1) Le sujet de recherche choisi et son contexte scientifique et économique :
Le marché cosmétique représente une part non négligeable de l’économie française (estimé à 220 milliards d’euro en 2019 selon le site de l’Oréal Finance). La France est très présente au niveau mondial, le pays bénéficie de l’image de luxe de ces marques et de la renommée du savoir-faire français à l’étranger. Il s’agit d’un domaine extrêmement porteur et en pleine expansion. Depuis quelques années, la population prend petit à petit conscience de l’impact de notre consommation sur l’environnement. Le marché cosmétique, comme les autres, doit donc s’adapter à ces nouvelles contraintes pour continuer de séduire les consommateurs. Ces derniers se tournent de plus en plus vers des produits naturels, principalement d’origine végétale, qui apparaissent plus sains pour la santé et plus respectueux de la nature. Ainsi, il existe actuellement une forte demande des consommateurs pour revenir aux produits naturels dans divers domaines (alimentaire, emballage, pharmaceutique, cosmétique) et limiter l'utilisation de composés issus de la synthèse chimique et pétrochimique. En 2018, le marché français de la cosmétique bio a enregistré un chiffre d’affaires de 757 millions d’euros. Parmi les nombreux produits cosmétiques commercialisés, les produits de soin et particulièrement les soins de la peau représentent une part importante du marché cosmétique français : 40%.
Dans la gamme des produits cosmétique traitant du soin, certains ont pour objectif de prévenir les dommages cutanés causés par l'accumulation d'espèces réactives de l'oxygène (ROS) dans les cellules de la peau, ce qui entraîne une peroxydation lipidique cellulaire et une lésion de l'ADN (Afaq and Mukhtar, 2006; Svobodová et al., 2003). En effet, l'exposition constante de la peau aux conditions environnementales (soleil, UV, polluants, ozone, etc.) entraîne une forte production de ROS. Ceux-ci s’accumulent rapidement dans les cellules et provoquent des dommages oxydatifs perturbant les voies de régulation et altérant le système antioxydant cellulaire, ce qui conduit finalement à des dommages cutanés, au vieillissement et au développement du cancer. Les dommages cutanés causés par les ROS sont facilement observables via l'apparition de rougeurs, de rides, de sécheresse cutanée ciblée, de la variabilité de la pigmentation ou de la perte d'élasticité (Fisher et al., 2002).
Parmi les différentes formulations existantes pour le soin de la peau, il est possible de retrouver des formulations classiques de type crème et lotion et des formulations plus novatrices comme les masques tissus ou les patchs directement applicable sur une zone cible et qui gagnent en popularité. Si certaines sociétés ont développé des masques en biocellulose 100% biodégradable limitant légèrement l’impact environnemental des masques, le problème majeur de ces formulations reste la distribution du principe actif qui n’est pas présent directement dans le masque mais uniquement dans le liquide qui l’accompagne et qui est donc ajouté en excès entrainant de nombreuses pertes.
C’est dans ce contexte que s’inscrit ce projet avec une première thèse CosmeStil, actuellement en cours (soutenance prévue octobre/novembre 2025) et le projet de thèse objet de cette demande CosmeCell (début envisagé octobre 2025) dans lequel nous avons souhaité mettre en place une nouvelle méthodologie (modèle cellulaire mimant les interactions potentielles des biomolécules, masques et emballages) permettant de tester des formulations cosmétiques produites de manière à limiter à chaque étape l’impact environnemental tout en assurant une efficacité optimum de la formulation pour le soin de la peau. Dans la première thèse (CosmeStil), la production du principe actif (mélange de stilbènes de la vigne) a été réalisée dans des conditions contrôlées par la culture de Hairy Roots afin de rendre l’extraction (en une seule étape et avec peu de solvants, non toxiques et autorisés dans l’industrie cosmétique – éthanol) répétable et reproductible. Il n’est pas nécessaire d’aller à la molécule pure puisque l’extrait complexe est caractérisé et sa non-cytotoxicité a été contrôlée et sera toujours le même. Le support du principe actif a également été formulé à partir de molécules aux propriétés filmogènes issues de matière naturelle (micro-organismes, végétaux) et récupérées de précédentes productions – récupération de brassins artisanaux trop ancien, résidus de culture – dans le principe même d’une économie circulaire et du recyclage de déchets régionaux. Dans ce nouveau projet de thèse (CosmeCell), l’innocuité de l’ensemble des ingrédients de la formulation sera validée individuellement et une fois formulé. L’originalité principale de cette thèse consistera à développer un modèle de peau 3D in vitro construit à partir d’une culture de kératinocytes afin de déterminer le comportement du principe actif face à l’effet barrière de la peau, c’est-à-dire la quantité de molécules absorbables/métabolisable par la peau, mais également le potentiel santé des masques, sur l’inflammation par exemple. Dans un second temps, la stabilité des produits formulés et des composés actifs sera étudiée pour sélectionner la méthode de conservation.
