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WO2017077237A1 - Procede et dispositif de mesure de la capacite antioxydante et oxydante totale d'une matrice quelconque - Google Patents

Procede et dispositif de mesure de la capacite antioxydante et oxydante totale d'une matrice quelconque Download PDF

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Publication number
WO2017077237A1
WO2017077237A1 PCT/FR2016/052845 FR2016052845W WO2017077237A1 WO 2017077237 A1 WO2017077237 A1 WO 2017077237A1 FR 2016052845 W FR2016052845 W FR 2016052845W WO 2017077237 A1 WO2017077237 A1 WO 2017077237A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
matrix
antioxidant
measuring
oxidizing
capacity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2016/052845
Other languages
English (en)
Inventor
Smail MEZIANE
Stéphane Desobry
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Institut National Polytechnique de Lorraine
Original Assignee
Institut National Polytechnique de Lorraine
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institut National Polytechnique de Lorraine filed Critical Institut National Polytechnique de Lorraine
Publication of WO2017077237A1 publication Critical patent/WO2017077237A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/416—Systems
    • G01N27/4166—Systems measuring a particular property of an electrolyte
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
    • G01N27/403—Cells and electrode assemblies
    • G01N27/4035—Combination of a single ion-sensing electrode and a single reference electrode

Definitions

  • the present invention relates to the field of methods and devices for measuring the balance of antioxidants and oxidants present on the surface of varied matrices, both liquid and solid, biological or not.
  • the present invention will find a particular application, but not limited to monitoring the antioxidant / oxidizing efficacy, in vivo, in humans or animals, of any substance administered by the enteral route, for example oral, parenteral, or cutaneo-mucosa.
  • the invention relates more particularly to a device, for example of the pellet type, for determining in an extremely precise manner the balance between the oxidizing and antioxidant compounds present on the surface of various matrices.
  • Oxidative stress is a break in the balance between the production of free radicals, which are oxidative species, and the ability of the protective mechanisms of the body, represented by antioxidants, to neutralize these free radicals before they 'cause damage to the matrix.
  • oxidative stress is suspected to be at the origin of cellular aging and of many pathologies, such as Alzheimer's and Parkinson's diseases in particular.
  • antioxidant compounds are also incorporated in certain food products or cosmetic compositions, in order to increase their shelf life and while having a beneficial effect on the health of the consumer.
  • the existing methods are generally based on various mechanisms involving antioxidant compounds and use different sources of radicals or oxidants, necessarily generating different values that are, therefore, not directly comparable.
  • these tests do not take into account the diversity of antioxidants, whose bioavailability and biological effects are very varied, nor the hydrophilic or hydrophobic nature, nor the specificity of the interactions with the presumed targets.
  • the antioxidant activity of the active compounds in foods, cosmetics, supplements or in biological fluids depends on several factors, in particular their colloidal properties, their localization in different phases, their redox capacity, the environmental conditions and physicochemicals to which they are exposed, or, in the case of a living organism, the global oxidative state of the latter.
  • Raman spectroscopy does not make it possible to determine the activity exerted by several antioxidant molecules. Therefore, by applying this technique, it is not possible to obtain information on the overall antioxidant activity of a sample.
  • LMWAs Low Molecular Weight Antioxidants
  • vitamins C and E including, for example, vitamins C and E, cc-lipoic acid, coenzyme Q10, or glutathione, uric acid, by means of a device comprising macro-electrodes.
  • Certain patent documents in particular WO 2007/077360, describe electrochemical devices for measuring the redox state of the skin, for the purpose, for example, of determining the effectiveness of a cosmetic product.
  • This device comprises three electrodes: a working electrode, a counter-electrode and a reference electrode. These are fixed on a single support intended to be brought into contact with the skin, and are connected to means for imposing an electric current between the working electrode and the reference electrode. A device measuring the intensity of the current at the working electrode is also provided. A conductive liquid is provided to ensure contact between the skin and the electrodes.
  • a method combining chemiluminescence, in which the emission of photons released during the production of free radicals, is known is known as "tape stripping", which consists, after topical application and the penetration of a composition, to successively remove the cell layers of the stratum corneum (or stratum corneum) using adhesive films.
  • invasive methods including the one based on the induction of irritation of the skin by means of a vasodilator substance, such as methyl nicotinate, with the aim of measuring the intensity and duration of the redness resulting in inflammation of the skin.
  • a vasodilator substance such as methyl nicotinate
  • this type of method does not indicate the natural oxidative stress suffered by the skin, due to the artificial induction of inflammation.
  • the invention offers the possibility of overcoming most of the disadvantages of the state of the art by proposing a device for measuring, in a non-invasively reliable manner and reproducible, the overall antioxidant and oxidative status of any matrix.
  • the present invention relates to a device for measuring the total antioxidant / oxidizing capacity of a matrix.
  • Said device comprises a rigid casing on which is fixed a pellet which comprises at least one gelled mediator system, capable of being brought into contact with at least a portion of the surface of said matrix, and a means of measuring the antioxidant / oxidizing capacity of said matrix.
  • Said device also comprises, in communication with said housing, a data processing station harvested by said measuring means.
  • the present device is characterized in that said means for measuring the antioxidant / oxidant capacity consists of a means for measuring the electrochemical potential of the mediator system, the latter incorporating at least a first compound A and a second compound B capable of reacting and and / or to form a complex respectively with the antioxidant and oxidizing species present on the surface of said matrix, so as to modify the electrochemical potential of said mediator system.
  • the electrochemical potential measuring means comprises at least one reference microelectrode and one working microelectrode;
  • the reference microelectrode is an Ag / AgCl microelectrode with silver chloride or calomel and the working microelectrode is a carbon, gold, tungsten, palladium, iridium or platinum microelectrode;
  • said data processing station is connected to said box via a wired system or a wireless system, said processing station hosting a software able to process the data recovered by the box.
  • the present invention has many advantages.
  • the measuring device offers possibilities almost unlimited applications. Indeed, the total oxidizing and antioxidant activity, reflecting oxidative stress, of all types of matrices can be easily and reliably tested.
  • the measurement time is reduced, usually between 1 and 300 seconds.
  • the device according to the invention is intended to investigate the antioxidant and oxidizing balance of biological tissues, for example directly on the skin of a human being or animal, this is done in a non-invasive, non-invasive manner. lesional, non-destructive and painless.
  • the device and the method according to the invention can allow various applications, especially in the context of the study of the antioxidant efficacy of products administered to an organism by various routes, including enteral, for example oral, parenteral, cutaneous or topical .
  • FIG. 1 schematically illustrates a non-limiting mode of operation of the device for measuring the antioxidant / oxidant status of any matrix, by representing the reactions that take place between the compounds A and B of the mediator system and the molecules oxidizing and antioxidant of said matrix;
  • FIG. 2 illustrates a perspective and schematic view of certain components of the device of the invention, the latter being positioned at the surface of a matrix to be analyzed, and in particular the mediator system of the chip, comprising the microelectrodes. reference and working for measuring the electrochemical potential of said mediator system;
  • FIG. 3A shows graphically the total antioxidant capacity (CAOT) as a function of time (in minutes), thus illustrating the kinetics of the CAOT of 1 gram of vitamin C administered, by intravenous, to two subjects ( ⁇ : subject 1 and x: subject 2) and
  • FIG. 3B graphically represents the antioxidant efficacy (in%) as a function of time (in minutes), thus illustrating the kinetics of the antioxidant efficacy of 1 gram of vitamin C administered intravenously to two subjects ( ⁇ : subject 1 and A: subject 2);
  • FIG. 4 illustrates, by means of histograms, the kinetics of influence of the cigarette on four volunteers before smoking, 15 and 60 minutes after smoking.
