3D-Printed Skin: Alternatif Menjanjikan untuk Pengujian Hewan dalam Kosmetik

Kebanyakan orang tidak pernah mempertimbangkan banyaknya penelitian dan pengujian yang dilakukan pada barang sehari-hari seperti kosmetik. Dari meneliti dan mengembangkan nuansa serta warna baru, hingga pengujian keamanan, industri kosmetik merupakan sektor canggih yang mengandalkan berbagai metode untuk memastikan produknya aman. Inilah cara satu tim insinyur berupaya mengurangi pengujian hewan di pasar melalui pengenalan kulit hidup yang dicetak 3D.

Mengapa Pengujian Hewan Masih Digunakan dalam Industri Kosmetik

Di masa lalu, pengujian hewan merupakan cara utama bagi peneliti kosmetik atau medis untuk menguji produk mereka pada makhluk hidup. Pada masa awal, pengujian ini sesederhana menempatkan produk pada hewan dan memantau perilakunya.

Selama abad terakhir, kemampuan pengujian hewan mengalami peningkatan drastis. Peneliti dapat menumbuhkan organ manusia dan bagian tubuh penting lainnya pada makhluk hidup lain untuk meningkatkan akurasi pengujian.

Selain itu, pemodelan komputer canggih memungkinkan pengujian simulasi. Pendekatan ini lebih terjangkau, lebih cepat, dan lebih akurat dibandingkan pengujian hewan dalam kebanyakan skenario. Namun, meskipun ada kemajuan ini, masih banyak perusahaan kosmetik dan medis yang mengandalkan pengujian hewan untuk produk mereka.

Masalah Etika dan Ilmiah pada Pengujian Hewan

Ada beberapa masalah etika yang jelas terkait pengujian hewan. Pertama, terdapat sejarah panjang perlakuan buruk dan kekejaman terhadap subjek uji ini. Kekhawatiran ini memuncak pada tahun 2010.

Saat itulah Uni Eropa memperkenalkan serangkaian pembatasan pengujian hewan dengan tujuan keseluruhan untuk menghentikan praktik ini dalam beberapa tahun mendatang.  Syukurlah, sebuah tim insinyur inovatif mungkin telah menemukan solusi yang layak.

Bagaimana Kulit Cetak 3D Dapat Menggantikan Pengujian Hewan di Laboratorium

Studi “Protocol for the fabrication of self-standing (nano)cellulose-based 3D scaffolds for tissue engineering“¹ menyelami metode pencetakan 3D baru yang menggabungkan tinta khusus dengan teknologi pencetakan proprietari untuk menciptakan kulit tiruan hidup.

Kulit yang ditumbuhkan secara artifisial ini akan memungkinkan insinyur di masa depan melakukan pengujian in vitro, seperti mengukur penyerapan dan toksisitas nanopartikel dari kosmetik dan obat-obatan, tanpa menggunakan subjek hewan.

Menggunakan Rangka 3D untuk Menumbuhkan Sel Kulit Manusia untuk Pengujian

Peneliti dari Graz University of Technology (TU Graz) dan Vellore Institute of Technology (VIT) di India menggunakan printer 3D proprietari dan komponennya untuk membuat rangka berpori yang terbuat dari bahan nanocellulose.  Rangka 3D ini kini menjadi komponen penting dalam industri pengujian.

Apa yang Membuat Kulit Cetak 3D Menjadi Platform Pengujian yang Layak

Rangka 3D memiliki beberapa keunggulan dibandingkan alternatif ketika membahas pengujian hewan. Pertama, tidak ada hewan yang terluka. Selain itu, rangka ini dapat meniru matriks ekstraseluler (ECM) dengan akurat. Kemampuan ini memungkinkan insinyur menumbuhkan berbagai jenis sel, yang akan matang seolah-olah berada di dalam tubuh, sehingga insinyur dapat menguji produk dan perawatan mereka secara efektif.

Berbeda dengan metode pertumbuhan sel lainnya, rangka 3D menyediakan dukungan struktural dan kustomisasi. Misalnya, insinyur rangka 3D dapat menyesuaikan struktur pori, biokompatibilitas, dan detail penting lainnya seperti kemampuan mendukung adhesi dan proliferasi sel mamalia.

