Ester stéarylique de polyéthylèneglycol (MYRJ 45) et éther homologue (BRIJ 76): analyse chromatographique et étude de leur hydrolyse enzymatique

Abstract

Surfactants are widely used in cosmetics and pharmaceuticals as emulsifiers and stabiliser agents. Over the last years it has been recognized that some of the surfactants cause skin irritations. The mechanism of these irritations is still unexplained. Etter et Savoia (1970) observed that the PEG ethers are much more irritating than the PEG esters. They suggested that the persistence of the amphiphilic properties in absence of biotransformation of the surfactants is at the origin of these irritations. In order to verify this hypothesis, we have studied the metabolic degradation of two nonionic surfactants, Brij 76 (polyoxyethylene-10-stearyl alcohol) and Myrj 45 (polyoxyethylene-8-stearate) by purified enzymes, namely esterases and lipases. The use of isolated enzymes allows to investigate the hydrolysis in absence of other possibly interfering metabolic transformations. We developed an HPLC method using a RI detector for the analysis of Brij et Myrj. The lack of pure standard compounds as well as the fact that these surfactants are complex mixtures made the analysis difficult. Nevertheless, we were able to follow the kinetics of the enzymatic hydrolysis of Myrj 45. The products formed are PEG, stearic acid and an unknown compound, probably an ester produced by transesterification. The ether analog (Brij 76) was stable under identical conditions. We developed a preparative chromatography method allowing to separate the monoesters and the diesters present in Myrj 45. Each fraction was incubated with the esterase under the same conditions as above. The incubation of the monoester fraction / of Myrj 45 with the esterase produced PEG and the same unknown compound as already found in the incubation of the non fractioned Myrj 45. The diester fraction of Myrj 45 yielded under identical conditions stearic acid and the unidentified compound, but no formation of PEG was observed. Since this in vitro study demonstrates that the less irritant surfactant (Myrj 45) is hydrolysed in contrast to the irritant surfactant Brij 76, we can assume that the irritations are at least in part related to the lack of biotransformation.

Les surfactifs non-ioniques sont très souvent utilisés dans la cosmétique et l'industrie pharmaceutique. Depuis ces derniers années, des intolérances cutanées ont été signalées. Plusieurs tests sont développés pour les étudier mais aucun n'en explique vraiment le mécanisme. Une hypothèse développée par Etter et Savoia (1970) proposant que le maintien des propriétés tensioactives consécutives à l'absence de biotransformation du surfactif peut être une des causes de ces intolérances, reste à démontrer. Pour la vérifier, nous avons étudié la cinétique d'hydrolyse enzymatique de deux surfactifs non-ioniques, un éther stéarylique de PEG (Brij 76) et un ester homologue, le stéarate de PEG (Myrj 45), en utilisant des enzymes purifiées, à savoir la lipase et l'estérase. Les hydrolyses enzymatiques sont effectuées avec l'estérase et la lipase pour limiter les interférences possibles engendrées par d'autres systèmes métaboliques. L'HPLC est la méthode de choix pour la détermination des substrats et de leur metabolites. Pour déceler ces derniers, nous avons utilisé un détecteur réfractométrique vu l'absence des groupes chromophores. Plusieurs types de colonne ont été utilisées. L'analyse de ces produits tensio-actifs représente une tâche difficile vu la complexité de leur composition. Le manque de substances pures auxquelles se référer ne permet pas l'identification de chaque pic, ni une quantification absolue. Néanmoins, nous avons séparé des monoesters, des diesters et des PEG contenus dans le Myrj 45 ainsi que l'acide stéarique formé après l'hydrolyse enzymatique. Les résultats obtenus par les hydrolyses enzymatiques démontrent que l'ester est métabolisé par les enzymes alors que l'éther n'est pas scindé et conserve ses propriétés tensioactifs, dommageables à la peau.171 L'hydrolyse de l'ester Myrj 45 aboutit à la formation d'acide stéarique, de PEG ainsi que d'ester non-identifié. A activité enzymatique comparable et pour la même concentration de substrat (1 %), l'estérase scinde plus rapidement l'ester que la lipase. Par exemple, après 30 min en présence d'estérase, le Myrj 45 est hydrolyse et nous pouvons observer l'apparition d'acide stéarique, tandis qu'avec la lipase et après 30 min d'incubation l'acide stéarique n'est pas formé et le diester du Myrj 45 n'est pas détruit. Pour terminer, nous avons séparé par Chromatographie preparative les mono- et les diesters pour étudier leur comportement individuel en présence des deux enzymes. La fraction de monoesters^est rapidement décomposée en donnant des PEG et un autre produit non-identifié. La fraction de diesters se transforme encore plus rapidement que la fraction des monoesters en acide stéarique et en un produit non-identifié. En revanche, la fraction des diesters ne libère pas de PEG. Le produit non-identifié, identique pour les deux fractions et pour le Myrj non préalablement fractionné, résulte vraisemblablement d'une interestérification. L'étude réalisé avec les enzymes in vitro démontre que le stéarate de PEG (Myrj 45) est hydrolyse contrairement à l'éther stéarylique de PEG (Brij 76) qui reste intact. Dans ces conditions, il devient vraisemblable d'admettre que les manifestations d'intolérance cutanée sont en partie liées à une carence de biotransformation des surfactifs.