  • the total antioxidant capacity CAOT is represented on the ordinate on the right of the graph before and 15 and 60 min after smoking and the antioxidant efficiency, expressed as a percentage, is represented as on the left ordinate 15 and
  • FIG. 5 illustrates, by means of histograms, the total antioxidant capacity per 100 grams of product (CAOT / 100 g of product), determined by means of the device according to the invention, for various fruits and vegetables;
  • FIG. 6 illustrates, by means of histograms, the total antioxidant capacity for 1 mmol / L of product (CAOT / mM), determined by means of the device according to the invention, for various reference antioxidant molecules;
  • FIG. 7 represents, by means of histograms, the antioxidant capacity of five polyphenols, denoted polyphenol 1 to polyphenol 5, measured by means of the measuring device according to the invention and of four traditional techniques (ORAC, FRAP, DPPH and TEAC) ).
  • the present invention relates to a device 1 intended for measuring the overall antioxidant and oxidizing capacity of any matrix 2, and in particular at the level of the surface 20 of said matrix 2, reflecting the degree of oxidative stress suffered by it.
  • Oxidative stress is traditionally considered to be the result of a break in the balance of the balance between the antioxidant species and the oxidizing or prooxidizing species, for example present at the level of the surface of the skin.
  • the device 1 according to the invention is particularly interesting, especially since it can be implemented on any type of matrix 2 in order to measure the antioxidant / oxidant status.
  • the matrix 2 to be tested may be indifferently in liquid form or in solid form, and may be of biological nature or not.
  • the matrix 2 may consist of any type of food or non-food raw materials or any type of processed food or non-food material, any cosmetic, pharmaceutical, nutraceutical or medicinal preparations or compositions, in a biological liquid, such as the blood and its fractions, the urine, the saliva, a seminal or follicular fluid, in a solution comprising at least one microorganism, a plant or animal explant, or a common cell line.
  • a biological liquid such as the blood and its fractions, the urine, the saliva, a seminal or follicular fluid, in a solution comprising at least one microorganism, a plant or animal explant, or a common cell line.
  • the device 1 of the invention can make it possible to measure the antioxidant / oxidant status on a matrix 2 consisting, for example, of skin, leaf, root, trunk, dander, metallic surface, wooden surface. , a plastic surface, a biological liquid, a fruit, a vegetable, a solution of microorganisms, etc.
  • antioxidant / oxidant status of a matrix 2 it may also be called, in the following description, antioxidant and total or total antioxidant activity, or total antioxidant or oxidizing capacity, and may be abbreviated CAOT or CAOT / TOC.
  • CAOT / COT a matrix 2 it comprises a rigid housing 3, for example made of a plastic material, and on which is fixed a wafer 4 comprising at least one gel-mediated and conductive 5 system, or gelled medium 5.
  • the tablet 4 has, according to an interesting embodiment, a round or substantially round shape with a diameter of the order of 2 cm.
  • a round or substantially round shape with a diameter of the order of 2 cm.
  • the patch 4 may be of any suitable form, including rectangular or other.
  • the present device 1 In the case of the present device 1, it is maintained on the surface 20 of the matrix 2 by means of, for example, an adhesive adhesive present at the pellet 4, and more precisely still only on a part of the face 50 of the mediator system 5 intended to come into contact with said matrix 2.
  • the gelled mediator system 5 of the device 1 which is intended to be brought into contact with at least a portion of the surface 20 of the matrix 2, the total antioxidant / oxidizing capacity of which it is desirable to measure.
  • the adhesive means for holding the device 1 on the matrix 2 is disposed at the periphery of said pellet 4, leaving in the center thereof the free mediator system 5, without adhesive , to directly contact said matrix 2.
  • the adhesive means and the mediator system 5 are covered by means of a protective envelope 11, illustrated in FIG. 2, capable of being removed in order to dispose the chip 4 of the device 1 , and in particular the gelled mediator system 5 of said pellet 4, in contact with the matrix 2 to be tested.
  • said protective envelope 11 may optionally comprise a tab facilitating the removal of said envelope 11 before application to the matrix 2 to be studied.
  • the pellet 4 of the present device also comprises, or is connected to, a means 6 for measuring the antioxidant and oxidizing capacity of the matrix 2, said means 6 being shown schematically in the attached FIG.
  • a data processing station not shown in the figures.
  • said data processing station is connected to the housing 3, either via a wired system or a wireless system, for example a 3G, 4G system, radio waves, a Bluetooth, infra-red system, an antenna, and hosts in addition, data processing software retrieved from said housing 3 and coming from the measuring means 6.
  • a wired system or a wireless system for example a 3G, 4G system, radio waves, a Bluetooth, infra-red system, an antenna, and hosts in addition, data processing software retrieved from said housing 3 and coming from the measuring means 6.
  • said means 6 for measuring the antioxidant and oxidizing capacity of the matrix 2 consists of a means 7 for measuring the electrochemical potential of the mediator system 5.
  • the electrochemical potential reflects the overall antioxidant and oxidative activity of the matrix 2, since said mediator system 5 is brought into direct and intimate contact with a portion of the surface of the matrix 2.
  • the measurement means 7 of the electrochemical potential comprises, on the one hand, a reference microelectrode 71 and, on the other hand, a working microelectrode 72, said two microelectrodes 71, 72 being represented on Figure 2.
  • the reference microelectrode 71 preferably consists of a silver chloride Ag / AgCl or calomel microelectrode. This allows excellent signal quality and accurate measurement of the electrochemical potential of the gel-mediated system of device 1.
  • this advantageously consists of a carbon, gold, tungsten, palladium, iridium or platinum microelectrode.
  • Reference microelectrodes 71 and working 72 allow measurement of the electrochemical potential of the mediator system 5.
  • said gelled mediator system 5 incorporates, on the one hand, a first component A and, on the other hand, a second component B.
  • Said first component A is capable of reacting, in a redox reaction, with the antioxidant species 9 present on the surface of the matrix 2, said component A being advantageously capable of forming complexes with the antioxidants 9, as illustrated in FIG. .
  • Component B is capable of performing a redox reaction with the oxidizing species of the surface of matrix 2, and is capable of forming complexes therewith.
  • complex is meant herein the association of a molecule or antioxidant substance 9 with a component A, or the combination of a molecule or oxidizing substance with a component B, these associations being based on other forces than covalent bonds.
  • A may be selected from ferric adenosine diphosphate (ADP-Fe (III)), ferric ethylene diamine tetra-acetic acid (EDTA-Fe (III)), ferric ammonium sulfate (FeNH 4 (SO 4 ) 2 ), iron sulphate (Fe (SO 4 ) 2 ), copper chloride (CuCl 2 ), copper chloride dihydrate (CuCl 2 , 2H 2 O), permanganate (MnO 4 ), cerium oxide (CeO 2 ) and cerium trifluoride (CeF3) and component B can be selected from iodine monobromide (IBr), potassium iodide (Kl) and iodine monochloride (ICI).
  • IBr iodine monobromide
  • Kl potassium iodide
  • ICI iodine monochloride
  • the particularly advantageous presence of the two compounds A and B in the gelled mediator system 5 of the device 1 of the invention makes it possible to orient the direction of the oxidation-reduction reactions that will occur in contact with the matrix tested 2, depending on the the composition of the latter in antioxidant and oxidizing species 10.
  • the electrochemical measuring means 7 advantageously constituted by two reference microelectrodes 71 and working 72, makes it possible to evaluate the number of electrons that are exchanged during the reactions occurring between the compounds A and B of the mediator system 5 and the antioxidant 9 and oxidizing species 10 of the matrix 2 to be tested and subsequently determine which are the major species, antioxidant or oxidizing 10, at the surface 20 of said matrix 2.
  • the number of electrons n e-exchanged is different depending on whether the antioxidant species 9 predominate on the matrix 2 or, conversely, if the oxidants 10 are the majority. Indeed, the oxidants 10 capture the electrons while the antioxidant species 9, or reducing, will give up electrons.
  • CAOT / TOC of the matrix 2 is established.
  • the measuring device 1 is particularly advantageous for allowing the measurement of the antioxidant and total oxidizing capacity of any matrix 2.
  • the contact of the chip 4 of the device 1 with said die 2 ensures optimal adhesion with the surface 20 thereof.
  • This allows the redox reactions described above to take place, at the interface between the mediator system 5 of the pellet 4 and the outer surface 20, or outer layer, of said matrix 2, where the antioxidant 9 and oxidizing species 10 interact. with said mediator system 5 and in particular with the compounds A and B it contains.
