Les cellules souches végétales et leurs applications : un accent particulier sur leurs produits commercialisés

1 Amity Institute of Pharmacy, Amity University, Noida,Uttar Pradesh 201313, Inde

2 Département de Botanique, Université Ege, Izmir, Turquie

Résumé

tiges de cistanche

Introduction

Les cellules souches végétales sont des cellules naturellement indifférenciées présentes dans les tissus méristématiques, leur fournissant de la vitalité et un approvisionnement régulier en cellules précurseurs qui se différencient plus tard en différentes parties ou tissus (Batygina 2011). Les deux sources vitales de cellules souches chez les plantes sont les tissus méristématiques apicaux et latéraux (Dodueva et al. 2017). Les traits caractéristiques de ces cellules sont l'auto-renouvellement et la capacité à créer des cellules différenciées (Xu et Huang 2014). Les cellules souches végétales ne subissent pas le processus de vieillissement et de sénescence, elles subissent une différenciation pour former des cellules spécialisées et non spécialisées. Ceux-ci ont à leur tour le potentiel de se développer en n'importe quel organe ou tissu. Par conséquent, les cellules souches végétales sont appelées cellules totipotentes. De telles cellules ont le potentiel de se régénérer et ainsi d'entraîner la formation de nouveaux organes au cours de la vie d'une espèce (Dinneny et Benfey 2008). Les cellules souches végétales sont une forme d'adaptation mais en raison de leur immobilité, il est difficile pour les plantes de contrer les stimuli dangereux et stressants. Il a été émis l'hypothèse que les cellules souches aident les plantes à survivre à des conditions extérieures difficiles, préservant ainsi la vie végétale (Sena 2014). Ces cellules sont différenciées selon leur action (tableau 1) (Crespi et Frugier 2008 ; Kretser 2007 ; Sablowski 2007 ; Verdeil et al. 2007 ; Vijan 2016) ou leur localisation (tableau 2) (Bäurle et Laux 2003 ; Byrne et al 2003 ; Stahl et Simon 2005).

Propagation de cellules souches végétales en culture

Certains des facteurs importants contribuant au maintien des cellules souches dans les plantes sont connus. Ceux-ci incluent les signaux transmis par le microenvironnement et le contrôle épigénétique des cellules souches d'une manière similaire à celle des mammifères (Weigel et Jürgens 2002). Les cellules souches végétales matures sont constituées de cellules souches totipotentes capables de se régénérer en une toute nouvelle plante. La technique de culture de tissus végétaux est axée sur le processus de propagation des cellules souches végétales entraînant soit la formation d'une toute nouvelle plante ou tissu, soit des types spécifiques de cellules individuelles dans la culture dans le but de récolter les métabolites végétaux (Sang et al. 2018 ). Cette technique permet de standardiser la production de matériel végétal dans des conditions stériles, indépendamment des contraintes environnementales. Presque tous les tissus végétaux peuvent être utilisés pour initier la culture tissulaire (Takahashi et Suge 1996). Le matériel tissulaire obtenu pour la culture est appelé un explant, dont la surface coupée fournit la zone nécessaire pour de nouvelles cellules. Cela s'apparente à une réaction de cicatrisation. Les cellules se dédifférencient davantage, perdant les caractéristiques distinctives des cellules végétales normales pour créer une masse cellulaire incolore appelée cal, dans laquelle les cellules souches sont comparables à celles des régions méristématiques. Les cellules calleuses sont cultivées sous forme de cellules individuelles ou de petits groupes de cellules dans une culture liquide pour un rendement plus élevé (Imseng et al. 2014 ; Pavlovic et Radotic 2017 ; Perez-Garcia et Moreno Risueno 2018). Les différentes étapes et techniques impliquées dans le processus de propagation et d'extraction des cellules souches des plantes sont illustrées à la Fig. 1.

