Pelle Stampata in 3D: Un’Altra Promettente Alternativa ai Test sugli Animali nei Cosmetici

La maggior parte delle persone non considera mai la quantità di ricerca e test che entra in prodotti di uso quotidiano come i cosmetici. Dalla ricerca e sviluppo di nuove tonalità e colori, fino ai test di sicurezza, l’industria cosmetica è un settore all’avanguardia che si affida a una varietà di metodi per garantire la sicurezza dei suoi prodotti. Ecco come un team di ingegneri cerca di ridurre i test sugli animali sul mercato introducendo pelle vivente stampata in 3D.

Perché i test sugli animali sono ancora utilizzati nell’industria cosmetica

In passato, i test sugli animali erano il metodo principale con cui i ricercatori di cosmetici o medici potevano testare i loro prodotti su esseri viventi. Nei primi tempi, questi test erano semplici come applicare il prodotto sull’animale e monitorarne il comportamento.

Negli ultimi cento anni, i test sugli animali hanno visto un notevole aumento delle capacità. I ricercatori possono far crescere organi umani e altre parti corporee essenziali su altri esseri viventi per migliorare l’accuratezza dei test.

Inoltre, la modellazione avanzata al computer consente test di simulazione. Questo approccio è più economico, veloce e preciso rispetto ai test sugli animali nella maggior parte degli scenari. Tuttavia, nonostante questi progressi, molte aziende cosmetiche e mediche continuano a fare affidamento sui test sugli animali per i loro prodotti.

I Problemi Etici e Scientifici dei Test sugli Animali

Ci sono evidenti problemi etici legati ai test sugli animali. Innanzitutto, c’è una lunga storia di maltrattamenti e crudeltà verso questi soggetti di prova. Queste preoccupazioni hanno raggiunto un picco nel 2010.
Fu allora che l’UE introdusse una serie di restrizioni sui test sugli animali con l’obiettivo generale di eliminare la pratica nei prossimi anni. Fortunatamente, un team di ingegneri innovativi potrebbe aver trovato una soluzione praticabile.

Come la Pelle Stampata in 3D Potrebbe Sostituire i Test sugli Animali nei Laboratori

Lo studio “Protocol for the fabrication of self-standing (nano)cellulose-based 3D scaffolds for tissue engineering“¹ approfondisce un nuovo metodo di stampa 3D che combina inchiostro personalizzato con tecnologia di stampa proprietaria per creare pelle imitativa vivente.
Questa pelle coltivata artificialmente consentirà agli ingegneri in futuro di eseguire test in vitro, come la misurazione dell’assorbimento e della tossicità di nanoparticelle provenienti da cosmetici e farmaci, senza utilizzare soggetti animali.

Utilizzare Scaffold 3D per Coltivare Cellule Cutanee Umane per i Test

Ricercatori dell’Università di Tecnologia di Graz (TU Graz) e del Vellore Institute of Technology (VIT) in India utilizzano una stampante 3D proprietaria e componenti per creare scaffold porosi realizzati con materiali nanocellulosici. Questi scaffold 3D sono ora un componente critico dell’industria dei test.

Cosa Rende la Pelle Stampata in 3D una Piattaforma di Test Viabile

Il scaffold 3D presenta alcuni vantaggi distinti rispetto alle alternative quando si parla di test sugli animali. Innanzitutto, nessun animale viene ferito. Inoltre, può imitare accuratamente la matrice extracellulare (ECM). Questa capacità consente agli ingegneri di far crescere una varietà di cellule, che matureranno come se fossero all’interno del corpo, permettendo di testare efficacemente i loro prodotti e trattamenti.

A differenza di altri metodi di crescita cellulare, il scaffold 3D fornisce supporto strutturale e personalizzazione. Ad esempio, gli ingegneri del scaffold 3D possono personalizzare le strutture dei pori, la biocompatibilità e altri dettagli chiave come la capacità di supportare l’adesione e la proliferazione delle cellule dei mammiferi.

Il team ha deciso di utilizzare risorse di origine vegetale come parte del loro approccio. Sapevano di voler ottenere alta resistenza meccanica e una superficie estesa a livello nanometrico. Dopo molte ricerche, hanno determinato che la combinazione di cellulosa nanofibrillata (NFC), cellulosa carbossimetilata (CMC) e acido citrico (CA) offrirebbe l’approccio sinergico desiderato.