Tim memutuskan untuk menggunakan sumber daya berbasis tumbuhan sebagai bagian dari pendekatan mereka. Mereka ingin mencapai kekuatan mekanik tinggi dan permukaan luas pada skala nano. Setelah banyak penelitian, mereka menentukan bahwa kombinasi nanofibrillated cellulose (NFC), carboxymethyl cellulose (CMC), dan asam sitrat (CA) akan memberikan pendekatan sinergis yang diinginkan.

Printer 3D dan Alat yang Digunakan untuk Membuat Rangka Kulit Sintetis

Secara khusus, tim memilih printer 3D BioScaffolder 3.1 dengan nozzle cetak yang disesuaikan. Para insinyur kemudian memprogram detail penting seperti tekanan dan jarak benang menggunakan perangkat lunak GeSiM Robotics BS3.1/3.2. Pengaturan ini menetapkan tekanan dispensi dalam rentang 220 kPa–260 kPa dengan jarak benang 500 μm–900 μm dan tinggi benang 0,2 mm.

Ilmuwan memilih kecepatan cetak 15 mm/s dan Z-offset 0,0 mm. Strategi ini bekerja baik dengan kandungan air tinggi pada hidrogel. Kandungan air yang tinggi juga menciptakan lingkungan ideal untuk pertumbuhan sel, namun hal ini menyulitkan proses pencetakan.

Untuk mengatasi tambahan hidrasi, insinyur menciptakan turunan selulosa dengan gugus karboksil. Zat kimia ini meningkatkan retensi air dan adhesi. Ia juga meningkatkan retensi air, cross-linking, adhesi antarmuka, dan kapasitas cross-linking ionik, menjadikannya aditif ideal untuk konstruksi rekayasa jaringan. Secara khusus, asam sitrat berfungsi sebagai crosslinker alami dan peningkat ikatan kovalen yang membantu menstabilkan struktur rangka sambil mempertahankan biokompatibilitas.

Proses Pembekuan Kering untuk Menstabilkan Rangka Cetak 3D

Pembekuan kering merupakan metode lain yang digunakan untuk menghilangkan hidrasi yang tidak diinginkan pada hidrogel. Metode ini ideal karena menghilangkan kelebihan air sambil mempertahankan struktur berpori tetap utuh. Penurunan suhu yang tiba-tiba juga meningkatkan crosslinking pada gugus karboksilat dan hidroksil.

Sumber – Manisha Sonthalia – Vellore Institute of Technology

Bio-Tinta Berbasis Nanocellulose: Komposisi dan Peran dalam Bioprinting

Sebagian dari pendekatan pencetakan 3D baru mengandalkan penggunaan tinta nanocellulose. Tinta ini menggabungkan nanofibrillated cellulose (NFC), carboxymethyl cellulose (CMC), dan asam sitrat (CA). Asam sitrat berfungsi sebagai agen pengikat akhir dalam larutan. Secara khusus, para insinyur membuat 4 variasi tinta untuk pengujian.

Bagaimana Rangka Cetak 3D Meniru Kulit Manusia Asli

Struktur cetak 3D yang terbuat dari hidrogel yang dioptimalkan memiliki banyak kesamaan dengan kulit manusia. Misalnya, ia memiliki struktur tiga lapisan yang sama serta jenis sel hidup yang serupa. Namun, kulit inisiasi dapat dibuat untuk meniru berbagai tipe kulit dan kelainan dengan sel hidup. Ia juga memiliki biomekanika yang sama dengan kulit manusia.

Hidrogel dalam Rekayasa Jaringan: Mendukung Pertumbuhan Sel

Tim memulai dengan pembuatan hidrogel khusus, yang mampu berinteraksi dan mendukung pertumbuhan sel hidup. Tim menguji beberapa campuran hingga menemukan satu yang menunjukkan peningkatan stabilitas mekanik dan ketahanan terhadap degradasi hidrolitik.

Bioprinting Sel Hidup untuk Pengujian Kosmetik dan Medis

Para insinyur mencatat bahwa pencetakan 3D sel hidup dapat tumbuh, matang, dan bertahan dalam larutan hidrogel selama 3 minggu sambil mengembangkan jaringan kulit hidup. Tim berhasil menumbuhkan sel hidup menggunakan metode cross-linking untuk stabilisasi. Secara khusus, tidak diperlukan penggunaan bahan kimia sitotoksik yang berbahaya. Selain itu, tugas pasca-pemrosesan berkurang.