Cistanche tubulosa anti-âge

Potentiel des cellules souches végétales

Les tendances émergentes en cosmétique incluent les crèmes anti-âge composées de complexes à base de plantes dérivés de Mirabilis jalapa et du fruit de la groseille indienne Phyllanthus Emblica (Choi et al. 2015). En plus de ceux-ci, certains produits capillaires à base de menthe poivrée sont également dérivés en utilisant la technique de culture de cellules végétales (Barbulova et Apone 2014). Certains produits consistent en une combinaison de constituants à base de cellules souches végétales et humaines, la tropoélastine étant le constituant dérivé de cellules souches embryonnaires humaines. De nombreux fabricants de cosmétiques revendiquent l'utilisation de la technologie des cellules souches dans leurs produits (Schmid et al. 2008). Les cosmétiques professionnels de soin de la peau sont constitués de dérivés actifs d'extraits de cellules souches végétales et non de cellules souches végétales vivantes. Ainsi, les effets revendiqués tels qu'une peau lisse et ferme sont dus à la présence d'antioxydants dans les extraits de plantes (Schmid et al. 2008). Des composants végétaux importants tels que des composés antioxydants et anti-inflammatoires se trouvent dans diverses plantes comme le raisin (Vitis vinifera), les lilas (Syringa vulgaris) et les pommes suisses (Uttwiler spatlauber). Les cosmétiques contenant ces extraits sont capables de présenter une action photo-protectrice contre les dommages induits par les rayons UV (Reisch 2009). Les composés antioxydants à base de fruits comme l'anthocyane et la curcumine se trouvent respectivement dans le raisin et le curcuma, tandis que les cellules souches de pomme sont considérées comme riches en phytonutriments tels que les caroténoïdes et les flavonoïdes (Prhal et al. 2014). Plusieurs autres sources botaniques sont actuellement développées en tant que produits cosmétiques, telles que la tomate (Solanum Lycopersicum), la pomme du verger (Malus Domestica), le gingembre (Zingiber of canale), la chicouté (Rubus chamaemorus), l'edelweiss (Leontopodium nivale) et les bourgeons d'arganier. (Argania Spinosa), etc. (Georgiev et al. 2018 ; Tito et al. 2011 ; Fu et al. 2001).

Comparaison entre les cellules souches végétales et animales

Les cellules souches sont un groupe de cellules indifférenciées, capables de former une variété de cellules spécialisées, agissant ainsi comme une clé maîtresse. De telles cellules sont impératives pour la croissance et la génération de tissus. Chez les mammifères, le plus grand inconvénient des cellules souches est que les cellules spécialisées sont incapables de revenir à leur état indifférencié d'origine. Cette limitation est surmontée dans le cas des cellules souches végétales qui sont capables de revenir à leur état d'origine sans aucune manipulation externe. Les plantes entreprennent un processus naturel de reprogrammation afin de reconstituer leurs cellules souches (Heidstra et Sabatini 2014). Même si les protéines des systèmes de cellules souches de mammifères et des systèmes de cellules souches végétales varient en nature, des similitudes majeures peuvent être observées dans la manière dont elles interagissent les unes avec les autres. Par exemple, le processus par lequel les cellules souches se renforcent ou s'affaiblissent (Zubov 2016 ; Greb et Lohmann 2016). Les cellules animales sont susceptibles de revenir à un état de cellule souche à la suite d'une manipulation externe. Cependant, le processus implique des étapes telles que l'augmentation de la concentration de protéines spécifiques qui le rendent extrêmement délicat et complexe. En acquérant une meilleure compréhension des raisons conduisant à une manipulation facile des cellules végétales par rapport aux cellules animales, le potentiel clinique de la reprogrammation cellulaire chez l'homme peut être amélioré (You et al. 2014). Les formules mathématiques peuvent être utilisées comme un outil efficace pour effectuer l'analyse des interactions se produisant entre les protéines au cours de l'évolution des cellules souches, ainsi que les interactions se produisant entre les protéines et les gènes liés au processus de formation des cellules souches (Sablowski 2004) (fig. 2).