Stampante 3D e Strumenti Utilizzati per Creare Scaffold di Pelle Sintetica

In particolare, il team ha scelto una stampante 3D BioScaffolder 3.1 con un ugello di stampa personalizzato. Gli ingegneri hanno poi programmato dettagli cruciali come pressione e distanza dei filamenti usando il software GeSiM Robotics BS3.1/3.2. Questa configurazione aveva la pressione di erogazione impostata in un intervallo di 220 kPa–260 kPa con una distanza dei filamenti di 500 μm–900 μm e un’altezza del filamento di 0,2 mm.

Lo scienziato ha selezionato una velocità di stampa di 15 mm/s e un offset Z di 0,0 mm. Questa strategia ha funzionato bene con l’elevato contenuto d’acqua dell’idrogel. Questo alto contenuto d’acqua crea anche un ambiente ideale per la crescita cellulare, ma complica la stampa.

Per contrastare l’ulteriore idratazione, gli ingegneri hanno creato un derivato della cellulosa con gruppi carbossilici. Questo composto ha migliorato la ritenzione d’acqua e l’adesione. Ha inoltre migliorato la ritenzione d’acqua, la reticolazione, l’adesione interfaciale e la capacità di reticolazione ionica, rendendolo un additivo ideale per le strutture di ingegneria tissutale. È importante notare che l’acido citrico agisce come un reticolante naturale e potenzia i legami covalenti, contribuendo a stabilizzare la struttura dello scaffold mantenendo la biocompatibilità.

Processo di Liofilizzazione per Stabilizzare gli Scaffold Stampati in 3D

La liofilizzazione è stato un altro metodo utilizzato per rimuovere l’idratazione indesiderata nell’idrogel. Questo metodo è ideale perché elimina l’acqua in eccesso mantenendo intatta la struttura porosa. L’improvvisa caduta di temperatura favorisce anche la reticolazione dei gruppi carbossilici e idrossilici.

Bio-Inchiostro a Base di Nanocellulosa: Composizione e Ruolo nella Biostampa

Una parte del nuovo approccio di stampa 3D si basa sull’uso di inchiostro a base di nanocellulosa. Questo inchiostro combina cellulosa nanofibrillata (NFC), cellulosa carbossimetilata (CMC) e acido citrico (CA). L’acido citrico funge da agente legante finale nella soluzione. È importante notare che gli ingegneri hanno creato 4 varianti di inchiostro per i test.

Come gli Scaffold Stampati in 3D Imitano la Pelle Umana Reale

La struttura stampata in 3D realizzata con idrogel ottimizzato condivide molte somiglianze con la pelle umana. Ad esempio, presenta la stessa struttura a 3 strati e gli stessi tipi di cellule viventi. Tuttavia, la pelle iniziale può essere creata per imitare una vasta gamma di tipi di pelle e patologie con cellule viventi. Ha anche la stessa biomeccanica della pelle umana.

Idrogel nell’Ingegneria Tissutale: Supporto alla Crescita Cellulare

Il team ha iniziato con la creazione di un idrogel speciale, capace di interagire e coltivare la crescita di cellule viventi. Il team ha testato diverse miscele finché non ne ha trovata una che dimostrasse una migliore stabilità meccanica e resistenza alla degradazione idrolitica.

Biostampa di Cellule Viventi per Test Cosmetici e Medici

Gli ingegneri hanno osservato che la stampa 3D di cellule viventi poteva crescere, maturare e sopravvivere nella soluzione di idrogel per 3 settimane, sviluppando il tessuto cutaneo vivente. Il team ha ottenuto la crescita di cellule viventi utilizzando metodi di reticolazione per la stabilizzazione. È importante notare che non è stato necessario utilizzare sostanze chimiche citotossiche pericolose. Inoltre, le attività di post-elaborazione sono state ridotte.

Come gli Scaffold Vengono Neutralizzati per una Coltura Cellulare Sicura

Gli ingegneri hanno preso lo scaffold 3D, lo hanno rivestito con idrossido di sodio e poi lo hanno risciacquato accuratamente. Questo passaggio è stato cruciale per garantire che tutti i residui di alcali fossero rimossi. Questo passaggio richiede anche un ammollo di 60 minuti per assicurare la completa neutralità.

Testare la Vitalità delle Strutture di Pelle Stampata in 3D

Gli ingegneri hanno condotto diversi test per garantire che le cellule stampate maturassero e fossero accurate. Il team ha esaminato la crescita e la maturità cellulare come primo passo. In particolare, volevano determinare se le cellule fossero esattamente come quelle presenti nel corpo o se ci fossero differenze dettagliate che renderebbero obsoleta la loro utilizzazione per i test.

