Peau imprimée en 3D : une alternative prometteuse aux tests sur les animaux dans les cosmétiques

La plupart des gens ignorent la quantité de recherche et de tests nécessaires à la fabrication de produits du quotidien comme les cosmétiques. De la recherche et du développement de nouvelles teintes et couleurs aux tests de sécurité, l'industrie cosmétique est un secteur de pointe qui s'appuie sur diverses méthodes pour garantir la sécurité de ses produits. Voici comment une équipe d'ingénieurs cherche à réduire les tests sur les animaux grâce à l'introduction de peaux vivantes imprimées en 3D.

Pourquoi les tests sur les animaux sont-ils encore utilisés dans l'industrie cosmétique ?

Autrefois, les tests sur les animaux étaient le principal moyen utilisé par les chercheurs en cosmétique ou en médecine pour tester leurs produits sur des êtres vivants. Au début, ces tests se résumaient à placer le produit sur l'animal et à observer son comportement.

Au cours du siècle dernier, les expériences sur les animaux ont connu un essor considérable. Les chercheurs peuvent cultiver des organes humains et d'autres parties essentielles du corps sur d'autres êtres vivants afin d'améliorer la précision des tests.

De plus, la modélisation informatique avancée permet des tests de simulation. Cette approche est plus abordable, plus rapide et plus précise que les tests sur les animaux dans la plupart des cas. Cependant, malgré ces avancées, de nombreuses entreprises du secteur cosmétique et médical continuent de recourir à des tests sur les animaux pour leurs produits.

Les problèmes éthiques et scientifiques liés aux tests sur les animaux

L'expérimentation animale soulève des problèmes éthiques évidents. Tout d'abord, les mauvais traitements et la cruauté envers ces sujets sont une constante dans l'histoire. Ces inquiétudes ont atteint leur paroxysme en 2010.

C'est à ce moment-là que l'UE a introduit une série de restrictions sur les tests sur les animaux, avec pour objectif global de les abandonner progressivement dans les années à venir. Heureusement, une équipe d'ingénieurs innovants a peut-être trouvé une solution viable.

Comment la peau imprimée en 3D pourrait remplacer les tests sur les animaux en laboratoire

L'étude "Protocole de fabrication d'échafaudages 3D autoportants à base de (nano)cellulose pour l'ingénierie tissulaire"¹ se penche sur une nouvelle méthode d'impression 3D qui combine une encre personnalisée avec une technologie d'impression exclusive pour créer une imitation de peau vivante.

Cette peau artificiellement cultivée permettra aux ingénieurs de réaliser à l’avenir des tests in vitro, comme la mesure de l’absorption et de la toxicité des nanoparticules provenant de cosmétiques et de médicaments, sans utiliser de sujets animaux.

Utilisation d'échafaudages 3D pour cultiver des cellules cutanées humaines à des fins de test

Des chercheurs de l'Université de technologie de Graz (TU Graz) et de l'Institut de technologie de Vellore (VIT) en Inde utilisent une imprimante 3D et des composants propriétaires pour créer des échafaudages poreux à base de matériaux nanocellulosiques. Ces échafaudages 3D sont désormais un élément essentiel du secteur des tests.

Qu'est-ce qui fait de la peau imprimée en 3D une plateforme de test viable ?

L'échafaudage 3D présente des avantages certains par rapport aux autres solutions en matière d'expérimentation animale. D'une part, aucun animal n'est blessé. De plus, il peut imiter avec précision la matrice extracellulaire (MEC). Cette capacité permet aux ingénieurs de cultiver une variété de cellules, qui mûriront comme si elles étaient à l'intérieur du corps, ce qui leur permet de tester efficacement leurs produits et traitements.

Contrairement aux autres méthodes de croissance cellulaire, l'échafaudage 3D offre un support structurel et une personnalisation. Par exemple, les ingénieurs en échafaudage 3D peuvent personnaliser la structure des pores, la biocompatibilité et d'autres détails clés, comme la capacité à favoriser l'adhésion et la prolifération des cellules de mammifères.