  • the pre-gelled mediator system prevents, on the one hand, any possible disturbance between the antioxidants 9 and the oxidants 10 released therein and, on the other hand, the dissolution of the external oxygen in said mediator system 5, this could result in disruption of the measures and distorted results.
  • the matrix 2 consists of a human or animal biological tissue, such as for example the skin
  • the occlusion caused by the application of the pellet 4 on the matrix 2 will cause an increase in the content of the matrix. water from the outer layer of it. This results in swelling of the cells of the deeper layers, which then become hyper-permeable, multiplying by ten the migration of the antioxidant and oxidizing species 9 towards the surface 20 of the matrix 2.
  • the measuring device 1 of the antioxidant and total oxidizing capacity according to the invention has many interesting applications, in many fields, in particular the food, pharmaceutical, medical, etc. sector.
  • the present device 1 uses the present device 1, to monitor the status of oxidative stress to detect any pathologies, including neurodegenerative diseases such as Alzheimer's or Parkinson's, or heart disease.
  • the monitoring of the CAOT / TOC can serve as an indicator of the state of health of a person, considered to be at risk, in order to identify the disease early in order to quickly propose a suitable treatment.
  • Another interesting application of the device 1 is to monitor the efficacy and bioavailability of food matrices, nutraceutical, pharmaceutical, cosmetic or phytosanitary, administered, for example, enterally, parenterally or cutaneously, and this in order to adjust the dose administered in a timely manner.
  • the measuring device 1 is also useful in optimizing the formulation and manufacture of food products or not, nutraceutical, pharmaceutical, cosmetic or phytosanitary.
  • the present invention may further allow an evaluation of the damage sustained by a biological tissue following exposure to ultraviolet (UV) radiation, radioactive radiation, burns, any inflammation, or ischemia, by evaluating the decrease in the amount of antioxidants 9 in said biological tissue, by means of the device 1.
  • UV ultraviolet
  • Biological tissues whose oxidative status can be tested by means of the present device can consist, for example, of skin, urine, saliva, seminal fluid, follicular fluid, plasma, serum, erythrocytes, whole blood, a homogenate, an explant, cells, superficial body growths, a plant, a leaf, a root, a fruit, a vegetable.
  • the invention also relates to a method for measuring the total antioxidant / oxidizing capacity of a matrix 2, in which:
  • a gelled medium comprising at least a first compound A and a second compound B capable of reacting and / or forming a complex with the antioxidant species is placed respectively 9 and oxidizing 10 present on the surface 20 of said matrix 2, so as to modify the electrochemical potential of said gelled medium 5;
  • the modification of the electrochemical potential of said gelled medium 5 is measured; the total antioxidant / oxidizing capacity of the gelled medium 5 is determined by appropriate software, reflecting the total antioxidant / oxidizing capacity of the matrix 2.
  • the gelled medium is maintained in contact with the surface of the matrix 2 for a time of between 1 and 300 seconds.
  • the device 1 according to the invention was used to measure, in vivo, in two subjects (subject 1 and subject 2), the total antioxidant / oxidizing capacity (CAOT / COT) and then to determine the antioxidant / oxidizing efficacy provided by 1 gram of vitamin C, which is administered intravenously.
  • CAOT / COT total antioxidant / oxidizing capacity
  • the efficiency, in percentage, is calculated by applying the following formula Fl:
  • CAOT / COT Product t 0: Total Antioxidant / Oxidant Capacity of the zone before application of the product after time (t),
  • CAOT / TOC Control t 0: Total Antioxidant / Oxidant Capacity of the control zone before application of the product,
  • CAOT / TOC Control (t): Total Antioxidant / Oxidant Capacity of the control zone after time (t).
  • this formula for calculating the effectiveness of a substance or composition can be used for parenteral or percutaneous application.
  • FIGS. 3A and 3B respectively illustrate the kinetics of the total antioxidant / oxidant capacity and the antioxidant efficacy, in%, in the subject 1 ( ⁇ ) and in the subject 2 (A). .
  • Example 2 Study of the kinetics of influence of the cigarette on four volunteers
  • the device 1 according to the invention was used to measure, in vivo, in four volunteers (volunteer 1, volunteer 2, volunteer 3 and volunteer 4), the total antioxidant / oxidizing capacity CAOT / COT before smoking a cigarette and then 15 and 60 minutes after smoking.
  • the antioxidant / oxidizing efficacy was then calculated 15 and 60 minutes after ingestion of cigarette smoke in these four volunteers, according to the formula F2 detailed in Example 1 above.
  • the antioxidant efficacy in% and 60 minutes after smoking shows negative values. This reflects an imbalance in the antioxidant / oxidant balance in favor of an increased presence of oxidizing molecules (free radicals) that may be toxic and harmful to the cells.
  • the CAOT of various fruits and vegetables namely asparagus, bananas, broccoli, lemons, spinach, strawberries, kiwis, onions, oranges, pears, yellow, red and green peppers, apples, black plums, red and green grapes.
  • the device 1 of the invention has demonstrated that the fruit with the most important antioxidant capacity is pear.
  • yellow pepper has the largest CAOT, but slightly less than the pear.
  • a plurality of reference antioxidant molecules have been tested by means of measuring device 1 according to the invention, namely ascorbic acid, gallic acid, catechin, cyanidine chloride, epicatechin, epigallocatechin, 1 epigallocatechin gallate, gallocatechin, myricetin, propyl gallate, quercetin and trolox.
  • the results of measurement of the CAOT / mM of these products are illustrated on the histogram of FIG. 6. According to these results, the molecule with the most important antioxidant capacity, per mM of product, is epigallocatechin gallate, an ester of epigallocatechin and gallic acid, present in particular in white tea, green tea, many vegetables and nuts.
  • ABTS - TEAC Test
  • the total antioxidant capacity measured with a method can be 6 to 7 times greater than that obtained using a method. different, on the same matrix (see measurements with DPPH and TEAC on polyphenol 4).
  • the values obtained concerning the antioxidant capacity are substantially greater than the measurements obtained by application of the traditional methods. This undoubtedly reflects the fact that the invention allows a measurement of the total antioxidant / oxidant capacity, contrary to the usual techniques which only measure a part of the activity of a sample.
  • the measuring device 1 according to the invention is very advantageous because it makes possible the simultaneous determination of the antioxidant and oxidizing capacity of the samples or matrices tested, in a single measure, thanks to the particularly interesting composition of the mediator system. 5 of said device 1, which captures all the antioxidants and oxidants of the matrix 2 to be tested.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif (1) de mesure de la capacité antioxydante/oxydante totale d'une matrice (2), comportant un boîtier rigide (3) sur lequel est fixé une pastille (4) comprenant au moins un système médiateur gélifié (5), apte à être mis en contact avec au moins une portion de la surface (20) de ladite matrice (2), et un moyen de mesure (6) de la capacité antioxydante/oxydante de ladite matrice (2), ledit dispositif (1) comportant également, reliée audit boîtier (3), une station de traitement des données récoltées par ledit moyen de mesure (6). Dans le présent dispositif (1), ledit moyen de mesure (6) de la capacité antioxydante/oxydante consiste en un moyen (7) de mesure du potentiel électrochimique du système médiateur (5), ce dernier incorporant au moins un premier composé (A) et un second composé (B) aptes à réagir et/ou à former un complexe respectivement avec les espèces antioxydantes (9) et oxydantes (10) présentes à la surface (20) de ladite matrice (2), en sorte de modifier le potentiel électrochimique dudit système médiateur (5). L'invention est également relative à un procédé de mesure de la capacité antioxydante totale d'une matrice (2).

Description

PROCEDE ET DISPOSITIF DE MESURE DE LA CAPACITE ANTIOXYDANTE ET
OXYDANTE TOTALE D'UNE MATRICE QUELCONQUE
La présente invention concerne le domaine des procédés et dispositifs de mesure de la balance des antioxydants et des oxydants présents à la surface de matrices variées, aussi bien liquides que solides, biologiques ou non.
