Biotecnología
Piel Impresa en 3D: Una Alternativa Prometedora a las Pruebas con Animales en Cosméticos
La mayoría de las personas nunca consideran la cantidad de investigación y pruebas que se realizan en artículos cotidianos como los cosméticos. Desde la investigación y desarrollo de nuevos tonos y colores, hasta las pruebas de seguridad, la industria cosmética es un sector de vanguardia que depende de una variedad de métodos para garantizar que sus productos sean seguros. Así es como un equipo de ingenieros busca reducir las pruebas con animales en el mercado mediante la introducción de piel viva impresa en 3D.
Por qué todavía se usan pruebas con animales en la industria cosmética
En el pasado, las pruebas con animales eran la forma principal en que los cosméticos o investigadores médicos podían probar sus productos en seres vivos. En los primeros días, estas pruebas eran tan simples como colocar el producto sobre el animal y observar su comportamiento.
Durante el último siglo, las pruebas con animales han experimentado un aumento drástico en sus capacidades. Los investigadores pueden cultivar órganos humanos y otras partes esenciales del cuerpo en otros seres vivos para mejorar la precisión de las pruebas.
Además, la modelización informática avanzada permite pruebas de simulación. Este enfoque es más económico, rápido y preciso que las pruebas con animales en la mayoría de los escenarios. Sin embargo, a pesar de estos avances, todavía existen muchas empresas cosméticas y médicas que dependen de las pruebas con animales para sus productos.
Los problemas éticos y científicos de las pruebas con animales
Existen algunos problemas éticos evidentes con las pruebas con animales. Por un lado, hay una larga historia de maltrato y crueldad hacia estos sujetos de prueba. Estas preocupaciones alcanzaron su punto máximo en 2010.
Fue entonces cuando la UE introdujo una serie de restricciones a las pruebas con animales con el objetivo general de eliminar la práctica en los próximos años. Afortunadamente, un equipo de ingenieros innovadores puede haber encontrado una solución viable.
Cómo la piel impresa en 3D podría reemplazar las pruebas con animales en laboratorios
El estudio “Protocol for the fabrication of self-standing (nano)cellulose-based 3D scaffolds for tissue engineering“1 profundiza en un nuevo método de impresión 3D que combina tinta personalizada con tecnología de impresión propietaria para crear piel imitadora viva.
Esta piel cultivada artificialmente permitirá a los ingenieros del futuro realizar pruebas in vitro, como medir la absorción y toxicidad de nanopartículas de cosméticos y medicamentos, sin utilizar sujetos animales.
Uso de andamios 3D para cultivar células de piel humana para pruebas
Investigadores de la Universidad Técnica de Graz (TU Graz) y del Instituto Tecnológico de Vellore (VIT) en la India utilizan una impresora 3D propietaria y componentes para crear andamios porosos hechos de materiales nanocelulósicos. Estos andamios 3D son ahora un componente crítico de la industria de pruebas.
Qué hace que la piel impresa en 3D sea una plataforma de pruebas viable
Los andamios 3D tienen algunas ventajas distintas sobre las alternativas al discutir pruebas con animales. Por un lado, no se lastiman animales. Además, pueden imitar con precisión la matriz extracelular (ECM). Esta capacidad permite a los ingenieros cultivar una variedad de células, que madurarán como si estuvieran dentro del cuerpo, permitiendo probar productos y tratamientos de manera eficaz.
A diferencia de otros métodos de cultivo celular, los andamios 3D proporcionan soporte estructural y personalización. Por ejemplo, los ingenieros pueden personalizar la estructura de los poros, la biocompatibilidad y otros detalles clave como la capacidad de soportar la adhesión y proliferación de células mamíferas.
El equipo decidió usar recursos de origen vegetal como parte de su enfoque. Sabían que querían lograr una alta resistencia mecánica y una superficie extensa a escala nanométrica. Tras mucha investigación, determinaron que la combinación de celulosa nanofibrilada (NFC), celulosa carboximetilada (CMC) y ácido cítrico (CA) ofrecería el enfoque sinérgico que deseaban.
Impresora 3D y herramientas usadas para crear andamios de piel sintética
Específicamente, el equipo seleccionó una impresora BioScaffolder 3.1 3D con una boquilla de impresión personalizada. Los ingenieros programaron detalles cruciales como presión y distancia entre filamentos usando el software GeSiM Robotics BS3.1/3.2. Esta configuración estableció la presión de dispensado en un rango de 220 kPa–260 kPa con una distancia entre filamentos de 500 μm–900 μm y una altura de filamento de 0,2 mm.
El científico seleccionó una velocidad de impresión de 15 mm/s y un desplazamiento Z de 0,0 mm. Esta estrategia funcionó bien con el alto contenido de agua del hidrogel. Este alto contenido de agua también crea un entorno ideal para el crecimiento celular, aunque complica la impresión.
