, qui peuvent tous améliorer la santé de la peau, préserver son éclat de jeunesse et prévenir les troubles cutanés (3).

De tels produits innovants présentent de nouveaux défis pour l'industrie cosmétique, car la plupart de ces ingrédients actifs ont tendance à se dégrader une fois incorporés dans la formulation cosmétique, entraînant une perte d'activité. L'exposition à la chaleur, des conditions de pH extrêmes, les oxydants et les incompatibilités avec d'autres ingrédients composant la formulation peuvent tous conduire à une efficacité insuffisante et à une stabilité réduite, ce qui finira par nuire à la fidélité des consommateurs.

Pour surmonter ces défis de formulation et offrir aux formulateurs et aux concepteurs de produits l'avantage technique qu'ils recherchent, différents systèmes de délivrance sont utilisés. En utilisant un système de délivrance, le formulateur peut améliorer la fonction de la formulation de soins personnels ou cosmétique en stabilisant les ingrédients actifs, en rendant possibles des ingrédients incompatibles dans la même formule et en assurant une libération ciblée pour des effets améliorés.

La microencapsulation est une technologie courante pour la protection et la stabilisation des ingrédients actifs vis-à-vis du milieu environnant, et elle peut contrôler et déterminer la libération de l'actif dans l'application finale (4, 5). Les objectifs de cette étude étaient d'augmenter la stabilité du rétinol, d'assurer sa libération efficace et de préserver son effet thérapeutique pour un usage cosmétique.

Le rétinol est l'une des formes de la vitamine A. Il joue un rôle important dans la régulation de la croissance et de la différenciation des cellules épithéliales ; il stimule la production de collagène, accélère la reproduction cellulaire et normalise la kératinisation de la peau. Il s'est avéré être un traitement efficace pour différentes affections dermatologiques et troubles cutanés tels que le photovieillissement, l'acné vulgaire, le psoriasis et les rides (6, 7, 8, 9). Le rétinol améliore de manière significative l'élasticité, le lissé et la douceur de la peau, ce qui permet d'obtenir une peau à l'aspect plus jeune, plus net et plus sain.

Bien que le rétinol figure parmi les ingrédients de soin de la peau les plus populaires, son instabilité bien connue (10, 11) pose certains problèmes aux concepteurs de produits et représente de nombreux défis pour les formulations cosmétiques. Divers systèmes de délivrance tels que les liposomes, les micelles, les émulsions et les nanoparticules lipidiques ont été conçus pour améliorer la stabilité du rétinol (12, 13, 14), mais avec un succès limité.

Dans cet article, nous décrivons la préparation de microcapsules de rétinol, nommées Tagravit™ R1, par la technologie brevetée de microencapsulation de Tagra Biotechnologies. Ces microcapsules de rétinol ont été étudiées pour leurs propriétés physicochimiques, leur stabilité et leur efficacité.

Matériels et méthodes

Le rétinol 5°C a été acheté auprès de BASF. Le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) et l'alcool polyvinylique (PVA) ont été achetés auprès de Sigma. Le 1,2,3-trioctanoylglycérol (tricapryline) a été acheté auprès d'Abitec. L'hydroxytoluène butylé a été obtenu auprès de Lanxess GmbH. Tous les autres réactifs utilisés étaient de haute pureté ou de qualité HPLC.

Préparation des microcapsules Tagravit™ R1

Les microcapsules Tagravit™ R1 contenant du rétinol ont été préparées par la méthode d'extraction par solvant (15, 16). Les microcapsules ont été préparées en dissolvant le PMMA dans le solvant organique pour former une solution de polymère homogène. Le rétinol a été ajouté sous agitation à la solution de polymère, suivi de l'ajout de tricapryline et de BHT à la phase organique.

La phase organique a été mélangée à une phase aqueuse contenant 0,2 % de PVA et agitée pour former une émulsion. L'émulsion a été transférée dans la phase aqueuse d'extraction. À ce stade, les gouttelettes se sont ensuite solidifiées en microcapsules rigides en raison de l'extraction du solvant organique. Après sédimentation des microcapsules, celles-ci ont été recueillies par filtration et lavées à l'eau pour éliminer les impuretés. Les microcapsules Tagravit™ R1 ont été séchées par lyophilisation afin d'obtenir une poudre fluide.

Détermination de la teneur en rétinol, du rendement d'encapsulation et du rendement de production

Le rétinol a été quantifié par HPLC en phase inverse à l'aide d'un système JASCO HPLC UV-975 équipé d'un détecteur ultraviolet variable (JASCO Analytical Instruments, Japon). Les séparations ont été effectuées à l'aide d'une colonne Eurospher-100 (4 nm, 25 cm × 4 mm D.I.), avec une phase mobile isocratique contenant 95 % v/v de méthanol et 5 % v/v de THF, à un débit de 1,0 ml/min. Le rétinol a été détecté à 325 nm.