L'équipe a choisi d'utiliser des ressources végétales dans le cadre de son approche. Elle souhaitait obtenir une résistance mécanique élevée et une surface étendue à l'échelle nanométrique. Après de nombreuses recherches, elle a déterminé que l'association de cellulose nanofibrillée (NFC), de carboxyméthylcellulose (CMC) et d'acide citrique (AC) offrirait l'approche synergique souhaitée.

Imprimante 3D et outils utilisés pour créer des échafaudages en peau synthétique

Plus précisément, l'équipe a sélectionné une imprimante 3.1D BioScaffolder 3 équipée d'une buse d'impression personnalisée. Les ingénieurs ont ensuite programmé des détails cruciaux comme la pression et la distance entre les brins à l'aide du logiciel GeSiM Robotics BS3.1/3.2. Dans ce système, la pression de distribution était réglée sur une plage de 220 kPa à 260 kPa, avec une distance entre les brins de 500 μm à 900 μm et une hauteur de brin de 0.2 mm.

Le scientifique a choisi une vitesse d'impression de 15 mm/s et un décalage Z de 0.0 mm. Cette stratégie s'est avérée efficace compte tenu de la forte teneur en eau de l'hydrogel. Cette forte teneur en eau crée également un environnement idéal pour la croissance cellulaire, mais elle complique l'impression.

Pour lutter contre cette hydratation supplémentaire, les ingénieurs ont créé un dérivé de cellulose contenant des groupes carboxyles. Ce produit chimique a amélioré la rétention d'eau et l'adhérence. Il a également amélioré la rétention d'eau, la réticulation, l'adhérence interfaciale et la capacité de réticulation ionique, ce qui en fait un additif idéal pour les structures d'ingénierie tissulaire. L'acide citrique agit notamment comme un agent de réticulation naturel et un activateur de liaison covalente, contribuant ainsi à stabiliser la structure de l'échafaudage tout en préservant sa biocompatibilité.

Procédé de lyophilisation pour la stabilisation des échafaudages imprimés en 3D

La lyophilisation est une autre méthode utilisée pour éliminer l'hydratation indésirable de l'hydrogel. Cette méthode est idéale car elle élimine l'excès d'eau tout en préservant la structure poreuse. La chute brutale de température favorise également la réticulation des groupes carboxyliques et hydroxyles.

Source – Manisha Sonthalia – Institut de technologie de Vellore

Encre biologique à base de nanocellulose : composition et rôle dans la bio-impression

Une partie de la nouvelle approche d'impression 3D repose sur l'utilisation d'encre nanocellulosique. Cette encre associe de la cellulose nanofibrillée (NFC), de la carboxyméthylcellulose (CMC) et de l'acide citrique (AC). L'acide citrique agit comme liant final dans la solution. Les ingénieurs ont notamment créé quatre variantes d'encre à des fins de test.

Comment les échafaudages imprimés en 3D imitent la vraie peau humaine

La structure imprimée en 3D, fabriquée à partir d'hydrogel optimisé, présente de nombreuses similitudes avec la peau humaine. Par exemple, elle possède la même structure à trois couches et les mêmes types de cellules vivantes. Cependant, la peau d'initiation peut être créée pour imiter une grande variété de types de peau et d'affections grâce à des cellules vivantes. Elle présente également la même biomécanique que la peau humaine.

Hydrogels en ingénierie tissulaire : soutenir la croissance cellulaire

L'équipe a commencé par créer un hydrogel spécial, capable d'interagir avec les cellules vivantes et de favoriser leur croissance. Elle a testé plusieurs mélanges jusqu'à en trouver un présentant une stabilité mécanique et une résistance à la dégradation hydrolytique améliorées.