Para contrarrestar la hidratación adicional, los ingenieros crearon una derivada de celulosa con grupos carboxilo. Este químico mejoró la retención de agua y la adhesión. También mejoró la retención de agua, el entrecruzamiento, la adhesión interfacial y la capacidad de entrecruzamiento iónico, convirtiéndolo en un aditivo ideal para construcciones de ingeniería tisular. Cabe destacar que el ácido cítrico actúa como un entrecruzador natural y potenciador de enlaces covalentes que ayuda a estabilizar la estructura del andamio mientras mantiene la biocompatibilidad.
Proceso de liofilización para estabilizar los andamios impresos en 3D
La liofilización fue otro método usado para eliminar la hidratación no deseada en el hidrogel. Este método es ideal porque elimina el exceso de agua mientras mantiene intacta la estructura porosa. La caída repentina de temperatura también potencia el entrecruzamiento de los grupos carboxílicos e hidroxilos.
Fuente – Manisha Sonthalia – Vellore Institute of Technology
Tinta bio-basada en nanocelulosa: composición y papel en la bioprinting
Parte del nuevo enfoque de impresión 3D depende del uso de tinta de nanocelulosa. Esta tinta combina celulosa nanofibrilada (NFC), celulosa carboximetilada (CMC) y ácido cítrico (CA). El ácido cítrico actúa como agente de unión final en la solución. Notablemente, los ingenieros crearon 4 variaciones de tinta para pruebas.
Cómo los andamios impresos en 3D imitan la piel humana real
La estructura impresa en 3D hecha de hidrogel optimizado comparte muchas similitudes con la piel humana. Por ejemplo, tiene la misma estructura de 3 capas y tipos de células vivas. Sin embargo, la piel inicial puede crearse para imitar una amplia variedad de tipos de piel y afecciones con células vivas. También posee la misma biomecánica que la piel humana.
Hidrogeles en ingeniería tisular: apoyo al crecimiento celular
El equipo comenzó con la creación de un hidrogel especial, capaz de interactuar y cultivar el crecimiento de células vivas. Probó varias mezclas hasta encontrar una que demostrara mayor estabilidad mecánica y resistencia a la degradación hidrolítica.
Bioprinting de células vivas para pruebas cosméticas y médicas
Los ingenieros observaron que la impresión 3D de células vivas podía crecer, madurar y sobrevivir en la solución de hidrogel durante 3 semanas mientras desarrollaba tejido cutáneo vivo. El equipo logró el crecimiento de células vivas usando métodos de entrecruzamiento para estabilización. Notablemente, no fue necesario utilizar químicos citotóxicos peligrosos. Además, se redujeron las tareas de post‑procesado.
Cómo se neutralizan los andamios para un cultivo celular seguro
Los ingenieros tomaron los andamios 3D, los recubrieron con hidróxido de sodio y luego los enjuagaron a fondo. Este paso fue crucial para garantizar que todo el álcali residual fuera eliminado. También requiere un remojo de 60 minutos para asegurar la neutralidad completa.
Pruebas de viabilidad de las estructuras de piel impresas en 3D
Los ingenieros realizaron varias pruebas para asegurar que las células que imprimieron maduraran y fueran precisas. El equipo examinó el crecimiento y la madurez celular como primer paso. Específicamente, estaban interesados en determinar si las células eran exactamente como las encontradas en el cuerpo o si había diferencias detalladas que hicieran obsoleta su utilización para pruebas.
Estabilidad mecánica y biocompatibilidad de la piel impresa en 3D
Las pruebas demostraron que la estructura es resistente y extremadamente estable, gracias al hidrogel propietario utilizado. Las conclusiones clave del nuevo método de impresión son que los materiales entrecruzados no son citotóxicos y son mecánicamente estables.
Además, se determinó que temperaturas más bajas y tiempos de entrecruzamiento más cortos o más largos afectan el proceso de entrecruzamiento. Los investigadores de TU Graz observaron que podían reducir la velocidad de entrecruzamiento para lograr cambios en las propiedades fisicoquímicas del andamio.
Beneficios de la piel impresa en 3D para reducir las pruebas con animales
Hay varios beneficios que este estudio aporta al mercado. Por un lado, es fácil imaginar que las pruebas con animales se vuelvan obsoletas. No hay razón para probar en animales cuando existe un método más asequible y eficaz. Además, estos datos deberían ayudar a las empresas a hacer la transición de las pruebas con animales al uso de células vivas cultivadas en laboratorio mediante impresión 3D.
¿Cuándo se usará la piel impresa en 3D en pruebas cosméticas?
Existen muchas aplicaciones de esta tecnología que podrían ayudar a salvar tanto vidas humanas como animales. La aplicación obvia para esta tecnología es en los campos de pruebas cosméticas y médicas. El uso de piel impresa en 3D hará que las pruebas con animales sean una opción menos atractiva en el futuro.