La présente invention trouvera une application particulière , mais non limitative, dans le suivi de l'efficacité antioxydante/oxydante , in vivo, chez l'homme ou l'animal, d'une substance quelconque administrée par la voie entérale, par exemple orale, parentérale, ou cutanéo-muqueuse .
L'invention concerne plus particulièrement un dispositif, par exemple de type pastille, permettant de déterminer d'une manière extrêmement précise la balance entre les composés oxydants et antioxydants présents à la surface de diverses matrices.
Il est particulièrement intéressant de connaître la mesure de la balance oxydants/antioxydants car cette information renseigne sur le statut du stress oxydant subi par la matrice sur laquelle est effectuée ladite mesure .
Le stress oxydant correspond à une rupture de l'équilibre entre la production de radicaux libres, qui sont des espèces oxydantes, et la capacité des mécanismes protecteurs de l'organisme, représentés par les antioxydants, à neutraliser ces radicaux libres avant qu'ils n'occasionnent de dégâts sur la matrice .
En ce qui concerne plus particulièrement les organismes vivants, et notamment l'espèce humaine, le stress oxydant est suspecté comme étant à l'origine du vieillissement cellulaire et de nombreuses pathologies, comme les maladies d'Alzheimer et de Parkinson notamment.
De ce fait, certains industriels de secteurs variés, comme la cosmétique, l' agroalimentaire , le médical, cherchent à développer de nouvelles molécules ou de nouveaux composés aux propriétés antioxydantes, dans le but de réduire les effets du stress oxydant. Ces composés antioxydants sont également incorporés dans certains produits alimentaires ou compositions cosmétiques, afin d' accroître leur temps de conservation et tout en ayant un effet bénéfique sur la santé du consommateur.
En outre, il peut également s'avérer utile de pouvoir doser, de manière fiable et reproductible, les effets, sur un organisme, de l'administration d'une substance antioxydante ou, au contraire, d'une substance oxydante.
Cependant, les méthodes actuelles proposant de réaliser un dosage, par exemple, des molécules antioxydantes dans les produits les incorporant sont généralement longues et fastidieuses à mettre en œuvre .
En outre, les résultats obtenus au moyen de deux méthodes différentes, pour le dosage des antioxydants d'un même échantillon ou d'une même matrice, ne sont généralement pas comparables entre eux.
Plus particulièrement, les méthodes existantes sont généralement basées sur divers mécanismes impliquant des composés antioxydants et utilisent différentes sources de radicaux ou d'oxydants, générant forcément des valeurs différentes qui ne sont, par conséquent, pas comparables directement. En outre, ces tests ne tiennent compte ni de la diversité des antioxydants, dont la biodisponibilité et les effets biologiques sont très variés, ni de la nature hydrophile ou hydrophobe, pas plus que de la spécificité des interactions avec les cibles présumées .
Ainsi, malgré la diversité des techniques proposées, il n'existe toujours pas de norme, ni de méthode unifiée, pour l'évaluation précise de l'activité antioxydante, notamment d'une matrice quelconque, d'une composition ou d'un composé.
De manière plus spécifique, l'activité antioxydante des composés actifs dans les aliments, les cosmétiques, les compléments ou dans les liquides biologiques dépend de plusieurs facteurs, notamment leurs propriétés colloïdales, leur localisation dans différentes phases, leur capacité redox, les conditions environnementales et physicochimiques auxquelles ils sont exposés, ou encore, dans le cas d'un organisme vivant, de l'état oxydatif global de ce dernier.
Or, les méthodes appliquées traditionnellement dans l'état de la technique pour déterminer l'activité antioxydante ne prennent pas en compte l'intégralité de ces facteurs. En outre, les méthodes existantes permettent généralement d'évaluer le pouvoir antioxydant d'une substance particulière, et non une détermination globale de la balance oxydants/antioxydants d'une matrice .
Finalement, chaque méthode proposée actuellement présente son lot d'avantages et d'inconvénients, ce qui rend d'autant plus difficile le choix à effectuer.
Il est ainsi connu de l'état de la technique d'utiliser la spectroscopie Raman, correspondant à une technologie optique non invasive, rapide et sensible, pour détecter la teneur en caroténoides au niveau de la peau.
Cependant, la spectroscopie Raman ne permet pas de déterminer l'activité exercée par plusieurs molécules antioxydantes. Par conséquent, en appliquant cette technique, il n'est pas possible d'obtenir des informations sur l'activité antioxydante globale d'un échantillon.
On connaît également une méthode de détermination des antioxydants de faible poids moléculaire (ou LMWA pour « Low Molecular Weight Antioxidants ») , regroupant, par exemple, les vitamines C et E, l'acide cc-lipoïque, le coenzyme Q10, ou encore le glutathion, l'acide urique, et ce au moyen d'un dispositif comportant des macro-électrodes.
Certains documents de brevets, notamment le WO 2007/077360, décrivent des dispositifs électrochimiques de mesure de l'état redox de la peau, dans le but, par exemple, de déterminer l'efficacité d'un produit cosmétique. Ce dispositif comporte trois électrodes : une électrode de travail, une contre-électrode et une électrode de référence. Celles-ci sont fixées sur un support unique destiné à être mis en contact avec la peau, et sont reliées à un moyen destiné à imposer un courant électrique entre l'électrode de travail et celle de référence. Un dispositif de mesure de l'intensité du courant à l'électrode de travail est également prévu. Un liquide conducteur est prévu pour assurer le contact entre la peau et les électrodes.
Cependant, bien que cette analyse soit généralement non invasive, et prenne en compte la capacité des molécules à pénétrer dans la membrane des cellules afin de fournir la protection demandée contre les dommages oxydatifs, ladite analyse est longue à mettre en œuvre et est incapable de prendre en considération les composés thiols, tels que le glutathion.
En outre, d'autres substances, qui ne peuvent pas céder leurs électrons suffisamment rapidement à l'électrode de carbone, ne sont pas non plus mesurées . Un autre inconvénient réside dans le fait que l'utilisation de macro-électrodes réduit considérablement la sensibilité de la mesure. Il s'avère également que les résultats obtenus dépendent du liquide utilisé.
On connaît encore une méthode combinant la chimioluminescence , où l'on mesure l'émission de photons libérés lors de la production de radicaux libres, à la technique dite du « tape stripping » qui consiste, après une application topique et la pénétration d'une composition, à enlever successivement les couches cellulaires du stratum corneum (ou couche cornée) en utilisant des films adhésifs.
Cependant, cette méthode est longue et laborieuse à mettre en œuvre, ainsi que relativement invasive.
II existe encore d' autres méthodes invasives , notamment celle basée sur l'induction d'une irritation de la peau au moyen d'une substance vasodilatatrice , comme le nicotinate de méthyle, avec pour but de mesurer l'intensité et la durée de la rougeur traduisant une inflammation de la peau.
Toutefois, ce type de méthodes n'indique pas le stress oxydant naturel subi par la peau, du fait de l'induction artificielle d'une inflammation.
L'invention offre la possibilité de pallier la plupart des inconvénients de l'état de la technique en proposant un dispositif permettant de mesurer, de manière non invasive fiable et reproductible, le statut global antioxydant et oxydant d'une matrice quelconque .
A cet effet, la présente invention concerne un dispositif de mesure de la capacité antioxydante/oxydante totale d' une matrice . Ledit dispositif comporte un boîtier rigide sur lequel est fixée une pastille qui comprend au moins un système médiateur gélifié , apte à être mis en contact avec au moins une portion de la surface de ladite matrice, et un moyen de mesure de la capacité antioxydante/oxydante de ladite matrice. Ledit dispositif comporte également, en communication avec ledit boîtier, une station de traitement des données récoltées par ledit moyen de mesure .
Le présent dispositif est caractérisé par le fait que ledit moyen de mesure de la capacité antioxydante/oxydante consiste en un moyen de mesure du potentiel électrochimique du système médiateur, ce dernier incorporant au moins un premier composé A et un second composé B aptes à réagir et/ou à former un complexe respectivement avec les espèces antioxydantes et oxydantes présentes à la surface de ladite matrice, en sorte de modifier le potentiel électrochimique dudit système médiateur.