Bio-impression de cellules vivantes pour les tests cosmétiques et médicaux

Les ingénieurs ont constaté que l'impression 3D de cellules vivantes permettait leur croissance, leur maturation et leur survie dans la solution d'hydrogel pendant trois semaines, tout en développant le tissu cutané vivant. L'équipe a obtenu la croissance de cellules vivantes grâce à des méthodes de réticulation pour la stabilisation. L'utilisation de produits chimiques cytotoxiques dangereux a notamment été évitée. De plus, les tâches de post-traitement ont été réduites.

Comment les échafaudages sont neutralisés pour une culture cellulaire sûre

Les ingénieurs ont pris l'échafaudage 3D, l'ont enduit d'hydroxyde de sodium, puis l'ont rincé abondamment. Cette étape était cruciale pour garantir l'élimination de tout résidu alcalin. Elle nécessite également un trempage de 60 minutes pour garantir une neutralité totale.

Tester la viabilité des structures cutanées imprimées en 3D

Les ingénieurs ont effectué plusieurs tests pour s'assurer que les cellules imprimées étaient matures et précises. L'équipe a d'abord examiné la croissance et la maturité cellulaires. Plus précisément, ils souhaitaient déterminer si les cellules étaient identiques à celles trouvées dans l'organisme ou si des différences détaillées rendraient leur utilisation pour les tests obsolète.

Stabilité mécanique et biocompatibilité de la peau imprimée en 3D

Les tests ont démontré la résilience et l'extrême stabilité de la structure, grâce à l'hydrogel exclusif utilisé. Les principaux avantages de cette nouvelle méthode d'impression sont la non-cytotoxicité et la stabilité mécanique des matériaux réticulés.

De plus, il a été déterminé que des températures plus basses et des temps de réticulation plus ou moins longs affectent le processus de réticulation. Les chercheurs de l'Université technique de Graz ont constaté qu'ils pouvaient réduire le taux de réticulation pour obtenir des modifications des propriétés physicochimiques de l'échafaudage.

Avantages de la peau imprimée en 3D pour réduire les tests sur les animaux

Cette étude présente plusieurs avantages pour le marché. Tout d'abord, il est facile d'envisager l'obsolescence des tests sur les animaux. Il n'y a aucune raison de tester sur les animaux alors qu'une méthode plus abordable et plus efficace existe. De plus, ces données devraient aider les entreprises à opérer la transition des tests sur les animaux vers l'utilisation de cellules vivantes produites en laboratoire par impression 3D.

Quand la peau imprimée en 3D sera-t-elle utilisée dans les tests cosmétiques ?

Cette technologie offre de nombreuses applications qui pourraient contribuer à sauver des vies humaines et animales. Son application la plus évidente réside dans les domaines des tests cosmétiques et médicaux. L'utilisation de la peau imprimée en 3D rendra les tests sur les animaux moins attractifs à l'avenir.

Cette peau personnalisable peut être conçue pour reproduire une grande variété de types et de localisations de peau humaine. Elle constituera ainsi la solution de test idéale pour les chercheurs souhaitant surveiller les effets de leurs produits sur l'organisme. Ces données offrent ainsi un aperçu du cadre de développement de biomatériaux polyvalents et durables pour la médecine régénérative.

Bio-impression spatiale : utilisations futures pour la santé humaine

Un autre cas d'utilisation de ces projets avancés de croissance cellulaire humaine est de contribuer à élargir le champ d'action des explorateurs interstellaires. À l'avenir, l'exploration spatiale nécessitera des voyages humains depuis la Terre, sans jamais y revenir.

Dans le cadre de leur stratégie de survie, ils devront être en mesure de fournir des soins de santé adéquats à des millions de kilomètres de chez eux. L'utilisation d'une imprimante 3D est considérée comme la meilleure solution à ce problème. Les astronautes du futur pourraient compter sur des organes, de la peau et d'autres composants corporels imprimés en 3D pour survivre jusqu'à la fin de leur mission.

L'utilisation de l'impression 3D de peau à des fins de tests pourrait débuter d'ici 3 à 5 ans, compte tenu de la forte demande pour cette technologie. Cependant, l'objectif d'imprimer des organes complets est encore à 10-20 ans, car les aspects scientifiques, médicaux et juridiques de cette technologie doivent être harmonisés.