Esta piel personalizable puede fabricarse para replicar una amplia variedad de tipos y ubicaciones de piel humana. Como tal, proporcionará la solución de prueba ideal para investigadores que buscan monitorizar los efectos de sus productos en el cuerpo. De esta manera, estos datos ofrecen una visión del marco para desarrollar biomateriales versátiles y sostenibles para la medicina regenerativa.
Bioprinting en el espacio: casos de uso futuros para la salud humana
Otro caso de uso para estos avanzados proyectos de crecimiento de células humanas es ayudar a expandir el alcance de los exploradores interestelares. En el futuro, la exploración espacial requerirá que los humanos viajen desde la Tierra y probablemente nunca regresen.
Como parte de su estrategia de supervivencia, necesitarán poder proporcionar atención médica adecuada a millones de millas de distancia de su hogar. El uso de una impresora 3D se considera la mejor solución a este problema. Los astronautas del futuro podrían depender de órganos, piel y otros componentes corporales impresos en 3D para sobrevivir hasta completar su misión.
El uso de impresión 3D de piel para pruebas podría comenzar dentro de los próximos 3‑5 años, ya que hay una fuerte demanda de esta tecnología. Sin embargo, el objetivo de imprimir órganos completos sigue estando a 10‑20 años de distancia, ya que los aspectos científicos, médicos y legales de la tecnología deben alinearse.
Los científicos detrás del avance de la piel impresa en 3D
Este estudio fue liderado por un equipo de investigadores innovadores de la Universidad Técnica de Graz (TU Graz) y del Instituto Tecnológico de Vellore (VIT) en la India. Específicamente, el artículo menciona a Tamilselvan Mohan, Matej Bračič, Doris Bračič, Florian Lackner, Chandran Nagaraj, Andreja Dobaj Štiglic, Rupert Kargl, Karin y Stana Kleinschek como contribuyentes al trabajo.
¿Qué sigue para la piel impresa en 3D en pruebas médicas y cosméticas?
Ahora, el equipo centrará su atención en optimizar su hidrogel y diseño de tinta para hacerlo más rápido, fiable y asequible. También probarán diferentes mezclas y enfoques para encontrar el equilibrio óptimo entre costos, capacidad de impresión, integridad estructural y desempeño biológico.
Una empresa pública que avanza la tecnología de bioprinting
Hay varias empresas involucradas en el sector de bioprinting. Estas firmas tienen una variedad de tareas, desde ofrecer soporte en forma de software para desarrollar diseños avanzados de impresión 3D, hasta fabricantes de hardware e impresoras. Cada una de estas empresas desempeña un papel vital en el mercado. Aquí hay una empresa que se perfila para seguir siendo una de las mejores en el futuro previsible.
3D Systems
Pocas empresas tienen la influencia y reputación en el sector de bioprinting como 3D Systems (DDD ). Esta firma se orientó al sector de bioprinting en 2017 después de asociarse con otro líder del mercado, United Therapeutics. Desde entonces, ha desempeñado una posición crítica al proporcionar componentes esenciales al mercado, incluidos bio‑inks y otro hardware.
Hoy, 3D Systems juega un papel crucial en los sectores de descubrimiento de fármacos e investigación. Se le considera una de las mayores compañías puras de impresión 3D por ingresos y capitalización de mercado. Además, la empresa continúa realizando adquisiciones para impulsar su posición en el mercado. Específicamente, adquirió la firma de bioprinting Allevi, ampliando sus capacidades técnicas.
(DDD )
Quienes buscan una acción de bioprinting fiable y probada deberían investigar más a fondo 3D Systems. La compañía ha consolidado una reputación como innovadora y cuenta con una amplia red de socios e inversores que respaldan su investigación, incluido el objetivo de algún día cultivar órganos humanos completos. Aunque este objetivo aún está a varios años, esta investigación sin duda acelerará su consecución.
Últimas noticias sobre 3D Systems
Piel viva impresa en 3D – La curación se encuentra con la tecnología
Hay que felicitar a TU Graz y al Instituto Tecnológico de Vellore en la India por desarrollar su piel impresa en 3D. Este método mejorado podría ayudar a inaugurar una era de pruebas sin animales y medicamentos más eficaces. Por ahora, este estudio debe verse como un rayo de esperanza para activistas de los animales, profesionales médicos y toda la industria cosmética.
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Estudios Referenciados:
1. Mohan, T., Bračič, M., Bračič, D., Lackner, F., Nagaraj, C., Dobaj Štiglic, A., Kargl, R., & Stana Kleinschek, K. (2025). Protocol for the fabrication of self-standing (nano)cellulose-based 3D scaffolds for tissue engineering. STAR Protocols, 6(2), 103583. https://doi.org/10.1016/j.xpro.2024.103583
