Études et caractérisations tribologiques des mécanismes biophysiques à l’origine de la sensation d’astringence

L’ étude de la lubrification orale devient une problématique actuelle pour l’industrie agroalimentaire. Les analyses quantitatives permettent de comprendre et d’anticiper des mécanismes physiologiques, tels que la prédiction des phénomènes d’astringence des produits alimentaires. L’astringence se manifeste par une diminution de la lubrification de la muqueuse orale après la consommation de produits d’origine végétale. Cependant, les recherches actuelles sur la lubrification orale s’appuient sur des matériaux synthétiques qui représentent mal les tissus buccaux. Elles négligent les interactions entre les protéines salivaires sécrétées et les protéines transmembranaires, limitant ainsi la compréhension des mécanismes de lubrification.

Cette thèse s’inscrit dans le projet MACARON qui vise à étudier le rôle de la muqueuse orale dans la perception sensorielle. Des modèles in vitro de muqueuse orale qui expriment la protéine transmembranaire MUC1 ont été développés pour simuler les interactions fondamentales entre MUC1 et les protéines salivaires. Ces interactions sont responsables de la lubrification et de l’hydratation des tissus. Par ailleurs, un tribomètre a été conçu pour effectuer des tests tribologiques in vitro sur ces modèles d’épithélium afin de suivre leur état de lubrification. Cette thèse se concentre ainsi sur l’étude des mécanismes moléculaires de la lubrification orale à travers une approche tribologique in vitro, en utilisant des paramètres physiques macro et micrométriques. Ces travaux proposent en premier lieu une étude sur le rôle crucial de la mucine MUC1 et de sa structure dans la lubrification orale. La présence de MUC1 améliore la lubrification grâce à une meilleure rétention des protéines salivaires à la surface cellulaire. Ensuite, cette thèse présente une exploration des mécanismes moléculaires de l’astringence. Les essais tribologiques in vitro en présence de composés astringents montrent que ces substances forment des agrégations à la surface épithéliale qui diminuent la lubrification orale. Parallèlement, nos travaux montrent que des mécanismes de protection, notamment la dissociation de MUC1 et l’interaction des protéines riches en proline avec les tanins, atténuent ces effets néfastes sur la lubrification.  A travers une étude complémentaire, des corrélations entre la perception sensorielle et nos propriétés physiques mesurées sont établies, démontrant la capacité de notre méthodologie à classer des individus selon leur sensibilité à l’astringence. Enfin, la dernière étude présente le développement d’un nouveau modèle de muqueuse orale visant à reproduire les propriétés mécaniques et physico-chimiques de la muqueuse in vivo.

Cette thèse propose une méthodologie innovante pour l’étude de la lubrification orale. En particulier, en s’intéressant à des mécanismes responsables de la sensation d’astringente grâce à l’utilisation de modèles de muqueuse toujours plus proches des tissus oraux physiologiques.

Mots clés : Lubrification orale, Tribologie orale in vitro, épithélium oral, mucines transmembranaires, MUC1, Protéines Salivaires, Astringence, Caractérisation de surface

Composition du jury :

• Pr. Hamid Zaidi (Rapporteur)
• Pr. Frédéric Lirussi (Rapporteur)
• Pr. Clotilde Minfray (Examinatrice)
• Dr. Coralie Thieulin-Privet (Examinatrice)
• Pr. Fabrice Neiers (Examinateur)
• Dr. Rohit Srivastava (Examinateur)

Encadrement :

• Pr. Hassan Zahouani (Directeur)
• Pr. Cyril Pailler-Mattéi (Co-encadrant)
• Dr. Roberto Vargiolu (Co-encadrant)

Tribological Studies and Characterizations of the Biophysical Mechanisms of Oral Lubrication

Ianis AMMAM

The study of oral lubrication has become a current concern for the food industry. Quantitative analyses allow for understanding and anticipating physiological mechanisms, such as predicting
astringency phenomena in food products. Astringency is characterized by a decrease in oral mucosa lubrication following the consumption of plant-based products. However, current
research on oral lubrication relies on synthetic materials that poorly represent oral tissues, neglecting interactions between secreted salivary proteins and transmembrane proteins, thus
limiting the understanding of lubrication mechanisms.

This thesis is part of the MACARON project, which aims to investigate the role of oral mucosa in sensory perception. In vitro models of oral mucosa expressing the transmembrane protein
MUC1 have been developed to simulate fundamental interactions between MUC1 and salivary proteins responsible for tissue lubrication and hydration. Additionally, a tribometer has
been designed to perform in vitro tribological tests on these epithelial models to monitor their lubrication state. Thus, this thesis focuses on studying the molecular mechanisms of oral lubrication through an in vitro tribological approach, using macro- and micrometric physical parameters.

Firstly, this work provides a study on the crucial role of MUC1 mucin and its structure in oral lubrication. The presence of MUC1 enhances lubrication by improving the retention of
salivary proteins on the cell surface. Secondly, the thesis explores molecular mechanisms of astringency. In vitro tribological tests in the presence of astringent compounds show that these
substances form aggregations on the epithelial surface, reducing oral lubrication. Concurrently, our work demonstrates protective mechanisms, including the dissociation of MUC1 and the
interaction of proline-rich proteins with tannins, mitigating these adverse effects on lubrication. Through additional study, correlations between sensory perception and our measured physical
properties are established, demonstrating the ability of our methodology to classify individuals based on their sensitivity to astringency. Finally, the last study presents the development of a
new oral mucosa model aiming to reproduce mechanical and physicochemical properties of in vivo mucosa.

This thesis proposes an innovative methodology for studying oral lubrication, particularly focusing on mechanisms responsible for astringency sensation through the use of mucosa models
increasingly closer to physiological oral tissues.

Keywords: Oral lubrication, in vitro oral tribology, Oral epithelium, Transmembrane mucins, MUC1,
Salivary Proteins, Astringency, Surface characterization