Cellules souches végétales vs extraits de cellules souches végétales

De nombreux fabricants de cosmétiques affirment que leurs produits contiennent des cellules souches alors qu'en réalité ils contiennent des extraits de cellules souches et non des cellules souches vivantes. La terminologie est un facteur important en termes d'allégations faites par les fabricants de cosmétiques. Afin d'avoir un aperçu de l'allégation « cellule souche végétale » faite par les fabricants, il est nécessaire de comprendre les ingrédients des produits cosmétiques. Cela peut impliquer l'utilisation de cellules souches extraites de cellules primitives (Lohmann 2008). Diverses entreprises de fabrication de produits de soins de la peau et de cosmétiques commercialisent leurs produits en prétendant utiliser la technologie des cellules souches à des fins différentes. Un tel exemple est Image Skincare qui propose une série de produits tels que des sérums anti-âge, des crèmes éclaircissantes, des nettoyants éclaircissants et des lotions (Draelos, 2012). De plus, certains produits à base de cellules souches comme le sérum Dermaquest Stem cell 3D HydraFirm, le sérum Peptide Eye Firming, etc. sont commercialisés avec l'affirmation de contenir des cellules souches dérivées de plantes telles que le gardénia (Gardenia jasminoides), l'échinacée (Echinacea purpurea), le lilas (Syringa vulgaris) et orange (Citrus sinensis) (Barbulova et Apone 2014). Les preuves scientifiques issues de la recherche sur les cellules souches végétales utilisées dans les soins de la peau montrent leur potentiel en tant qu'agents protecteurs, anti-âge et anti-rides de la peau. Cependant, les cellules souches utilisées dans les formulations cosmétiques sont déjà mortes. Les extraits de cellules souches n'agissent pas de la même manière que les cellules souches actives. Les avantages armés d'une peau lisse et ferme sont dus à la présence d'autres produits végétaux bénéfiques tels que les antioxydants et les extraits actifs de cellules souches. Afin d'obtenir tous les résultats authentiques et positifs des cellules souches et de les laisser fonctionner conformément à leurs applications décrites dans les produits de soin de la peau, elles doivent être incorporées en tant que cellules actives et doivent le rester dans les formulations cosmétiques (Reisch 2009).

extrait de cistanche anti-inflammatoire

Applications Protéger les cellules souches humaines

Les cellules extraites du sang présent dans le cordon ombilical sont une source éthiquement acceptée de cellules souches d'origine humaine. L'extrait de cellules souches de l'espèce Uttwiler spatlauber a été étudié et observé pour son effet sur la croissance des cellules souches obtenues à partir de sang de cordon ombilical dans deux études différentes. La première étude visait à observer l'effet des cellules extraites sur l'activité proliférative des cellules souches humaines. Il a été observé que l'effet était dépendant de la concentration. La deuxième expérience a été réalisée en maintenant les cellules souches dans un environnement stressé en utilisant la technique d'irradiation avec une lumière UV comme source de longueur d'onde appropriée. Il a été conclu que 50 % des cellules cultivées dans le milieu de croissance seul sont mortes, alors que les cellules cultivées en présence d'un extrait de cellules souches d'Uttwiler spatlauber n'ont subi qu'une faible perte en termes de viabilité ( Schmid et al. 2008).

Inverser les signes de sénescence dans les cellules fibroblastiques

La sénescence est décrite comme un processus naturel dans lequel après s'être divisée 50 fois (environ), la cellule perd sa capacité à subir d'autres divisions. Cependant, la sénescence peut également se produire plus tôt dans le cycle de vie d'une vie cellulaire à la suite d'un traumatisme sous-jacent tel qu'une réponse corrective à l'ADN cellulaire endommagé. La sénescence prématurée peut être considérée comme une atrocité surtout lorsqu'elle frappe les cellules souches car elles sont impératives pour le processus de régénération des tissus. Un modèle cellulaire pour démontrer et prévenir la sénescence prématurée a été développé à partir de cellules fibroblastes. Après un traitement avec du peroxyde d'hydrogène pendant une période de 2 h, des signes typiques de sénescence ont été observés dans les cellules. Ce modèle a été développé afin d'établir l'activité anti-sénescence de l'extrait de cellules souches d'Uttwiler spatlauber (Fig. 3) (Schmid et al. 2008).