Bagaimana Rangka Dinetralkan untuk Kultur Sel yang Aman

Para insinyur mengambil rangka 3D, melapisinya dengan natrium hidroksida, lalu membilasnya secara menyeluruh. Langkah ini penting untuk memastikan semua alkali residu terhapus. Langkah ini juga memerlukan perendaman selama 60 menit untuk memastikan netralitas penuh.

Menguji Kelayakan Struktur Kulit Cetak 3D

Para insinyur melakukan beberapa pengujian untuk memastikan sel yang mereka cetak matang dan akurat. Tim memeriksa pertumbuhan dan kematangan sel sebagai langkah pertama. Secara khusus, mereka ingin menentukan apakah sel tersebut persis seperti yang ada di dalam tubuh atau ada perbedaan detail yang membuat penggunaannya untuk pengujian menjadi usang.

Stabilitas Mekanik dan Biokompatibilitas Kulit Cetak 3D

Pengujian membuktikan bahwa struktur tersebut tahan banting dan sangat stabil, berkat hidrogel proprietari yang digunakan. Kesimpulan utama dari metode pencetakan baru ini adalah bahwa bahan yang di-cross-link tidak bersifat sitotoksik dan mekaniknya stabil.

Selain itu, ditentukan bahwa suhu yang lebih rendah serta waktu crosslink yang lebih pendek atau lebih lama memengaruhi proses crosslink. Peneliti TU Graz mencatat bahwa mereka dapat mengurangi laju crosslink untuk menghasilkan perubahan pada sifat fisikokimia rangka.

Manfaat Kulit Cetak 3D dalam Mengurangi Pengujian Hewan

Ada beberapa manfaat yang dibawa studi ini ke pasar. Pertama, mudah membayangkan pengujian hewan menjadi usang. Tidak ada alasan untuk menguji pada hewan ketika ada metode yang lebih terjangkau dan efektif. Selain itu, data ini seharusnya membantu perusahaan beralih dari pengujian hewan ke penggunaan sel hidup yang dicetak 3D di laboratorium.

Kapan Kulit Cetak 3D Akan Digunakan dalam Pengujian Kosmetik?

Ada banyak aplikasi teknologi ini yang dapat membantu menyelamatkan nyawa manusia dan hewan. Aplikasi yang jelas untuk teknologi ini adalah di bidang pengujian kosmetik dan medis. Penggunaan kulit cetak 3D akan membuat pengujian hewan menjadi pilihan yang kurang menarik di masa depan.

Kulit yang dapat disesuaikan ini dapat dibuat untuk meniru berbagai tipe dan lokasi kulit manusia. Dengan demikian, ia akan menyediakan solusi pengujian ideal bagi peneliti yang ingin memantau efek produk mereka pada tubuh. Dengan cara ini, data ini memberikan gambaran tentang kerangka kerja untuk mengembangkan biomaterial yang serbaguna dan berkelanjutan bagi kedokteran regeneratif.

Bioprinting di Luar Angkasa: Kasus Penggunaan Masa Depan untuk Kesehatan Manusia

Kasus penggunaan lain untuk proyek pertumbuhan sel manusia canggih ini adalah membantu memperluas jangkauan penjelajah antarbintang. Di masa depan, eksplorasi luar angkasa akan mengharuskan manusia melakukan perjalanan dari Bumi dan mungkin tidak pernah kembali.

Sebagai bagian dari strategi bertahan hidup mereka, mereka perlu dapat menyediakan perawatan kesehatan yang memadai jutaan mil dari rumah. Penggunaan printer 3D dianggap sebagai solusi terbaik untuk masalah ini. Astronot masa depan dapat mengandalkan organ, kulit, dan komponen tubuh lain yang dicetak 3D untuk bertahan hingga mereka menyelesaikan misi.

Penggunaan kulit cetak 3D untuk pengujian dapat dimulai dalam 3-5 tahun ke depan, karena ada permintaan kuat untuk teknologi ini. Namun, tujuan mencetak organ lengkap masih berada 10-20 tahun ke depan, karena aspek ilmiah, medis, dan hukum teknologi ini masih perlu diselaraskan.