Selon d'autres caractéristiques avantageuses de la présente invention :
le moyen de mesure du potentiel électrochimique comprend au moins une microélectrode de référence et une microélectrode de travail ;
la microélectrode de référence est une microélectrode Ag/AgCl au chlorure d' argent ou à calomel et la microélectrode de travail est une microélectrode en carbone, en or, en tungstène, en palladium, en iridium ou en platine ;
- ladite station de traitement des données est reliée audit boîtier via un système filaire ou un système sans fil, ladite station de traitement hébergeant un logiciel apte à traiter les données récupérées par le boîtier.
La présente invention comporte de nombreux avantages. D'une part, le dispositif de mesure offre des possibilités d'applications quasi-illimitées. En effet, l'activité oxydante et antioxydante totale, reflétant le stress oxydant, de tous les types de matrices peut être testée facilement, et ce de manière fiable. Le temps de mesure est réduit, généralement entre 1 et 300 secondes.
D'autre part, lorsque le dispositif selon l'invention est destiné à investiguer la balance antioxydante et oxydante de tissus biologiques, par exemple directement sur la peau d'un être humain ou animal, cela est effectué de manière non-invasive , non- lésionnelle, non destructive et sans douleur.
Le dispositif et le procédé selon l'invention peuvent permettre des applications diverses, notamment dans le cadre de l'étude de l'efficacité antioxydante de produits administrés à un organisme par diverses voies, notamment entérale, par exemple orale, parentérale, cutanée ou topique.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description détaillée qui va suivre des modes de réalisation non limitatifs de l'invention, en référence aux figures annexées dans lesquelles :
- La figure 1 illustre, de manière schématique, un mode de fonctionnement non limitatif du dispositif de mesure du statut antioxydant/oxydant d'une matrice quelconque, en représentant les réactions qui ont lieu entre les composés A et B du système médiateur et les molécules oxydantes et antioxydantes de ladite matrice ;
- La figure 2 illustre une vue en perspective et schématique de certains composants du dispositif de l'invention, celui-ci étant positionné au niveau de la surface d'une matrice à analyser, et notamment le système médiateur de la pastille, comprenant les microélectrodes de référence et de travail pour la mesure du potentiel électrochimique dudit système médiateur ;
- La figure 3A représente graphiquement la capacité antioxydante totale (CAOT) en fonction du temps (en minutes) , illustrant ainsi la cinétique de la CAOT d' 1 gramme de vitamine C administrée, par voie intraveineuse, à deux sujets (□ : sujet 1 et x : sujet 2) et la figure 3 B représente graphiquement l'efficacité antioxydante (en %) en fonction du temps (en minutes) , illustrant ainsi la cinétique de l'efficacité antioxydante d' 1 gramme de vitamine C administrée, par voie intraveineuse, à deux sujets (■ : sujet 1 et A : sujet 2) ;
- La figure 4 illustre, au moyen d'histogrammes, la cinétique d' influence de la cigarette sur quatre volontaires avant de fumer, 15 et 60 minutes après avoir fumé . Pour chacun des quatre volontaires , la capacité antioxydante totale CAOT est représentée en ordonnées à droite du graphique avant et 15 et 60 min après avoir fumé et l'efficacité antioxydante , exprimée en pourcentage, est représentée quant à elle en ordonnées à gauche 15 et
60 min après avoir fumé ;
- La figure 5 illustre, au moyen d'histogrammes, la capacité antioxydante totale pour 100 grammes de produit (CAOT / 100g de produit) , déterminée au moyen du dispositif selon l'invention, pour divers fruits et légumes ;
- La figure 6 illustre, au moyen d'histogrammes, la capacité antioxydante totale pour 1 mmol/L de produit (CAOT / mM) , déterminée au moyen du dispositif selon l'invention, pour diverses molécules antioxydantes de référence ; - La figure 7 représente, au moyen d'histogrammes, la capacité antioxydante de cinq polyphénols, notés polyphénol 1 à polyphénol 5, mesurée au moyen du dispositif de mesure selon l'invention et de quatre techniques traditionnelles (ORAC, FRAP, DPPH et TEAC) . Tel que représentée sur la figure 1, la présente invention concerne un dispositif 1 destiné à la mesure de la capacité antioxydante et oxydante globale d' une matrice 2 quelconque , et notamment au niveau de la surface 20 de ladite matrice 2, traduisant le degré de stress oxydant subi par celle-ci.
Le stress oxydant est traditionnellement considéré comme étant la résultante d'une rupture de l'équilibre de la balance entre les espèces antioxydantes et les espèces oxydantes, ou prooxydantes, par exemple présentes au niveau de la surface de la peau .
Le dispositif 1 selon l'invention est particulièrement intéressant, notamment car il peut être mis en œuvre sur tout type de matrice 2 afin d'en mesurer le statut antioxydant/oxydant.
Ainsi, la matrice 2 à tester peut se présenter indifféremment sous forme liquide ou sous forme solide, et peut être de nature biologique ou non.
Par exemple, la matrice 2 peut consister en tout type de matières premières alimentaires ou non alimentaires ou en tout type de matières alimentaires ou non alimentaires transformées, toutes préparations ou compositions cosmétiques, pharmaceutiques, nutraceutiques, ou médicinales, en un liquide biologique, tel que le sang et ses fractions, l'urine, la salive, un liquide séminal ou folliculaire, en une solution comprenant au moins un microorganisme, un explant végétal ou animal, ou encore une lignée cellulaire courante.
Le dispositif 1 de l'invention peut permettre de mesurer le statut antioxydant/oxydant sur une matrice 2 consistant, par exemple, en de la peau, une feuille, une racine, un tronc, un phanère, une surface métallique, une surface en bois, une surface en plastique, un liquide biologique, un fruit, un légume, une solution de microorganismes, etc.
En ce qui concerne le statut antioxydant/oxydant d' une matrice 2 , il peut être également dénommé , dans la suite de la description, activité antioxydante et oxydante globale ou totale, ou capacité antioxydante ou oxydante totale, et peut être abrégée CAOT ou CAOT/COT.
Pour en revenir à présent au dispositif 1 de mesure de la
CAOT/COT d'une matrice 2, celui-ci comporte un boîtier rigide 3, par exemple fabriqué en un matériau plastique, et sur lequel est fixée une pastille 4 comprenant au moins un système médiateur gélifié 5 et conducteur, ou milieu gélifié 5.
La pastille 4 présente, selon un mode de réalisation intéressant, une forme ronde ou sensiblement ronde avec un diamètre de l'ordre de 2 cm. Toutefois, un tel mode de réalisation ne doit pas être considéré comme étant limitatif de l'invention. En effet, la pastille 4 peut être de toute forme adaptée, notamment rectangulaire ou autre.
Dans le cas du présent dispositif 1, celui-ci est maintenu sur la surface 20 de la matrice 2 au moyen, par exemple, d'une colle adhésive présente au niveau de la pastille 4 , et plus précisément encore sur une partie seulement de la face 50 du système médiateur 5 destinée à entrer en contact avec ladite matrice 2.
On comprend ainsi que c'est le système médiateur gélifié 5 du dispositif 1 qui est destiné à être mis en contact avec au moins une portion de la surface 20 de la matrice 2 dont il est souhaitable de mesurer la capacité antioxydante/oxydante totale.
Ainsi, au niveau de la pastille 4, il est envisageable que le moyen adhésif permettant un maintien du dispositif 1 sur la matrice 2 soit disposé en périphérie de ladite pastille 4 , laissant au centre de celui-ci le système médiateur 5 libre, sans adhésif, pour entrer en contact directement avec ladite matrice 2.