Retarder la sénescence dans les follicules pileux isolés

Les follicules de cheveux humains sont isolés par le processus de microdissection à partir de fragments de peau laissés après la procédure de chirurgie de lifting. À cette fin, les follicules qui existent dans leur phase anagène sont utilisés. Les follicules pileux peuvent être assimilés à un système de mini-organes mimant le modèle naturel de co-culture de cellules souches d'origine épidermique et mélanocytaire ainsi que de cellules différenciées. Ces follicules sont conservés dans un milieu de croissance dans lequel on les laisse s'allonger pendant une période de 14 jours, après quoi les cellules folliculaires entrent soit en phase de sénescence, soit subissent le processus d'apoptose, c'est-à-dire la mort cellulaire programmée. En raison du manque de circulation sanguine, les follicules pileux isolés sont incapables de vivre et de se développer plus longtemps. Cependant, des follicules pileux isolés sont testés afin de déterminer les activités responsables d'un retard dans le processus de nécrose (Fig. 4) (Schmid et al. 2008 ; Nishimura et al. 2005).

Effet anti‑rides

L'activité anti-rides de PhytoCellTec™ Malus Domestica a été établie au cours d'un essai clinique qui s'est déroulé sur une durée de 4 semaines. Une crème constituée d'un extrait de PhytoCellTec™ Malus Domestica à 2 % a été administrée deux fois par jour sur les pattes d'oie. La profondeur de la ride a été analysée à l'aide du système PRIMOS après des intervalles de temps définis afin de déterminer l'effet de la crème. Des photographies numériques de la zone des pattes d'oie ont été prises avant l'administration de la crème et comparées à celles prises à la fin de l'étude. Il a été rapporté que l'application de la crème PhytoCell TecTMMalus Domestica réduisait nettement la profondeur de la ride après une période de 2 semaines puis 4 semaines. L'effet peut être démontré efficacement en créant des images 3D des sujets à des fins de comparaison. L'activité anti-rides peut également être observée au moyen de photographies numériques (Fig. 5) (Schmid et al. 2008 ; Sengupta et al. 2018).

Bénéfice de l'extrait de cistanche tubulosa : anti-âge

Produits commercialisés

Les extraits de cellules souches obtenus à partir de plantes par diverses techniques d'extraction sont actuellement utilisés à la fois pour la production de produits cosmétiques de routine (utilisés quotidiennement par les consommateurs) ainsi que pour les produits cosmétiques de soins professionnels. Il s'agit d'agents blanchissants comme l'arbutine, un principe actif obtenu à partir de la plante Catharanthus roseus, et de divers pigments phytologiques comme le carthame et la savure obtenue à partir de C.tincorius. Des cellules souches obtenues à partir d'une espèce rare de pomme cultivée en Suisse possèdent d'excellentes propriétés de conservation. Cet extrait de cellules souches de pomme cultivées a été obtenu à la suite d'un processus d'extraction impliquant la lyse des cellules végétales sous homogénéisation à haute pression (Oh et Snyder 2013 ; Trehan et al. 2017). La société de cosmétiques Mibelle AG Biochemistry à Buchs, en Suisse, a mené des expériences dans lesquelles des cellules de fibroblastes humains ont été incubées et des symptômes caractéristiques de dommages à l'ADNc ont été induits dans ces cellules cultivées dans un extrait à 2% de cellules souches Uttwiler spatlauber. Ces cellules souches étaient capables d'inverser le processus de vieillissement des fibroblastes cutanés en provoquant une régulation à la hausse de divers gènes essentiels à la prolifération et à la croissance des cellules et en stimulant également l'expression de l'enzyme antioxydante requise connue sous le nom d'héméoxygénase{{5} }. Cette expérience a également établi l'efficacité de l'amélioration de la durée de vie des cellules souches dérivées du sang du cordon ombilical et de l'augmentation de la viabilité