Para Ilmuwan di Balik Terobosan Kulit Cetak 3D

Studi ini dipimpin oleh tim peneliti inovatif dari Graz University of Technology (TU Graz) dan Vellore Institute of Technology (VIT) di India. Secara khusus, artikel mencantumkan Tamilselvan Mohan, Matej Bračič, Doris Bračič, Florian Lackner, Chandran Nagaraj, Andreja Dobaj Štiglic, Rupert Kargl, Karin, dan Stana Kleinschek sebagai kontributor dalam pekerjaan ini.

Apa Selanjutnya untuk Kulit Cetak 3D dalam Pengujian Medis dan Kosmetik

Sekarang, tim akan memfokuskan upayanya pada optimalisasi desain hidrogel dan tinta untuk membuatnya lebih cepat, lebih andal, dan terjangkau. Mereka juga akan mencoba berbagai campuran dan pendekatan untuk menemukan keseimbangan optimal antara biaya, kemampuan cetak, integritas struktural, dan kinerja biologis.

Perusahaan Publik yang Mengembangkan Teknologi Bioprinting

Ada beberapa perusahaan yang terlibat dalam sektor bioprinting. Perusahaan-perusahaan ini memiliki berbagai tugas, mulai dari menyediakan dukungan berupa perangkat lunak untuk mengembangkan tata letak cetak 3D canggih, hingga produsen perangkat keras dan printer. Masing‑masing perusahaan ini memainkan peran penting di pasar. Berikut satu perusahaan yang diperkirakan akan tetap menjadi pemain teratas dalam waktu dekat.

3D Systems

Sedikit perusahaan yang memiliki pengaruh dan reputasi di sektor bioprinting seperti 3D Systems (DDD ). Perusahaan ini pertama kali beralih ke sektor bioprinting pada tahun 2017 setelah bergabung dengan pemimpin pasar lainnya, United Therapeutics (UTHR ). Sejak saat itu, ia memainkan peran penting dalam menyediakan komponen krusial ke pasar, termasuk bioink dan perangkat keras lainnya.

Saat ini, 3D Systems memainkan peran penting dalam sektor penemuan obat dan riset. Perusahaan ini dianggap sebagai salah satu perusahaan pencetakan 3D murni terbesar berdasarkan pendapatan dan kapitalisasi pasar. Selain itu, perusahaan terus melakukan akuisisi untuk memperkuat posisi pasar. Secara khusus, ia mengakuisisi perusahaan bioprinting Allevi, memperluas kemampuan teknisnya.

Mereka yang mencari saham bioprinting yang andal dan terbukti sebaiknya melakukan lebih banyak riset tentang 3D Systems. Perusahaan ini telah memperoleh reputasi sebagai inovator dan memiliki jaringan luas mitra serta investor yang mendukung penelitiannya, termasuk tujuan perusahaan untuk suatu hari menumbuhkan organ manusia lengkap. Meskipun tujuan ini masih beberapa tahun lagi, penelitian ini pasti akan mempercepat prosesnya.

Berita Terbaru tentang 3D Systems

Kulit Hidup Cetak 3D – Penyembuhan Bertemu Teknologi

Anda harus memberi pujian kepada TU Graz dan Vellore Institute of Technology di India atas pengembangan kulit cetak 3D mereka. Metode yang ditingkatkan ini dapat membantu memulai era tanpa pengujian hewan dan obat yang lebih efektif. Untuk saat ini, studi ini harus dilihat sebagai secercah harapan bagi aktivis hak hewan, profesional medis, dan seluruh industri kosmetik.

Pelajari terobosan Biotek menarik lainnya di sini.

Studi yang Dirujuk:

^{1. Mohan, T., Bračič, M., Bračič, D., Lackner, F., Nagaraj, C., Dobaj Štiglic, A., Kargl, R., & Stana Kleinschek, K. (2025). Protokol untuk fabrikasi rangka 3D berbasis (nano)cellulose mandiri untuk rekayasa jaringan. STAR Protocols, 6(2), 103583. https://doi.org/10.1016/j.xpro.2024.103583}