La peau : une barrière naturelle anisotrope

La couche la plus extérieure de la peau, le stratum corneum, constitue la barrière la plus externe de l’organisme qui le protège de l’environnement (fluides, produits chimiques, germes) et limite la déperdition d’eau. La peau subissant de fortes contraintes mécaniques et étant sujette à un renouvellement rapide des cellules (3 semaines), l’efficacité de cette barrière résulte de l’adhésion et des propriétés mécaniques des cellules qui la constituent. Ces cellules, appelées cornéocytes, sont aplaties, de taille typique 40µm et d’épaisseur 0.2µm. Si l’adhérence des cellules qui assure la cohésion du tissu est à la base du mécanisme protecteur, est-il possible de mesurer ces forces d’adhérence ?

Dans le cadre d’une collaboration avec L’Oréal, des chercheurs du LPENS (ENS/CNRS/Sorbonne Université/Univ. Paris Diderot) ont réussi à mesurer les forces de détachement de cornéocytes individuels du stratum corneum. L’équipe a développé de nouveaux ressorts cantilevers en verre, et a fixé une extrémité sur le stratum corneum. En tirant sur l’autre extrémité, les chercheurs ont réussi non seulement à quantifier l’adhésion des couches superficielles de cellules mais aussi celles des couches profondes. Leur technique permet de distinguer les forces d’adhésion entre cellules contiguës (Fig. 1) d’un même plan (intra-planaires), et celles liant les cellules de différentes couches (inter-planaires).

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Figure 1 : Mesure de la force de détachement de deux cellules adhérant par leurs bords. a) les deux cellules en contact, celle du haut collée sur un cantilever, celle du bas collée sur un substrat ; la zone de contact des deux cellules est visible et indiquée par une flèche ; b) les deux cellules après séparation.

À la surface du stratum corneum, les forces de détachement varient de plus d’un ordre de grandeur d’un corneocyte à son voisin. En moyenne, les chercheurs ont montré que les forces de cohésion entre celles d’un même plan sont nettement plus grandes que les forces inter-planaires. Cette anisotropie explique la forte résistance mécanique de la peau, et favorise son imperméabilité. En inspectant les couches plus profondes, les forces d’adhésion augmentent (Fig. 2), mais la différence entre les forces inter et intra-planaires s’estompe.

Ces résultats sont en accord avec des observations montrant que la dégradation des protéines à l’origine de l’adhésion des cellules est plus forte sur la face des cellules que sur leur périphérie.
Cette technique expérimentale d’étude de forces peut être généralisée à l’étude du rôle protecteur d’autres tissus biologiques comme l’épithélium ou les tissus végétaux.

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Figure 2 : Forces de détachement de deux cellules adhérant par leurs bords en fonction de la profondeur dans le stratum corneum (1ère, 5ème, 10ème couches)

En savoir plus :
Guo et al., Anisotropic cellular forces support mechanical integrity of the Stratum Corneum barrier, Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials, 92 (2019) 11–23

Informations complémentaires :
Laboratoire de Physique de L’Ecole normale supérieure (LPENS, ENS Paris/CNRS/Sorbonne Université/Univ. Paris Diderot)


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