Les scientifiques à l'origine de la découverte révolutionnaire de la peau imprimée en 3D

Cette étude a été dirigée par une équipe de chercheurs innovants de l’Université de technologie de Graz (TU Graz) et du Vellore Institute of Technology (VIT) en Inde. Plus précisément, l'article répertorie Tamilselvan Mohan, Matej Bračič, Doris Bračič, Florian Lackner, Chandran Nagaraj, Andreja Dobaj Štiglic, Rupert Kargl, Karin et Stana Kleinschek comme ayant contribué au travail.

Quelles sont les prochaines étapes pour la peau imprimée en 3D dans les tests médicaux et cosmétiques ?

L'équipe se concentrera désormais sur l'optimisation de la conception de son hydrogel et de son encre afin de la rendre plus rapide, plus fiable et plus abordable. Elle testera également différents mélanges et approches pour trouver l'équilibre optimal entre coûts, imprimabilité, intégrité structurelle et performances biologiques.

Une société publique qui fait progresser la technologie de la bio-impression

Plusieurs entreprises sont actives dans le secteur de la bio-impression. Leurs missions sont variées, allant de l'assistance logicielle pour le développement de maquettes d'impression 3D avancées à la fabrication de matériel et d'imprimantes. Chacune de ces entreprises joue un rôle essentiel sur le marché. Voici une entreprise qui devrait rester parmi les leaders dans un avenir proche.

Systèmes 3D

Peu d'entreprises ont l'influence et la réputation dans le secteur de la bio-impression comme 3D Systems (DDD -1.91%)Cette entreprise s'est tournée vers le secteur de la bio-impression en 2017 après s'être associée à un autre leader du marché, United Therapeutics. Depuis, elle joue un rôle essentiel dans la fourniture de composants essentiels au marché, notamment des bio-encres et d'autres matériels.

Aujourd'hui, les systèmes 3D jouent un rôle crucial dans la découverte et la recherche de médicaments. L'entreprise est considérée comme l'une des plus grandes entreprises d'impression 3D pure player en termes de chiffre d'affaires et de capitalisation boursière. Par ailleurs, l'entreprise continue de réaliser des acquisitions pour renforcer son positionnement sur le marché. Elle a notamment acquis l'entreprise de bio-impression Allevi, lui apportant ainsi ses capacités techniques.

Ceux qui recherchent un matériau de bio-impression fiable et éprouvé devraient approfondir leurs recherches sur les systèmes 3D. L'entreprise s'est forgé une réputation d'innovateur et dispose d'un vaste réseau de partenaires et d'investisseurs qui soutiennent ses recherches, notamment son objectif de produire un jour des organes humains complets. Même si cet objectif n'est peut-être pas encore atteint avant plusieurs années, ces recherches contribueront sans aucun doute à accélérer les choses.

Dernières nouvelles sur les systèmes 3D

Peau vivante imprimée en 3D : la guérison rencontre la technologie

Il faut féliciter l'Université de technologie de Graz et l'Institut de technologie de Vellore, en Inde, pour le développement de leur peau imprimée en 3D. Cette méthode améliorée pourrait contribuer à l'avènement d'une ère sans expérimentation animale et à l'avènement de médicaments plus efficaces. Pour l'instant, cette étude représente une lueur d'espoir pour les défenseurs des animaux, les professionnels de la santé et l'ensemble de l'industrie cosmétique.

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Études référencées :

^{1. Mohan, T., Bračič, M., Bračič, D., Lackner, F., Nagaraj, C., Dobaj Štiglic, A., Kargl, R. et Stana Kleinschek, K. (2025). Protocole de fabrication d'échafaudages 3D autoportants à base de (nano)cellulose pour l'ingénierie tissulaireProtocoles STAR, 6(2), 103583. https://doi.org/10.1016/j.xpro.2024.103583}