Dans un mode préférentiel de réalisation, préalablement à toute utilisation, le moyen adhésif et le système médiateur 5 sont recouverts au moyen d'une enveloppe de protection 11, illustrée sur la figure 2 , apte à être enlevée pour disposer la pastille 4 du dispositif 1, et notamment le système médiateur gélifié 5 de ladite pastille 4, au contact de la matrice 2 à tester. A cet effet, ladite enveloppe protectrice 11 peut éventuellement comporter un onglet facilitant l'enlèvement de ladite enveloppe 11 avant application sur la matrice 2 à étudier.
Outre ledit système médiateur gélifié 5, la pastille 4 du présent dispositif comporte également, ou est reliée à, un moyen de mesure 6 de la capacité antioxydante et oxydante de la matrice 2 , ledit moyen 6 étant représenté schématiquement sur la figure 2 jointe . Pour compléter le dispositif de mesure 1 de l'invention, celui-ci comprend également, préférentiellement, une station de traitement des données , non représentée sur les figures .
Avantageusement, ladite station de traitement des données est reliée au boîtier 3, indifféremment via un système filaire ou un système sans fil, par exemple un système 3G, 4G, des ondes radio, un système Bluetooth, infra-rouge, une antenne, et héberge en outre un logiciel de traitement des données récupérées sur ledit boîtier 3, et provenant du moyen de mesure 6.
De manière particulièrement avantageuse, ledit moyen de mesure 6 de la capacité antioxydante et oxydante de la matrice 2 consiste en un moyen 7 de mesure du potentiel électrochimique du système médiateur 5.
Le potentiel électrochimique reflète l'activité antioxydante et oxydante globale de la matrice 2, étant donné que ledit système médiateur 5 est mis en contact direct et intime avec une portion de la surface 20 de la matrice 2.
Selon un mode de réalisation particulièrement intéressant, le moyen de mesure 7 du potentiel électrochimique comporte, d'une part, une microélectrode de référence 71 et, d'autre part, une microélectrode de travail 72, lesdites deux microélectrodes 71, 72 étant représentées sur la figure 2.
La microélectrode de référence 71 consiste, de préférence, en une microélectrode au chlorure d' argent Ag/AgCl ou à calomel . Cela permet une excellente qualité du signal et une mesure précise du potentiel électrochimique du système médiateur gélifié 5 du dispositif 1.
En ce qui concerne la microélectrode de travail 72, celle- ci consiste avantageusement en une microélectrode en carbone, en or, en tungstène, en palladium, en iridium ou en platine.
Les microélectrodes de référence 71 et de travail 72 permettent une mesure du potentiel électrochimique du système médiateur 5.
Pour ce faire, ledit système médiateur gélifié 5 incorpore, d'une part, un premier composant A et, d'autre part, un deuxième composant B. Ledit premier composant A est apte à réagir, selon une réaction redox, avec les espèces antioxydantes 9 présentes à la surface 20 de la matrice 2, ledit composant A étant avantageusement capable de former des complexes avec les antioxydants 9, comme illustré sur la figure 1.
Cette réaction aboutit à la formation du composé B et de 1 ' antioxydant 9 qui est oxydé.
Par conséquent, la réaction d'oxydoréduction qui se produit entre le composant A et un antioxydant 9 peut être écrite comme suit :
Composant A + Antioxydant 9 -> Composant B + Antioxydant (OXydé) Ainsi, on comprend qu'il s'agit là d'une réaction redox au cours de laquelle 1 ' antioxydant 9 est oxydé.
Le composant B, quant à lui, est apte à effectuer une réaction d'oxydoréduction avec les espèces oxydantes 10 de la surface 20 de la matrice 2, et est capable de former des complexes avec celles-ci.
Cette réaction aboutit à la formation du composant A et de l'oxydant 10 qui est réduit.
La réaction d' oxydoréduction qui se produit entre le composant B et un oxydant 10 peut donc être écrite comme suit :
Composant B + Oxydant 10 -> Composant A + Oxydant (réduit) Au cours de cette réaction redox, l'oxydant 10 subi une réduction .
On entend ici, par « complexe », l'association d'une molécule ou substance antioxydante 9 avec un composant A, ou l'association d'une molécule ou substance oxydante 10 avec un composant B, ces associations étant basées sur des forces autres que des liaisons covalentes.
Selon un mode de réalisation tout préférentiel, le composant
A peut être choisi parmi l'Adénosine diphosphate ferrique (ADP- Fe(III)), l'éthylène diaminé tétra-acétique ferrique (EDTA- Fe(III)), le sulfate d'ammonium ferrique (FeNH4 (S04) 2) , le sulfate de fer (Fe(S04)2), le chlorure de cuivre (CuCl2) , le chlorure de cuivre dihydraté (CuCl2, 2H20) , le permanganate (Mn04) , le cérium oxyde (Ce02) et le trifluorure de cérium (CeF3) et le composant B peut être choisi parmi le Monobromure d'iode (IBr) , l'iodure de potassium (Kl) et le monochlorure d'iode (ICI).
Ainsi, la présence particulièrement avantageuse des deux composés A et B dans le système médiateur gélifié 5 du dispositif 1 de l'invention permet d'orienter le sens des réactions d' oxydoréduction qui vont se produire au contact de la matrice testée 2 , en fonction de la composition de cette dernière en espèces antioxydantes 9 et oxydantes 10.
En prenant l'hypothèse où la surface 20 de la matrice 2 comporte une plus grande quantité de molécules antioxydantes 9, la réaction de celles-ci avec le composé A va aller dans le sens de la formation du composé B et de l' antioxydant 9 réduit.
Dans l'hypothèse inverse, si la matrice 20 présente, à sa surface 20, une quantité plus importante de molécules oxydantes 10, la réaction de celles-ci avec le composé B va aller dans le sens de la formation de composé A et d'oxydant 10 réduit.
Comme illustré sur la figure 1 , le moyen de mesure électrochimique 7 , constitué avantageusement de deux microélectrodes de référence 71 et de travail 72, permet d'évaluer le nombre d'électrons n e- échangés au cours des réactions se produisant entre les composés A et B du système médiateur 5 et les espèces antioxydantes 9 et oxydantes 10 de la matrice 2 à tester et de déterminer, par la suite, quelles sont les espèces majoritaires, antioxydantes 9 ou oxydantes 10, à la surface 20 de ladite matrice 2.
Le nombre d'électrons n e- échangés est différent selon que ce sont les espèces antioxydantes 9 qui prédominent sur la matrice 2 ou, au contraire, si les oxydants 10 sont majoritaires. En effet, les oxydants 10 captent les électrons tandis que les espèces antioxydantes 9, ou réductrices, vont céder des électrons.
Au moyen de la station de traitement du dispositif, et du logiciel de traitement des données brutes mesurées par le moyen 7, la capacité antioxydante/oxydante totale, CAOT/COT de la matrice 2 est établie.
Par conséquent, le dispositif de mesure 1 selon l'invention est particulièrement avantageux pour permettre la mesure de la capacité antioxydante et oxydante totale d' une matrice 2 quelconque .
En particulier, le contact de la pastille 4 du dispositif 1 avec ladite matrice 2 garantit une adhérence optimale avec la surface 20 de celle-ci. Cela permet aux réactions redox décrites ci-dessus de se dérouler, à l'interface entre le système médiateur 5 de la pastille 4 et la surface externe 20, ou couche externe, de ladite matrice 2 , où les espèces antioxydantes 9 et oxydantes 10 interagissent avec ledit système médiateur 5 et en particulier avec les composés A et B qu'il contient.
Le système médiateur 5 pré-gélifié empêche, d'une part, toute perturbation possible entre les antioxydants 9 et les oxydants 10 libérés dans celui-ci et, d'autre part, la dissolution de l'oxygène externe dans ledit système médiateur 5, ce qui pourrait entraîner une perturbation des mesures et des résultats faussés.
En outre, dans un exemple préférentiel où la matrice 2 consiste en un tissu biologique humain ou animal , comme par exemple la peau, l'occlusion provoquée par l'application de la pastille 4 sur la matrice 2 va entraîner une augmentation de la teneur en eau de la couche externe de celle-ci. Il en résulte un gonflement des cellules des couches plus profondes, celles-ci devenant alors hyper-perméables, multipliant par dix la migration des espèces antioxydantes 10 et oxydantes 9 vers la surface 20 de la matrice 2.
