Le silicium est un oligo-élément indispensable au développement des organismes vivants. Chez l’homme, on le retrouve dans les tissus conjonctifs comme les os, les tendons, les ligaments, les vaisseaux sanguins, la peau... Il est également impliqué dans la solidité et l’élasticité des tissus kératinisés tels que les cheveux et les ongles.
Dès les années 70, il a été observé que le silicium participe à la minéralisation osseuse, qu’il réduit les risques de maladies cardio-vasculaires en contribuant à l’élasticité des vaisseaux sanguins et qu’il possède des vertus protectrices contre certaines maladies neurodégénératives (1). De plus, le silicium génère des interactions avec les fibres de kératine et renforce ainsi cheveux et ongles (2).
Au niveau de la peau, on retrouve le silicium dans tous les compartiments et les données empiriques suggéraient des interactions avec les fibroblastes, les fibres de collagènes et les glycosaminoglycanes (GAG) assurant les capacités biomécaniques de la peau. L’accès aux technologies exploratoires « Hi-Tech » a permis à Exsymol d’apporter de nouveaux éléments de compréhension.
Diminution du silicium avec l’âge
Le corps possède un capital silicium qui décroit avec l’âge (3,4) et il a été montré que ce déficit pouvait être comblé par une supplémentation orale en silicium qui améliore la qualité des cheveux, des ongles et de la peau (2). Cependant, la forme de silicium présente dans les aliments est mal absorbée et elle se distribue dans l’ensemble de l’organisme. Les compléments alimentaires contenant du silicium organique, au même titre qu’une alimentation saine et équilibrée riche en silicium, semblent présenter des limites, pour agir plus directement sur la structure de la peau. Dès lors, pour augmenter spécifiquement la quantité de silicium dans la peau afin d’en améliorer la qualité, une application topique devenait pertinente. Toutefois, les formes les plus communes de silicium pénètrent assez mal la barrière cutanée.
Les silanols, topiquement biodisponibles
En 1970, on rapporte à Jean Gueyne que des contacts manuels répétés avec de la silice semblaient améliorer la qualité de la peau des mains. Il fonde alors Exsymol avec Marie-Christine Seguin et c’est en 1974 que naissent les premiers silanols, des formes de silicium topiquement plus biodisponibles. Puis, au vu de l’extrême pauvreté de données bibliographiques sur les effets spécifiques du silicium sur la peau, Exsymol se lance dans l’étude de ses mécanismes d’action au niveau cutané. Gamme emblématique et originale de la société monégasque, les silanols sont des actifs cosmétiques composés d’un cœur de silicium organique – le méthylsilanetriol (MTS) – associé à des molécules actives ayant un intérêt cosmétique comme la caféine, l’acide hyaluronique ou encore l’acide salicylique (Figue 1). Les possibilités sont multiples grâce au savoir-faire d’Exsymol. Le MTS est une forme de silicium capable de mieux pénétrer la barrière cutanée, mais il reste relativement instable car susceptible de polymériser en silicone. Le combiner à une molécule crée une synergie d’activité. Le silicium est stabilisé et améliore à son tour la pénétration et la biodisponibilité de la molécule associée.
Bénéfices cutanés
Au niveau de la peau, des études précliniques et cliniques ont démontré que le silicium possède une activité pro-cicatrisante et anti-âge en réduisant les rides grâce à son action restructurante sur la matrice extracellulaire (57). Néanmoins, le mode d’action du silicium restait mal connu.
Effets sur différents types cellulaires
Afin d’identifier les effets des silanols, les laboratoires de recherche d’Exsymol ont mené des tests sur différents types de cellules de la peau. Les kératinocytes traités avec du MTS ont démontré une augmentation de la synthèse d’acide hyaluronique, une prolifération accrue ainsi qu’une meilleure capacité de migration pour une cicatrisation optimisée.
Au niveau des fibroblastes, le MTS stimule la production de fibres de collagène et augmente le nombre de leurs points d’adhérence (Figure 2) aux fibres de la matrice extracellulaire (MEC) ce qui confère à la peau une plus grande densité, une meilleure souplesse et une élasticité retrouvée.
Au niveau de l’hypoderme, les adipocytes voient leurs activités lipolytique et lipogénique modulées. Le MTS permet une normalisation de leur métabolisme pour un contrôle optimal de la quantité de graisse stockée. Les silanols contribuent ainsi à une peau plus ferme.
Des modèles 3D à la clinique
Le rôle structural des silanols a été étudié à l’aide de modèles biologiques plus complexes (épidermes reconstruits, peaux entières reconstruites, explants de peau humaine). Ces analyses mettent en évidence qu’un traitement topique avec un silanol permet au silicium de pénétrer dans la peau pour agir en profondeur.
Par des techniques d’histologie diverses, il a été possible de démonter que le MTS augmente l’épaisseur et la qualité de l’épiderme. La fonction barrière est améliorée pour une peau mieux protégée et plus hydratée. Dans le derme, un traitement topique avec un silanol augmente la quantité de fibres de collagène (Figue 3A).