de follicules pileux humains isolés (Schmid et al. 2008). Un autre produit développé en utilisant une méthode de production compétente impliquait des cellules de chicouté (Rubus chamaemorus). Dans ce cas, des bioréacteurs provenant de cals enracinés et de cultures en suspension de Rubus chamaemorus avaient été utilisés dans lesquels Murashige et Skoog étaient les milieux opulents en phytohormones telles que la kinétine et l'acide -naphtalène acétique. Les produits cellulaires de chicouté obtenus par cette méthode étaient susceptibles d'être utilisés comme matière première dans l'industrie cosmétique à grande échelle. Ce processus standardisé était une technique prospective pour la fabrication durable de cellules fraîches ou d'extraits de fractions cellulaires, de composés isolés ayant de puissantes activités biologiques, de produits cellulaires lyophilisés, de parfums ou de colorants, etc. (Martinussen et al. 2004). Les cellules souches cultivées à partir de cellules de tomate (Lycopersicon esculentum) se sont révélées posséder un énorme potentiel en termes de protection de la peau contre les effets indésirables dus à la toxicité des métaux lourds. Un principe actif cosmétique hydrophile a été fabriqué à partir de cultures liquides de L.esculentum avec des concentrations comparativement plus élevées de certains composants tels que les flavonoïdes et les acides phénoliques comme la rutine, les acides coumarique, protocatéchuique et chlorogénique.

Cet extrait de cellules souches de tomate avait une teneur plus élevée en antioxydants et phytochélatines chélatrices qui sont responsables de la chélation des métaux lourds. Cela capture à son tour les métaux et prévient les dommages potentiels aux matériaux cellulaires et aux organites. Il a également été observé que l'extrait obtenu par cette méthode présentait d'autres applications phénoménales dans le domaine des cosmétiques de soin de la peau dans le but de favoriser la croissance et le maintien d'une peau saine (Tito et al. 2011). Le gingembre raffiné (Zingiber Officinale) est constitué de cellules actives de plantes en réalisant un mélange biotechnologique particulier de dédifférenciation des cellules végétales et d'une culture de cellules végétales qui est chargée de contrôler la synthèse des molécules actives à l'intérieur de la cellule. Dans une étude clinique réalisée par le fabricant, il a été observé que les femmes montraient des signes d'amélioration de 50 % de la structure de leur peau grâce à la réduction des pores et à un effet matifiant. Cet effet a été renforcé par une réduction conséquente de la brillance de leur peau ainsi qu'une réduction significative du sébum. Une augmentation de la synthèse des fibres d'élastine dans la peau a été observée dans des tests in vitro qui ont par conséquent réduit le taux de production de sébum (Trehan et al. 2017).

L'Institut de recherche biotechnologique a examiné l'activité anti-collagénase protectrice et puissante ainsi que l'activité hyaluronidase d'un composant anti-âge obtenu à partir d'extraits de cellules souches d'edelweiss (Leontopodium alpinum). Il est riche en acides léontopodiques A et B, responsables d'un effet antioxydant fort et puissant sur la peau (Trehan et al. 2017). La technologie brevetée des cellules souches offerte par XtemCell utilise les cellules végétales actives d'une plante rare et organique riche en nutriments afin de pouvoir créer de nouvelles cellules hautement pures et riches en nutriments. La technologie brevetée promet des concentrations élevées de lipides, de protéines, d'acides aminés et de phytoalexines à la suite du processus d'extraction, contrairement aux techniques d'extraction chimique conventionnelles. Dans les études cliniques réalisées par le fabricant, il a été établi que les cellules actives utilisées dans les produits XtemCell étaient absorbées presque instantanément dans les cellules les plus externes de l'épiderme ; permettant ainsi un renouvellement rapide des cellules de la peau, augmentant l'absorption des nutriments et augmentant le nombre de protéines de filaggrine dans la peau. Ceux-ci sont chargés de protéger la peau de tout autre dommage causé par l'exposition au soleil et le vieillissement (Trehan et al. 2017).

