Comment obtient-on du collagène pour un usage en cosmétique ?

Connu pour ses bienfaits hydratants, le collagène de la plupart des produits cosmétiques est généralement extrait à partir de nombreuses espèces animales (oiseaux, bœuf, porc, poissons, lapin, mollusques, poissons, etc.). Il provient de différentes parties d'animaux, dérivées de sous-produits d'abattage, tels que la peau, les tendons, le cartilage, les écailles, les organes internes et les os, qui constituent les principales sources.

Le collagène d'origine animale se heurte à des restrictions religieuses et à des restrictions sanitaires, notamment celle relative à un risque de transmission d'encéphalopathie spongiforme bovine, de grippe aviaire et de fièvre aphteuse.

Quel que soit la méthode choisie, la matière première fraîche ou congelée est passée à l'eau (au moins 3 fois) pour retirer tous les composés indésirables (sang résiduel, graisses, lambeaux de chair, etc.), puis séchée dans un séchoir électrique à froid avant d'être broyée.

L'extraction acide du collagène, la procédure la plus couramment utilisée dans l'industrie, nécessite des traitements préliminaires de déprotéinisation et de déminéralisation. Lors de la déprotéinisation, la matière première brute, préalablement nettoyée, est immergée dans une solution basique (hydroxyde de sodium, hydroxyde de calcium, etc.), qui varie en fonction de l'origine du tissu extrait, à des concentrations élevées jusqu'à 24 heures à 4°C sous agitation. Cette étape permet d'éliminer les protéines non-collagéniques pour obtenir des rendements satisfaisants et un collagène avec un haut degré de pureté sans altérer son intégrité structurelle.

Selon la matière première utilisée, l'échantillon peut être ajouté à une solution d'acide butylique afin d'éliminer l'excès de graisse.

Le bain alcalin est suivi d'un lavage à l'eau pour retirer l'excès de formule basique et d'une filtration pour récupérer les résidus déprotéinisés. Après la déprotéinisation s'ensuit l'étape de déminéralisation afin d'éliminer le maximum de minéraux. Pour ce faire, deux acides peuvent être utilisés : l'acide chlorhydrique (HCl) et l'EDTA, et peut durer jusqu'à 48 heures. La matière première déprotéinisée, déminéralisée et neutralisée est ensuite ajoutée à un formule acide (acide acétique, acide citrique, acide lactique, etc.) et maintenue pendant 24 à 72 heures, en fonction de la matière première, sous agitation constante à 4°C afin de solubiliser le collagène non-réticulé et rompre certaines liaisons.

L'hydrolysat de collagène ainsi obtenu est ensuite soumis à une ultrafiltration afin d'éliminer les gros agrégats non-dissous. Il s'agit d'une méthode de filtration avancée où le liquide est forcé à haute pression à travers une série de membranes/mailles avec des ouvertures microscopiques, afin de garantir une plus grande pureté et une meilleure stabilité du produit, ainsi que minimiser les risques de contamination. Les peptides de collagène de faible poids moléculaire passent de l'autre côté, tandis que les impuretés (traces de métaux lourds, etc.) sont retenues et jetées.

Le surnageant récupéré est ensuite précipité sélectivement par adjonction d'un sel neutre, de préférence du chlorure de sodium (NaCl), pendant au moins 12 heures à basse température sans agitation, avant d'être à nouveau remis en suspension dans de l'acide acétique. Il s'ensuit enfin l'élimination du sel par dialyse au moyen d'un sac à dialyse et le séchage du liquide sous forme de poudre (lyophilisation) par atomisation ou pulvérisation.