2) L’état du sujet dans le laboratoire d’accueil.
La thèse se déroulera au sein de l'équipe Sol4Health et en particulier entre l'université de Lille et les collègues de l’UPJV. Les deux laboratoires appartiennent à la même unité mixte de recherche : l’UMR-T BioEcoAgro. Il s'agit d'une structure qui regroupe des chercheurs de l'INRAe, de l'Université de Liège, de l'Université de Lille (ULille) et de l'Université de Picardie Jules Verne (UPJV). Les principales thématiques de recherche développées portent sur : (i) la compréhension du fonctionnement des plantes en milieux naturels ou contrôlés dans le contexte du changement climatique (ii) la bioproduction de biomolécules actives (métabolites et polymères spécialisés d'origine végétale, enzymes et métabolites secondaires d'origine microbienne) (iii) la bioconservation et la formulation des aliments.
Le sujet de thèse proposé s’inscrit dans la continuité d’une thèse qui sera soutenue en 2025 et d’un projet SFR Condorcet 2020 (FLASHBACK) qui a initié la collaboration avec l’équipe de l’UPJV. Ces projets nous ont permis de :
(1) montrer l'innocuité des composés de chaque formulation (extrait végétal, paroi cellulaire de levure)
(2) d'établir une preuve de concept sur la mise en place de masques cosmétiques (réalisation de masques + intégration d'extraits de plantes) – et de valider que cette formulation est économiquement viable.
(3) commencer la mise en place d’un modèle de peau in vitro obtenu à partir de cellules kératinocytes
3) Les objectifs visés, les résultats escomptés.
Dans la continuité d’une première thèse qui se terminera en 2025, la thèse proposée a pour but de :
1 – le développement du modèle de peau 3D (cellules (type kératinocytes) différenciées (immunomarquage)) et le devenir de molécules modèles (type resvératrol – validation).
2- le développement d’une méthodologie pour l’utilisation de ce modèle de peau 3D sur des formulations cosmétiques sèches - Mise en place d’une analyse cellulaire : innocuité des formulations - quantité de molécules adsorbé par les cellules (dosage HPLC) – activation des mécanismes cellulaires antioxydants (étude en qPCR) – étude de l’effet anti-inflammatoire sur cellule de peau
3- l’étude de la stabilité des formulations mises en place au laboratoire : stabilité mécanique et structural de la formulation / maintien de l’activité biologique du principe actif / maintien de l’innocuité et de l’efficacité de la formulation – selon plusieurs modes de conservation / stockage
Cette thèse permettra donc de valider une nouvelle façon de formuler de manière raisonnée des produits cosmétiques basés sur la réponse biologique d’une barrière cellulaire mimant la peau, ce qui n'est pas le cas actuellement, car les principes actifs sont formulés en excès ce qui peut conduire à une réaction cutanée à long terme et une augmentation des coûts de formulation. Ces avancées sur la compréhension du fonctionnement de masques cosmétiques permettront la rédaction de publications scientifiques soumises dans des revues à comité de lecture ainsi que des présentations dans des congrès nationaux et internationaux.
Ces résultats seront également précieux pour d'autres projets de recherche de l'UMR-T. Tout d'abord, par le développement d'un modèle in vitro 2D ou 3D de cellules mimant la peau qui sera utilisable pour le criblage de l’activité et de la biodisponibilité de différents métabolites spécialisés dans des produits cosmétiques mais aussi avec des possibilités de développement agro-alimentaire. Ensuite la validation d'une méthodologie de formulation permettra la valorisation des métabolites dans différents domaines. En effet, ce type de formulation basée sur la valorisation de sous-produits agro-alimentaires, peut être appliquée dans différents domaines emballage alimentaire ou non alimentaires, gélules médicales ou nutraceutiques, biocontrôle, croissance des plantes, matériaux de construction. Il suffira alors d’adapter le principe actif et les molécules du support à la question biologique pour une valorisation industrielle