Marché mondial

Les cosmétiques à base de cellules souches végétales sont considérés comme l'un des marchés les plus diversifiés et les plus ambitieux, composé d'un grand nombre de fabricants ayant des enjeux importants et des marques de premier plan liées à l'industrie cosmétique. Les noms dominants sur ce marché sont le groupe d'industries Mibelle, les cosmétiques L'Oréal, Estee Lauder, Channel 21, Christian Dior, Clinique cosmeceuticals, MyChelle Dermaceuticals, Juice Beauty et Intelligent Nutrients (Oh et Snyder 2013). Les principaux mouvements sur le marché des cosmétiques sont les suivants :

• Augmentation de la demande de cosmétiques à base de cellules souches végétales dans les régions tropicales en raison de l'exposition aux rayons UV nocifs et d'une augmentation conséquente du risque de vieillissement (Blanpain et Fuchs 2006).

• Désir de nutriments pouvant être directement absorbés par la membrane de la peau pour répondre aux besoins nutritionnels et d'hydratation de la peau en créant une demande accrue de cosmétiques à base de cellules souches végétales (Barthel et Aberdam 2005). • Au cours des dernières décennies, les procédures esthétiques, anti-âge et autres se concentraient uniquement sur les femmes. Cependant, les produits cosmétiques récents disponibles dans le commerce ont également ciblé la population masculine (Trehan et al. 2017).

Conclusion et perspectives d'avenir

Les cellules souches végétales et les technologies connexes sont des sujets imminents dans les industries thérapeutiques et cosmétiques. Les cellules souches végétales ont un large éventail d'applications dans les deux domaines, mais leur véritable potentiel reste encore inexploré en raison d'un manque de preuves scientifiques et d'une grande variété de forums disponibles à des fins expérimentales. L'utilisation d'extraits de plantes et de leurs parties telles que fruits, fleurs, feuilles, tiges, racines, etc. est établie dans le domaine des cosmétiques et des produits pharmaceutiques depuis l'Antiquité. L'application des plantes et de leurs extraits en cosmétique est ainsi généralisée et les produits formulés ont un large éventail d'applications telles que blanchissant, débronzant, hydratant, nettoyant, etc. Divers développements récents dans le domaine des cellules souches végétales et humaines sont à l'étude. jalons importants dans la recherche de sources vitales de renouvellement des tissus humains. Généralement, les cellules de la peau humaine se renouvellent dans un processus continu afin de protéger le corps contre les blessures, les infections et les dommages dus au phénomène de déshydratation. Avec l'âge croissant des cellules souches, on observe une diminution de leur capacité de cicatrisation ainsi qu'une dégénérescence accélérée des tissus présents dans la peau. Par conséquent, la protection et le maintien des cellules souches sont impératifs pour une peau saine. Les entreprises manufacturières introduisent rapidement des produits utilisant la technologie des cellules souches végétales.

Ces produits aident généralement à protéger les cellules souches de la peau contre divers types de dommages, en particulier le vieillissement. La propension à développer des produits de soin de la peau à base d'extraits de cellules souches végétales est une tendance émergente à l'heure actuelle en raison du vaste potentiel des cellules souches végétales capables de se développer en différents types de cellules. Actuellement, diverses formes de cellules souches végétales et les produits dérivés de leurs extraits sont commercialement accessibles à l'industrie cosmétique. Il a été constaté que les constituants végétaux contiennent une quantité suffisante de cellules souches végétales ainsi que d'autres produits végétaux thérapeutiquement pertinents tels que les phytohormones et les antioxydants. La riche biodiversité présente sur notre planète a beaucoup de potentiel d'utilisation. Leurs composants et constituants sont restés inexplorés et inexploités pour être utilisés comme source de cellules souches végétales et utilisés dans l'industrie cosmétique à diverses fins. Malgré tous ces développements prometteurs dans le domaine des cellules souches végétales et leurs applications variées, il n'est pas encore clair si les extraits d'origine végétale et ceux des cellules souches ont des effets ethniques spécifiques sur les humains. Si tel est le cas, cela peut aider à trouver le facteur hôte régulant tous les traits bénéfiques de la technologie des cellules souches. Ce sera une proposition très gratifiante si les gènes responsables de conférer les traits bénéfiques des cellules souches aux humains sont identifiés. Cela accélérerait le processus de guérison naturelle, atteignant encore un autre objectif du système de santé.

bienfait cistanche : anti-âge

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