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Theses Year : 2020

Evaluation and prediction of antimicrobial activity of preservatives in cosmetic formulas

Évaluation et prévision de l’activité antimicrobienne des conservateurs dans des formulations cosmétiques

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Abstract

Most cosmetic products are susceptible to microbiological spoilage, which is particularly due to the high-water content in its composition, to the room temperature storage and to the consumer usage. The range of usable preservatives is reduced, in particular because of the tightening of the regulation. The objective of this PhD is thus to better understand, predict and optimize the efficiency of the preservation systems in cosmetic formulas. Moreover, we aimed to understand the role of the matrix (composition and structure) on the spatial distribution of Staphylococcus aureus in cosmetic matrices, and to implement a rapid method able to predict the action of the preservatives within these matrices. The Challenge-test is the referenced method for evaluating the antimicrobial protection of a cosmetic product but it has a main limitation which is relative to the time-consuming protocol and to the duration of the whole test.Hence, we first identified the determinants of the spatial distribution of Staphylococcus aureus artificially inoculated in cosmetic formulas using a method combining confocal laser scanning microscopy (CLSM) and image analysis. We demonstrated that the higher the viscosity of the formula and / or the higher the bacterial hydrophobicity, the more heterogeneous the bacterial spatial distribution. The heterogeneity of the spatial bacterial distribution of the formula can induce variability in the enumeration results during Challenge-tests. A rapid method was then developed to assess and predict the action of preservatives in cosmetic formulas. This method is based on both the acquisition by CLSM of bacterial inactivation datasets over short periods of time and the implementation of mathematical inactivation models.Thus, it was possible to predict the number of bacterial logarithmic reductions on long times that are relevant to challenge-test duration. This tool should allow the cosmetic industries to save time in optimizing the antimicrobial protection of cosmetic formulas.
La plupart des produits cosmétiques sont sensibles à la prolifération microbienne, notamment du fait de leur composition riche en eau, de leur conservation à température ambiante et de leur utilisation en plusieurs fois. La gamme de conservateurs utilisables se réduisant, notamment à cause du durcissement de la réglementation, il devient indispensable de déterminer avec précision la capacité de conservation des formules cosmétiques pour prévoir leur durée de vie. Ainsi, l’objectif de cette thèse est de mieux comprendre, de prévoir et d’optimiser le fonctionnement des systèmes conservateurs au sein des matrices cosmétiques. Il s’agira tout d’abord de comprendre le rôle de la matrice (composition et structure) sur la répartition spatiale des microorganismes dans les formules cosmétiques, puis de mettre en place une méthode permettant d’évaluer et de prédire l’action des conservateurs au sein de ces matrices. Le Challenge-test est aujourd’hui encore la méthode de référence pour l’évaluation de la protection antimicrobienne d’un produit cosmétique mais il présente cependant un certain nombre de limites, notamment du fait de la lourdeur des expérimentations et du délai d’obtention des résultats. Nous avons tout d’abord cherché à identifier les déterminants de la distribution spatiale de Staphylococcus aureus, artificiellement inoculés dans des formules cosmétiques, grâce à une méthode associant la microscopie confocale à balayage laser (MCBL) et l’analyse d’images. Nous avons pu montrer que plus la viscosité des formules et/ou l’hydrophobicité des bactéries augmentent, plus la distribution spatiale des bactéries est hétérogène. De plus, nous avons mis en évidence qu’une distribution spatiale hétérogène pouvait induire une variabilité des résultats de dénombrement lors des Challenge-tests. Une méthode rapide a ensuite été développée pour évaluer et prédire l’action des conservateurs dans les formules cosmétiques. Cette méthode est basée sur l’acquisition de données d’inactivation bactérienne obtenues sur des temps courts par MCBL et sur la mise en place de modèles mathématiques d’inactivation. Elle a permis de prédire le nombre de réductions logarithmiques des populations bactériennes sur des temps longs, de même ordre de grandeur que les temps définis dans les challenge-tests. Cet outil devrait ainsi permettre aux industries cosmétiques de gagner du temps dans l’optimisation de la protection antimicrobienne des formules cosmétiques.
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tel-03738124 , version 1 (25-07-2022)

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  • HAL Id : tel-03738124 , version 1

Cite

Samia Almoughrabie. Évaluation et prévision de l’activité antimicrobienne des conservateurs dans des formulations cosmétiques. Microbiologie et Parasitologie. Université Paris-Saclay, 2020. Français. ⟨NNT : 2020UPASA014⟩. ⟨tel-03738124⟩
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