Le dispositif de mesure 1 de la capacité antioxydante et oxydante totale selon l'invention présente de nombreuses applications intéressantes, dans de nombreux domaines, notamment le secteur alimentaire, pharmaceutique, médical, etc.
Ainsi, il est par exemple envisageable, au moyen du présent dispositif 1 , de suivre le statut du stress oxydant pour dépister d'éventuelles pathologies, notamment neurodégénératives , comme la maladie d'Alzheimer ou de Parkinson, ou des cardiopathies. En effet, le suivi de la CAOT/COT peut servir d'indicateur de l'état de santé d'une personne, considérée comme étant à risque, afin d' identifier précocement la maladie dans le but de proposer rapidement un traitement adapté. Une autre application intéressante du dispositif 1 consiste à surveiller l'efficacité et la biodisponibilité de matrices alimentaires, nutraceutiques , pharmaceutiques, cosmétiques ou encore phytosanitaires, administrées, par exemple, par voie entérale, parentérale ou cutanée, et ce afin d'ajuster la dose administrée au temps opportun.
Le dispositif de mesure 1 est également utile dans l'optimisation de la formulation et de la fabrication de produits alimentaires ou non, nutraceutiques, pharmaceutiques, cosmétiques ou encore phytosanitaires.
La présente invention peut encore permettre une évaluation des dommages subis par un tissu biologique suivant une exposition à un rayonnement ultra-violet (UV) , radioactif, à des brûlures, à une inflammation quelconque, ou encore à une ischémie, en évaluant la diminution de la quantité d' antioxydants 9 dans ledit tissu biologique, au moyen du dispositif 1.
Les tissus biologiques dont le statut oxydant peut être testé au moyen du présent dispositif peuvent consister, par exemple, en de la peau, de l'urine, de la salive, du liquide séminal, du liquide folliculaire, du plasma, du sérum, des érythrocytes , du sang total, un homogénat, un explant, des cellules, des phanères, une plante, une feuille, une racine, un fruit, un légume.
L'invention est également relative à un procédé de mesure de la capacité antioxydante/oxydante totale d'une matrice 2, dans lequel :
- on met, au contact d'une portion de la surface 20 de ladite matrice 2 , un milieu gélifié 5 comportant au moins un premier composé A et un second composé B aptes à réagir et/ou à former un complexe respectivement avec les espèces antioxydantes 9 et oxydantes 10 présentes à la surface 20 de ladite matrice 2 , en sorte de modifier le potentiel électrochimique dudit milieu gélifié 5 ;
on mesure la modification du potentiel électrochimique dudit milieu gélifié 5 ; - on détermine, au moyen d'un logiciel adapté, la capacité antioxydante/oxydante totale du milieu gélifié 5, reflétant la capacité antioxydante/oxydante totale de la matrice 2.
De manière particulièrement avantageuse, on maintient le milieu gélifié au contact de la surface 20 de la matrice 2 pendant un temps compris entre 1 et 300 secondes.
Ainsi, au moyen du procédé de l'invention, il est envisageable d' obtenir rapidement une évaluation de la CAOT/COT d'une matrice 2 quelconque.
Les exemples ci-après, en référence aux figures correspondantes, permettent d'illustrer certaines applications intéressantes du dispositif 1 et du procédé de mesure de la capacité oxydante et antioxydante totale de certaines matrices 20.
Ces exemples ne doivent cependant pas être considérés comme étant limitatifs de l'invention.
EXEMPLES :
Exemple 1 : Evaluation de l'efficacité antioxydante/oxydante d'un produit administré par voie parentérale
Le dispositif 1 selon l'invention a été utilisé pour mesurer, in vivo, chez deux sujets (sujet 1 et sujet 2) , la capacité antioxydante/oxydante totale (CAOT/COT) et pour déterminer ensuite l'efficacité antioxydante/oxydante apportée par 1 gramme de vitamine C, celle-ci étant administrée par voie intraveineuse.
La quantité de vitamine C est administrée à un temps de référence (t=0) , et la CAOT/COT est mesurée au moyen du dispositif 1 selon l'invention avant l'administration (soit à t=0 min), puis à différents intervalles après administration : à t=30 min, t=60 min, t=90 min et t=120 min.
La CAOT/COT avant administration du produit, notée CAOT/COT Témoin t=0 , correspond à la zone témoin. L'efficacité, en pourcentage, est calculée en appliquant la formule Fl suivante :
Efficacité (%) = (CAOT/COTproauit(t)-CAOT/COTproauit t=o) - (CAOT/COTTémoin (tl-CAOT/COTTémoin t=o) X100
(CAOT/COTproduit t=0) (CAOT/COTTémoin t=o) Où
CAOT/COT Produit (t) : Capacité Antioxydante/Oxydante Totale de la zone d'application du produit après temps (t) ,
CAOT/COT Produit t=0 : Capacité Antioxydante/Oxydante Totale de la zone avant l' application du produit après temps (t) ,
CAOT/COT Témoin t=0 : Capacité Antioxydante/Oxydante Totale de la zone témoin avant l'application du produit,
CAOT/COT Témoin (t) : Capacité Antioxydante/Oxydante Totale de la zone témoin après temps (t) .
D'une manière générale, cette formule pour le calcul de l'efficacité d'une substance ou composition peut être utilisée pour une application par voie parentérale ou percutanée.
Les résultats obtenus sont représentés graphiquement sur les figures 3A et 3B, qui illustrent respectivement la cinétique de la capacité antioxydante/oxydante totale et de l'efficacité antioxydante, en %, chez le sujet 1 (■) et chez le sujet 2(A).
Les courbes obtenues montrent bien une augmentation de la CAOT/COT et de l'efficacité oxydante suite à l'administration intraveineuse d' lg de vitamine C chez les deux sujets.
A titre de remarque, il est également envisageable de mesurer in vivo la CAOT/COT au moyen du présent dispositif 1 et donc de déduire l'efficacité antioxydante/oxydante d'un produit administré par voie orale chez l'homme ou l'animal, par exemple un aliment, un complément alimentaire, ou encore un produit pharmaceutique .
Dans ce cas de figure, l'efficacité, exprimée en pourcentage, est calculée en appliquant la formule F2 suivante :
Efficacité (%) = (CAOT/COTaDrès(t)-CAOT/COTavant t=0) XlOO
(CAOT/COTavant t=0)
Où
CAOT/COT après (t) : Capacité Antioxydante/Oxydante Totale après administration temps (t) , CAOT/COT avant t=0 : Capacité Antioxydante/Oxydante Totale avant administration temps (t=0) .
Exemple 2 : Etude de la cinétique d' influence de la cigarette sur quatre volontaires
Le dispositif 1 selon l'invention a été utilisé pour mesurer, in vivo, chez quatre volontaires (volontaire 1, volontaire 2, volontaire 3 et volontaire 4) , la capacité antioxydante/oxydante totale CAOT/COT avant de fumer une cigarette puis 15 et 60 minutes après avoir fumé .
L'efficacité antioxydante/oxydante a ensuite été calculée 15 et 60 minutes après l'ingestion de la fumée de cigarette chez ces quatre volontaire, suivant la formule F2 détaillée dans l'exemple 1 ci-dessus.
Les résultats sont visibles sur le graphique de la figure 4 jointe. On remarque que la CAOT, représentée à droite sur l'axe des ordonnées, diminue chez chacun des quatre volontaires suite à l'ingestion de fumée de cigarette. En outre, 60 minutes après avoir fumé une cigarette, la CAOT est toujours diminuée par rapport à la CAOT avant de fumer, et inférieure à la CAOT après 15 minutes.
Par conséquent, l'efficacité antioxydante en % 15 et 60 minutes après avoir fumé, calculée au moyen de la formule F2 et représentée à gauche sur l'axe des ordonnées, présente des valeurs négatives. Cela traduit un déséquilibre de la balance antioxydants/oxydants au profit d' une présence accrue de molécules oxydantes (radicaux libres) susceptibles d'être toxiques et néfastes pour les cellules.