Quarante milligrammes de microcapsules Tagravit™ R1 ont été pesés et dissous dans 5 ml de dichlorométhane (DCM), suivi d'une dilution appropriée avec du méthanol. Les échantillons filtrés ont été analysés par HPLC. La teneur en rétinol (% p/p) dans les microcapsules a été définie comme la teneur mesurée en rétinol dans les microcapsules divisée par le poids des microcapsules. Le niveau d'efficacité d'encapsulation a été calculé à l'aide de l'équation suivante :

Efficacité d'encapsulation = teneur estimée / teneur théorique × 100

Le rendement de production a été déterminé et calculé par % Rendement = W/Wo × 100, où W est le poids des microcapsules et Wo est le poids total attendu de rétinol, BHT, tricapryline et polymère.

Caractérisation de la taille et morphologique

La taille et la distribution granulométrique des microcapsules ont été analysées à l'aide d'un analyseur de distribution de taille de particules par diffraction laser HORIBA LA-300 (HORIBA Ltd., Japon). Les microcapsules ont été mises en suspension dans de l'eau distillée douce avant chaque mesure. Toutes les mesures ont été effectuées à des angles de diffusion constants (six détecteurs grand angle) à 25 °C. Toutes les analyses de données ont été effectuées en mode automatique.

La morphologie des microcapsules Tagravit™ R1 a été caractérisée par microscopie électronique à balayage (MEB 505, Philips, Eindhoven, Pays-Bas). Les échantillons pour l'observation au MEB ont été préparés en montant les microcapsules directement sur une grille MEB à l'aide d'un ruban adhésif double face, recouverts de platine sous pression réduite, puis placés dans le microscope électronique à balayage (Magellan™ 400L).

Étude de stabilité

La stabilité de Tagravit™ R1 a été évaluée et comparée à celle du rétinol libre. La stabilité a été évaluée en mesurant la teneur en rétinol (% de la valeur initiale) au cours du temps. De plus, des observations physiques des formulations incorporant soit Tagravit™ R1, soit du rétinol libre ont été utilisées pour mesurer qualitativement la stabilité du produit.

Le rétinol encapsulé et le rétinol libre ont été incorporés dans une crème de base h/e et dans une formulation de gel aqueux de base (pH 7,3) et incubés à 4 °C, 25 °C et 40 °C dans des récipients en verre fermés et protégés de la lumière.

Afin de mesurer la teneur en rétinol au sein de la formulation, la méthode d'extraction suivante a été utilisée. Des échantillons de crème et de gel (2 g) ont été pesés et dissous en les mélangeant avec 5 ml de DCM pendant 2 min, suivi d'une séparation par centrifugation pendant 5 min, à 6 000 tr/min et à 25 °C. Le surnageant a été retiré et transféré dans un récipient séparé. La procédure d'extraction a été répétée deux fois. Les surnageants recueillis ont été dilués avec une quantité appropriée de méthanol. Tous les échantillons ont été filtrés et analysés par HPLC.

Test d'efficacité in vivo

Une étude clinique randomisée en aveugle a été réalisée pour évaluer l'activité anti-âge du rétinol encapsulé. L'étude clinique a été menée conformément à la Déclaration d'Helsinki. L'étude a été réalisée à l'aide de la technique de topométrie optique rapide in vivo de la peau humaine (FOITS) (17, 18).

Les sujets ont appliqué soit la crème de nuit de base (n=28), soit la crème de nuit de base contenant des microcapsules de rétinol (n=25), selon la randomisation, deux fois par jour pendant quatre semaines. Vingt-huit sujets ont servi de contrôle négatif sans aucun traitement. Au cours de cette étude, aucun produit cosmétique supplémentaire n'a été autorisé pour les participants.

Les zones périorbitaires (deux zones par sujet) ont été testées. Chaque zone testée a été divisée en cinq régions, allant des rides les plus prononcées (pattes d'oie, région 1) aux morphologies les moins marquées (plus éloignées de l'œil, région 5). Deux paramètres ont été déterminés afin d'analyser la structure morphologique de la zone périorbitaire : Rz (profondeur moyenne de rugosité) et Ra (rugosité moyenne arithmétique) (19).