Ces observations ont été confirmées par les études cliniques où la peau est densifiée, plus souples, plus élastique entrainant ainsi le comblement des rides (Figure 3B, C). De plus, en organisant des interactions entre les fibroblastes, les fibres de collagène, d’élastine et des glycosaminoglycanes (GAG), les silanols permettent globalement à la peau de retrouver sa fermeté et son élasticité altérées au cours du vieillissement (Figure 3C).
A) Microphotographies d’explants de peau humaine issus de donneurs âgés traités par un silanol en application topique pendant 9 jours. L’épiderme (en rose) retrouve une épaisseur normalisée, et les fibres de collagène (en bleu) sont plus nombreuses pour un derme plus dense.
B) Microphotographies de rides de la patte d’oie, après 28 jours de traitement avec un silanol.
C) Photographies représentatives d’une patiente ayant bénéficié d’un traitement avec un silanol pendant 28 jours. Les rides sont comblées (flèches) et le contour du visage est redéfini (pointillés).
Techniques Hi-Tech
Grâce à l’accessibilité pour la dermocosmétique de techniques « Hi-Tech » complexes de détection et d’analyse (SIMS, AFM, MET…), Exsymol a fait des avancées essentielles dans la compréhension des effets du silicium dans la peau.
La technologie SIMS (Secondary Ion Mas Spectrometry) permet d’identifier la composition élémentaire, isotopique ou moléculaire d’un tissu. L’utilisation de cette technologie sur des biopsies de peau a permis pour la première fois de suivre la répartition du silicium dans les différents compartiments cutanés suite à une application topique de silanol. Ces études ont mis en évidence une augmentation de la quantité de silicium dans l’épiderme et le derme (Figure 4).
L’utilisation de la microscopie électronique à transmission (MET) a permis d’explorer plus finement les effets du vieillissement sur la structure du derme. Le vieillissement est responsable de la disparition de structures à haute densité de collagène dont le rôle est d’assurer la fermeté et l’élasticité de la MEC (Figure 5A, flèches vertes vs. bleues). Après un traitement durant 48h d’un explant de peau avec un silanol, les fibres de collagène sont plus nombreuses et organisée en amas denses.
La microscopie à force atomique (AFM, Atomic Force Microscopy) est une technique de pression et de contact à l’échelle nanométrique. Les fibroblastes âgés perdent à la fois leur capacité à lier les fibres de collagènes et à se contracter. Ce phénomène engendre une perte des propriétés biomécaniques de la peau. Le traitement avec un silanol restaure les forces de tension des fibroblastes (Figure 5B) tout en assurant le bon agencement des fibres de collagène (Figure 5C). Ces observations ont mis en évidence l’effet surprenant des silanols sur l’organisation des fibres du derme papillaire. Au cours du vieillissement, celles-ci présentent une forte perte d’anisotropie par rapport à une peau jeune avec un alignement et un épaississement des faisceaux de fibres de collagène. Un traitement avec un silanol permet de retrouver l’anisotropie des fibres d’une peau jeune. La peau est ainsi restructurée (Figure 5C).
A) Photographies obtenues par MET d’explants issus de donneurs jeunes ou âgés ayant reçu ou non un traitement avec un silanol pendant 48 h. Les fibres de collagène sont nombreuses et organisées en amas denses (flèches vertes) qui disparaissent avec l’âge (flèche bleues). L’AFM permet de mesurer la force d’adhérence des fibroblastes aux fibres de collagène (B), et de visualiser l’organisation dans la matrice des fibres de collagène (C).
Conclusion
Les silanols sont des actifs cosmétiques capables de supplémenter la peau en silicium. Ils stimulent l’activité des cellules de la peau et participent de manière essentielle à l’organisation de la MEC et donc à la qualité de la peau dans sa globalité.
Les observations empiriques plaçant le silicium comme un élément essentiel dans l’homéostasie de la peau nécessitaient un nouvel éclairage pour la compréhension des différents mécanismes d’action impliqués. Les technologies « Hi-Tech » ont permis à Exsymol d’explorer toujours plus avant les mécanismes inhérents aux silanols et à leurs effets sur la peau, notamment dans le domaine de la biomécanique. Ces travaux viennent encore renforcer notre expertise et notre compréhension du rôle du silicium, et particulièrement des silanols, dans la peau. En association avec des molécules phares reconnues en dermocosmétique, telles que l’acide hyaluronique, l’acide ascorbique, la caféine ou encore l’acide salicylique, les silanols créent des synergies à l’efficacité démontrée sur la longévité et la beauté de la peau.
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Auteurs :
Emmanuel COSTE, Responsable Communication Scientifique, Exsymol
Lionel VALENTI, Responsable Scientifique, Exsymol
Pierre-Gilles MARKIOLI, Responsable Evaluation, Exsymol
Références :
1) Götz W et al., 2019. Pharmaceutics, 11, 117 : 1-27.
2) Barel A et al., 2005. Arch Dermatol Res , 297 :147–153.
3) Bissé E et al., 2005. Anal Biochem 337: 130-5.
4) Jugdaohsingh R et al., 2015. Bone, 75 : 40-48.
5) Schwarz K, 1973. PNAS, 70 : 1608-16012.
6) Reffitt DM et al., 2003. Bone, 32 : 127-135
7) Deglesne P-A et al., 2018. Medical Devices : Evidence and Research, 11 : 313–320.