Exemple 3 : Détermination de la capacité antioxydante de divers fruits et légumes
Au moyen du dispositif de mesure 1 de l'invention, la CAOT de divers fruits et légumes, à savoir les asperges, bananes, brocolis, citrons, épinards, fraises, kiwis, oignons, oranges, poires, poivrons jaunes, rouges et verts, pommes, prunes noires, raisins rouges et verts .
Les résultats obtenus, donnant la CAOT pour 100 grammes de produit, sont représentés sur l'histogramme de la figure 5.
Le dispositif 1 de l'invention a permis de démontrer que le fruit ayant la capacité antioxydante la plus importante est la poire. En ce qui concerne les légumes, le poivron jaune présente la CAOT la plus importante , mais toutefois légèrement inférieure à celle de la poire.
Exemple 4 : Détermination de la capacité antioxydante de molécules antioxydantes de référence
Une pluralité de molécules antioxydantes de référence ont été testées au moyen du dispositif de mesure 1 selon l'invention, à savoir l'acide ascorbique, l'acide gallique, la catéchine, la cyanidine chloride, l'épicatéchine, l' épigallocatéchine , 1' épigallocatéchine gallate, la gallocatéchine, la myricétine, le propyle gallate, la quercétine et le trolox.
Les résultats de mesure de la CAOT/mM de ces produits sont illustrés sur l'histogramme de la figure 6. D'après ces résultats, la molécule ayant la capacité antioxydante la plus importante, par mM de produit, est l' épigallocatéchine gallate, un ester d ' épigallocatéchine et d'acide gallique, présent notamment dans le thé blanc, le thé vert, de nombreux légumes et fruits à coques.
Exemple 5 : Comparaison de l'invention avec des méthodes usuelles La capacité antioxydante de cinq polyphénols (polyphénol 1,
2, 3, 4 et 5) a été mesurée, d'une part au moyen du dispositif 1 de l'invention et, d'autre part, par la mise en œuvre de quatre méthodes classiques spectrophotométriques et fluorimétriques .
Les méthodes traditionnelles qui ont été testées sont les suivantes : - Test ORAC (pour Oxygen Radical Absorbance Capacity) basé sur la mesure de la décroissance de la fluorescence de la fluorescéine , en présence d'un oxydant, l'AAPH (2,2'- azobis (2-amidino-propane) dihydrochloride) , générateur de radicaux libres . La présence d' antioxydants dans l'échantillon à tester retarde la dégradation de la fluorescéine ;
Test FRAP (pour Ferrie Reducing Ability of Plasma) basé sur la réduction de 1 ' ion ferrique en ion ferreux à pi- bas , entraînant la formation d' un complexe coloré ion ferreux-tripyridyltriazine et le suivi de l' absorbance à 593 nm ;
Test DPPH, correspondant à l'abréviation du radical 2,2- diphényl-l-picrylhydrazyl, basé sur la réduction de ce radical, de coloration violette, et la formation de 2,2- diphényl-l-picrylhydrazine de coloration jaune verte.
- Test TEAC (ABTS) , pour Trolox Equivalent Antioxydant Capacity, et basé sur le transfert d'un électron singulet du radical cationique ABTS+ (pour acide 2 , 2 ' -azino-bis (3- éthylbenzothiazoline-6-sulfonique) , de coloration initialement bleu-vert, vers un antioxydant, avec formation d' un radical ABTS+ incolore . La décoloration du radical est mesurée à 734 nm et est proportionnelle à la quantité d' antioxydants présente au niveau de la matrice testée .
Les résultats obtenus au moyen des différentes méthodes de mesures appliquées pour mesurer la capacité antioxydante/oxydante totale de cinq polyphénols, ainsi que ceux obtenus en utilisant le dispositif 1, sont représentés sur l'histogramme de la figure 7.
Dans un premier temps, il est à noter que toutes les méthodes classiques mises en œuvre dans cet exemple donnent des résultats différents, alors que la matrice à tester est la même. Ainsi, la capacité antioxydante totale mesurée avec une méthode peut être 6 à 7 fois plus importante que celle obtenue au moyen d'une méthode différente, sur la même matrice (Cf. mesures avec DPPH et TEAC sur le polyphénol 4) .
En outre, au moyen du dispositif 1 de l'invention, les valeurs obtenues concernant la capacité antioxydante sont substantiellement plus importantes que les mesures obtenues par application des méthodes traditionnelles. Cela traduit indubitablement le fait que l'invention permet une mesure de la capacité antioxydante/oxydante totale, contrairement aux techniques habituelles qui ne mesurent qu'une partie de l'activité d'un échantillon.
Le dispositif de mesure 1 selon l'invention est très avantageux car rend possible la détermination simultanée de la capacité antioxydante et oxydante des échantillons ou des matrices testé (e) s, en une seule mesure, cela grâce à la composition particulièrement intéressante du système médiateur 5 dudit dispositif 1, qui capte à la fois l'ensemble des antioxydants et des oxydants de la matrice 2 à tester.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif (1) de mesure de la capacité antioxydante/oxydante totale d'une matrice (2) , comportant un boîtier rigide (3) sur lequel est fixé une pastille (4) comprenant au moins un système médiateur gélifié (5) , apte à être mis en contact avec au moins une portion de la surface (20) de ladite matrice (2) , et un moyen de mesure (6) de la capacité antioxydante/oxydante de ladite matrice (2) , ledit dispositif (1) comportant également, reliée audit boîtier (3) , une station de traitement des données récoltées par ledit moyen de mesure (6) , et étant caractérisé en ce que ledit moyen de mesure (6) de la capacité antioxydante/oxydante consiste en un moyen (7) de mesure du potentiel électrochimique du système médiateur, ce dernier incorporant au moins un premier composé (A) et un second composé (B) aptes à réagir et/ou à former un complexe respectivement avec les espèces antioxydantes (9) et oxydantes (10) présentes à la surface (20) de ladite matrice (2) , en sorte de modifier le potentiel électrochimique dudit système médiateur (5) .
2. Dispositif de mesure (1) selon la revendication précédente dans lequel le moyen (7) de mesure du potentiel électrochimique comprend au moins une microélectrode de référence (71) et une microélectrode de travail (72) .
3. Dispositif de mesure (1) selon la revendication précédente dans lequel la microélectrode de référence (71) est une microélectrode Ag/AgCl au chlorure d' argent ou une microélectrode à calomel et la microélectrode de travail (72) est une microélectrode en carbone, en or, en tungstène, en palladium, en iridium ou en platine.
4. Dispositif de mesure (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes dans lequel ladite station de traitement des données est reliée audit boitier (3) via un système filaire ou un système sans fil, ladite station de traitement hébergeant un logiciel apte à traiter les données récupérées par le boîtier (3) .
5. Dispositif de mesure (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes pour le dépistage de pathologies neurodégénératives ou de cardiopathies.
6. Dispositif de mesure (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes pour la détermination, in vivo, de l'efficacité antioxydante d'un produit quelconque administré par voie cutanée, entérale ou parentérale.
7. Procédé de mesure de la capacité antioxydante/oxydante totale d'une matrice (2), dans lequel :
- on met, au contact d'une portion de la surface (20) de ladite matrice (2) , un milieu gélifié (5) comportant au moins un premier composé (A) et un second composé (B) aptes à réagir et/ou à former un complexe respectivement avec les espèces antioxydantes (9) et oxydantes (10) présentes à la surface (20) de ladite matrice (2) , en sorte de modifier le potentiel électrochimique dudit milieu gélifié (5) ;
- on mesure la modification du potentiel électrochimique dudit milieu gélifié (5) ;
- on détermine , au moyen d' un logiciel adapté , la capacité antioxydante/oxydante totale du milieu gélifié (5) , reflétant la capacité antioxydante/oxydante totale de la matrice (2) .
8. Procédé de mesure de la capacité antioxydante/oxydante totale d'une matrice (2) selon la revendication précédente dans lequel on maintient le milieu gélifié (5) au contact de la surface (20) de la matrice (2) pendant un temps compris entre 1 et 300 secondes .
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