Afin d'évaluer l'effet potentiel du rétinol sur le profil cutané, les distributions de fréquence de profondeur (FDD) ont été calculées pour les valeurs de référence et finales dans la plage de -600 µm à +600 µm par intervalles de 5 µm. Les sections de profondeur ont été représentées comme micro-structure (0-50 µm), structure fine (55–170 µm) et structure rugueuse (>170 µm). Un effet positif a été conclu si une diminution se produit à une profondeur plus élevée (>170 µm : structure rugueuse), tandis qu'une augmentation de la FDD est mesurée pour une profondeur plus faible (<170 µm : structure fine).

Résultats

Caractérisation des microcapsules

La méthode de fabrication de microcapsules éprouvée a produit des microcapsules contenant 7 % de rétinol avec un rendement de production compris entre 87 et 93 %. La concentration de rétinol a été suivie par HPLC, et une récupération de 95 % a été observée (c'est-à-dire une concentration finale observée de 6,7 % p/p), comme indiqué dans le tableau 1.

Tableau 1 : Rendement moyen (%), teneur (% p/p) et efficacité d'encapsulation (%) du rétinol dans les microcapsules Tagravit™ R1 (moyenne ± écart type, n=4).

Morphologie

Les microcapsules de rétinol développées se présentent sous la forme d'une poudre fluide de couleur jaune clair. Les microcapsules ont été visualisées par MEB, confirmant que les microcapsules sont de forme sphérique comme le montre la Fig. 1.

Fig. 1 : Micrographie MEB de microcapsules de rétinol (Tagravit™ R1). Grossissement : (A) 5K/barre 3 µm et (B) 0,5K/barre 10 µm.

Taille des particules

La taille moyenne et la distribution granulométrique des microcapsules de rétinol développées ont été déterminées par l'analyseur de distribution de taille de particules par diffraction laser HORIBA LA-300 (HORIBA Ltd., Japon). Les résultats de l'analyse de taille des particules sont présentés dans le tableau 2 et la figure 2. La valeur de la taille moyenne des microcapsules contenant du rétinol était de 35 ± 5 (diamètre moyen ± écart type, µm). La présence d'un pic étroit indique que la population de microcapsules est homogène en taille.

Tableau 2 : Taille moyenne et distribution granulométrique en volume des microcapsules (diamètre, µm, moyenne ± écart type, n=4). Fig. 2 : Graphique représentatif de la taille moyenne et de la distribution granulométrique des microcapsules Tagravit™ R1.

Résultats de stabilité

La stabilité du rétinol encapsulé par rapport au rétinol libre, tous deux incorporés dans une formulation de gel de base topique (pH 7,3), a été évaluée. La teneur relative en rétinol (% de la valeur initiale) dans chaque échantillon a été évaluée à 25 °C et 40 °C et est présentée sur les Fig. 3–4.

Les résultats de stabilité montrent que la teneur relative moyenne était significativement plus élevée lors de la formulation avec du rétinol encapsulé par rapport au rétinol libre. Les résultats obtenus à partir d'échantillons conservés pendant 550 jours à 25 °C montrent que la teneur moyenne en rétinol était plus élevée sous forme encapsulée par rapport au rétinol libre, respectivement 49 % et 0 % de la valeur initiale (Fig. 4).

De plus, les résultats montrent que le rétinol encapsulé dans Tagravit™ R1 était plus stable après une période de conservation de 300 jours à 25 °C. La teneur moyenne en rétinol était plus élevée dans les microcapsules Tagravit™ R1 par rapport au rétinol nu, respectivement 82 % et 10 % de la valeur initiale.

La stabilité de Tagravit™ R1 a été observée visuellement et comparée à celle du rétinol libre (non encapsulé) dans une formulation de gel. Le gel contenait 0,1 % de rétinol (1,45 % de Tagravit™ R1) à 40 °C pendant 360 jours. Il a été clairement constaté qu'en formulant avec Tagravit™ R1, la décoloration de la formulation de gel a été évitée. Les microcapsules Tagravit™ R1 protègent efficacement le rétinol de l'oxydation et de la dégradation en tant que matière première active dans les formulations cosmétiques.

• Fig. 3 : Stabilité des microcapsules Tagravit™ R1 comparée au rétinol libre incorporé dans une formulation de gel de base (pH 7,3) après 100 jours de conservation à 40 °C. Les données sont représentées sous forme de teneur moyenne en rétinol en % de la valeur initiale (n=3).

• Fig. 4 : Stabilité des microcapsules Tagravit™ R1 comparée au rétinol libre incorporé dans une formulation de gel de base (pH 7,3) après 550 jours de conservation à 25 °C. Les données sont représentées sous forme de teneur moyenne en rétinol en % de la valeur initiale (n=3).

• Fig. 5 : Observation physique d'une formulation de gel de base incorporant des microcapsules Tagravit™ R1 (à gauche) comparée au rétinol nu (à droite). Les échantillons ont été incubés à 40 °C pendant (A) 1 jour, (B) 100 jours et (C) 360 jours.