Les procédures biologiques utilisant des enzymes sont plus prometteuses que l'hydrolyse chimique. Après des rinçages successifs avec une solution de NaCl et de l'acide acétique pour éliminer les protéines non-collagéniques et les graisses, la biomasse est solubilisée dans une solution d'acide acétique contenant de la pepsine, de l'alcalase, de la papaïne ou toutes autres (48 heures, 20°C, agitation continue) afin d'extraire le collagène. Cette enzyme va venir décomposer les protéines en fragments plus petits (de 3 à 6 KDa) par clivage de certaines liaisons covalentes intra- et intercellulaires

Après ultrafiltration, le substrat protéique récolté est purifié pour une récupération optimale du collagène. Pour ce faire, le collagène dissous est laissée à précipiter avec le NaCl pendant 12 à 24 heures sans agitation. Le culot de collagène recueilli après centrifugation est à nouveau remis en suspension dans une solution d’acide acétique.

Une fois la matière organique purifiée, il subit une dialyse dans de l'eau désionisée à 4°C pendant deux jours. Le collagène a ensuite été lyophilisé par atomisation/pulvérisation. Le produit final est une poudre riche en collagène prêt à être introduire dans les formules cosmétiques pour une utilisation topique.

La solubilité et l'activité fonctionnelle du collagène extrait sont liées au type et au degré d'hydrolyse, ainsi qu'au type d'enzyme utilisé dans le processus.

L'extraction ultrasonique est une méthode mécanique qui utilise l'énergie des ondes sonores générées à une fréquence supérieure à la capacité auditive des êtres humains (> 16 kHz). Les ondes générées par la cavitation ultrasonique vont briser les structures cellulaires et induire le transfert du collagène dans le milieu. Seul, l'ultrasonication peut provoquer la

Les ondes ultrasoniques sont souvent combinées à un traitement enzymatique.

Dans ce cas, la matière première de n'importe quelle source est placée dans une solution d'acide acétique contenant de la pepsine et soumise à une irradiation ultrasonique douce pour isoler le collagène. Avec l'intensité ultrasonore, ce système est connue pour augmenter l'activité enzymatique des protéases, mais aussi provoquer l'ouverture des fibrilles de collagène et favoriser la dispersion des des agrégats enzymatiques volumineux dans la solution de façon homogène, ce qui facilite la diffusion des molécules de pepsine vers la surface du substrat de collagène et l'hydrolyse des fibrilles qui s'ensuit.

Le collagène végétal utilisé dans nos soins correspond à des fragment de collagène de type I recombinant, qui provient de plantes sauvages transgéniques (biotechnologie végétale). La Nicotiana benthamiana est celle utilisée pour servir de support. Pour ce faire, un fragment du collagène humain de type I, la forme prédominante dans la peau, a été cloné et transcrit in vitro avant d'être inséré dans le cytoplasme des cellules de la plante.

• SUZUKI N. & al. Collagen of the skin of ocellate puffer fish (Takifugu rubripes). Food Chemistry (2002).

• KONNO K. & al. Properties of collagen from skin, scale and bone of carp (Cyprinus carpio). Food Chemistry (2009).

• LIN W. & al. Ultrasonic irradiation in the enzymatic extraction of collagen. Ultrasonics Sonochemistry (2009).

• LEE N. H. & al. Effects of ultrasonic treatment on collagen extraction from skins of the sea bass Lateolabrax japonicus. Food Science and Technology (2012).

• ZHOUG P. & al. Effects of alkaline pretreatments and acid extraction conditions on the acid-soluble collagen from grass carp (Ctenopharyngodon idella) skin. Food Chemistry (2015).

• DEMIATE I. M. & al. Collagen extraction process. International Food Research Journal (2016).

• NAING M. W. & al. Production of recombinant collagen: state of the art and challenges. Engineering Biology (2017).

• NOURANI M. R. & al. Extraction and characterization of collagen with cost-effective method from human placenta for biomedical applications. World Journal of Plastic Surgery (2019).

• FAUZI M. B. & al. A comprehensive review on collagen type I development of biomaterials for tissue engineering: From biosynthesis to bioscaffold. Biomedicines (2022).

• HUDA N. & al. Extraction and characterization of bioactive fish by-product collagen as promising for potential wound healing agent in pharmaceutical applications: Current trend and future perspective. International Journal of Food Science (2022).