Reproducing the scalp microbiota community: co-colonization of a 3D reconstructed human epidermis with C. acnes and M. restricta

This study shows a pre-clinical model that recapitulates the interactions that can occur between site-specific microbial strains and keratinocytes in dandruff condition. The model can be applied to assess ingredients and products' mechanism of action. Objectif: Un modèle d'épiderme humain reconstruit a été colonisé par des souches microbiennes spécifiques du cuir chevelu pour étudier les interactions complexes entre les microorganismes et l’épiderme. MÉTHODES: Les épidermes humains reconstruits ont été colonisés par Cutibacterium acnes et Malassezia restricta pendant 72 h, puis caractérisés morphologiquement et par immunomarquages pour suivre les marqueurs de la différenciation kératinocytaire pour la fonction barrière, de prolifération et de défense antimicrobienne. La fonction barrière a également été évaluée par des mesures de résistance électrique transépithéliale (TEER). Afin d'étudier les microorganismes sur le modèle épidermique, des numérations des microorganismes viables et une analyse de l'ultrastructure phénotypique par microscopie électronique à balayage ont été effectuées. RÉSULTATS: Les modèles colonisés par C. acnes n'ont pas conduit à des modifications conséquentes de l'intégrité et de la viabilité de la barrière physiologique, bien que cette souche forme des agrégats. M. restricta a formé de gros agrégats par une interaction étroite avec l’épiderme, provoquant ainsi à la fois une forte diminution de la fonction barrière, une dégradation de la structure et une augmentation de l'expression de la bêta-défensine 2 humaine. Les modèles co-colonisés ont montré une altération de la fonction barrière, mais les dommages globaux étaient moins drastiques que lors de la simple colonisation par M. restricta. Ce « modèle de cuir chevelu » développé a permis d’identifier des modifications morphologiques conduisant à un renouvellement épidermique incontrôle. Conclusion: Cette étude propose un modèle préclinique qui mime les interactions qui peuvent se produire entre les souches microbiennes spécifiques de ce site anatomique et les kératinocytes du scalp en condition pelliculaire. De plus, ce modèle peut être utiliser pour screener ingrédients et produits formulés et ainsi accéder à leurs mécanismes d’action.

Reconstructed human epidermis was colonized with Cutibacterium acnes and Malassezia restricta for 72 h. The epidermal model was characterized in terms of morphology, using immune-labelling targeting biomarkers for barrier structure, proliferation, differentiation and anti-microbial defence. The barrier function was assessed by transepithelial electrical eesistance (TEER) measurements. In order to study the microorganisms on the epidermal model, viable counts and phenotype ultrastructure analysis were performed by scanning electron microscopy (SEM).

A 3D reconstructed human epidermis (RHE) model colonized with specific microbial strains was developed to model the complex interactions between strains of the human scalp hair.

The RHE colonized with C. acnes did not lead to severe modifications of the physiological barrier integrity and viability, though it shows aggregates. M. restricta formed large aggregates by a close interaction with the RHE, thus causing both a strong decrease in barrier function and structure degradation and an increased human beta defensin 2 (HBD2) expression. The co-colonized model resulted in barrier depletion, but the overall damage was less severe, respecting the single colonization with M. restricta. The developed 'scalp model' allowed to identify morphological modifications leading to uncontrolled epidermal renewal.