Résultats d'efficacité in vivo

Pour l'évaluation de l'efficacité des microcapsules de rétinol sur la peau, la technique de topométrie optique rapide in vivo de la peau humaine (FOITS) a été utilisée. Les paramètres Rz (profondeur moyenne de rugosité) et Ra (rugosité moyenne arithmétique) ont été déterminés.

La figure 6 illustre les variations moyennes de Rz et Ra pour chaque zone testée après 4 semaines de traitement, tandis que la figure 7 présente les variations moyennes dans la zone périorbitaire (moyenne des 5 sous-zones) après 4 semaines d'application des différents traitements. La crème de nuit de base a induit une augmentation des paramètres de rugosité d'environ 3 %.

Les résultats montrent que la crème de nuit de base incorporant des microcapsules Tagravit™ R1 a induit une réduction significative de Rz et de Ra d'environ 9 %, par rapport au groupe traité avec la crème de nuit de base et au groupe non traité.

Les variations absolues moyennes de profondeurs par rapport à la valeur initiale obtenues chez les sujets des trois groupes expérimentaux sont présentées sur la figure 8. Les résultats obtenus auprès des sujets traités avec la crème de nuit de base contenant des microcapsules Tagravit™ R1 montrent des résultats positifs, car le traitement a induit une augmentation des valeurs de FDD dans la micro-structure (environ 6 %) et une diminution d'environ 12 % dans la structure rugueuse.

• Fig. 6 : Variations moyennes des paramètres Rz et Ra au niveau des zones 1 à 5 après 4 semaines (t4w) de traitement avec la crème de nuit de base et la crème de nuit de base incorporant des microcapsules Tagravit™ R1, par rapport aux volontaires non traités. Zone 1 à proximité, zone 5 éloignée de l'œil.

• Fig. 7 : Variations moyennes des paramètres Rz et Ra dans la zone périorbitaire (moyenne des 5 sous-zones) après 4 semaines de traitement avec la crème de nuit de base et la crème de nuit de base incorporant des microcapsules Tagravit™ R1, par rapport aux volontaires non traités.

• Fig. 8 : Différence moyenne de FDD par rapport à la valeur initiale (%) après 4 semaines de traitement avec la crème de nuit de base et la crème de nuit de base incorporant des microcapsules Tagravit™ R1, par rapport aux volontaires non traités.

Conclusions

Bien que le rétinol compte parmi les ingrédients de soin de la peau les plus populaires, il pose néanmoins certains problèmes aux concepteurs de produits et apporte de nombreux défis aux formulations cosmétiques.

Dans le but d'augmenter la stabilité du rétinol et d'assurer sa délivrance efficace tout en préservant son activité et son efficacité, des microcapsules de rétinol, sous le nom commercial de Tagravit™ R1, ont été préparées et produites avec succès par la méthode d'élimination du solvant. Tagravit™ R1 a été conçu pour libérer le rétinol à la suite d'une pression mécanique. Lors de l'application, en massant la formulation sur la peau, l'enveloppe polymère s'effondre et les microcapsules commencent à se fracturer, libérant le rétinol encapsulé. Les microcapsules se décomposent en particules invisibles, mais conservent une partie de la charge pour continuer à la délivrer au fil du temps.

Les microcapsules de rétinol, qui se présentent sous la forme d'une poudre fluide, sont de forme sphérique et présentent une taille moyenne de particules d'environ 35 µm. Les microcapsules Tagravit™ R1 sont chargées à 7 % de rétinol avec une efficacité d'encapsulation de 98 %. Le rétinol étant connu pour être sensible à la lumière, au pH, aux oxydants, aux métaux lourds et à l'air, sa stabilité est l'un des facteurs les plus importants lors de la formulation d'un produit cosmétique. Les résultats de cette étude indiquent que les microcapsules Tagravit™ R1 fabriquées par Tagra Biotechnologies sont nettement plus stables que la forme libre du rétinol dans diverses formulations et conditions. De plus, les résultats obtenus lors de l'étude clinique in vivo montrent clairement que le procédé d'encapsulation préserve l'activité dermatologique du rétinol en tant qu'agent anti-âge/anti-rides.

Ainsi, Tagravit™ R1 utilisé pour la délivrance du rétinol jouerait un rôle crucial dans l'expression de son efficacité, car le rétinol est extrêmement instable et se dégrade facilement en formes biologiquement inactives lors de l'exposition à la lumière et à l'air.

Adresse des auteurs : Dr Shaher Dochi et Dr Danny Goldstein, Tagra Biotechnologies Ltd., Northern Industrial Park Tel-Hai, N. Galilee, 12100, Israël.

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