Stabilità Meccanica e Biocompatibilità della Pelle Stampata in 3D

I test hanno dimostrato che la struttura è resiliente ed estremamente stabile, grazie all’idrogel proprietario utilizzato. I punti chiave del nuovo metodo di stampa sono che i materiali reticolati non sono citotossici e sono meccanicamente stabili.
Inoltre, è stato determinato che temperature più basse e tempi di reticolazione più brevi o più lunghi influenzano il processo di reticolazione. I ricercatori di TU Graz hanno notato che potevano ridurre il tasso di reticolazione per ottenere cambiamenti nelle proprietà fisico-chimiche dello scaffold.

Benefici della Pelle Stampata in 3D nella Riduzione dei Test sugli Animali

Questo studio porta diversi vantaggi al mercato. Innanzitutto, è facile immaginare che i test sugli animali diventino obsoleti. Non c’è motivo di testare sugli animali quando esiste un metodo più economico ed efficace. Inoltre, questi dati dovrebbero aiutare le aziende a passare dai test sugli animali all’uso di cellule viventi stampate in 3D coltivate in laboratorio.

Quando la Pelle Stampata in 3D Sarà Utilizzata nei Test Cosmetici?

Ci sono molte applicazioni di questa tecnologia che potrebbero aiutare a salvare sia vite umane che animali. L’applicazione evidente per questa tecnologia è nei campi dei test cosmetici e medici. L’uso della pelle stampata in 3D renderà i test sugli animali un’opzione meno attraente in futuro.
Questa pelle personalizzabile può essere realizzata per replicare una vasta gamma di tipi e zone della pelle umana. In tal modo, fornirà la soluzione di test ideale per i ricercatori che desiderano monitorare gli effetti dei loro prodotti sul corpo. In questo modo, questi dati offrono uno sguardo al quadro per lo sviluppo di biomateriali versatili e sostenibili per la medicina rigenerativa.

Biostampa nello Spazio: Futuri Casi d’Uso per la Salute Umana

Un altro caso d’uso per questi avanzati progetti di crescita cellulare umana è aiutare ad espandere la portata degli esploratori interstellari. In futuro, l’esplorazione spaziale richiederà agli esseri umani di viaggiare dalla Terra e probabilmente di non tornare più.

Come parte della loro strategia di sopravvivenza, dovranno essere in grado di fornire cure sanitarie adeguate a milioni di miglia da casa. L’uso di una stampante 3D è considerato la migliore soluzione a questo problema. Gli astronauti del futuro potrebbero fare affidamento su organi, pelle e altri componenti corporei stampati in 3D per resistere fino al completamento della loro missione.

L’uso della stampa 3D di pelle per i test potrebbe iniziare nei prossimi 3-5 anni, poiché c’è una forte domanda per questa tecnologia. Tuttavia, l’obiettivo di stampare organi completi è ancora a 10-20 anni di distanza, poiché gli aspetti scientifici, medici e legali della tecnologia devono essere allineati.

Gli Scienziati Dietro la Scoperta della Pelle Stampata in 3D

Questo studio è stato guidato da un team di ricercatori innovativi dell’Università di Tecnologia di Graz (TU Graz) e del Vellore Institute of Technology (VIT) in India. In particolare, l’articolo elenca Tamilselvan Mohan, Matej Bračič, Doris Bračič, Florian Lackner, Chandran Nagaraj, Andreja Dobaj Štiglic, Rupert Kargl, Karin e Stana Kleinschek come contributori al lavoro.

Qual è il Prossimo Passo per la Pelle Stampata in 3D nei Test Medici e Cosmetici

Ora, il team concentrerà i suoi sforzi sull’ottimizzazione dell’idrogel e del design dell’inchiostro per renderli più rapidi, affidabili ed economici. Proveranno anche diverse miscele e approcci per trovare il giusto equilibrio tra costi, stampabilità, integrità strutturale e prestazioni biologiche.

Una Società Pubblica che Avanza la Tecnologia di Biostampa

Ci sono diverse aziende coinvolte nel settore della biostampa. Queste imprese hanno una varietà di compiti, dal fornire supporto sotto forma di software per lo sviluppo di layout di stampa 3D avanzati, alla produzione di hardware e stampanti. Ognuna di queste aziende svolge un ruolo fondamentale nel mercato. Ecco un’azienda destinata a rimanere una delle migliori per il futuro prevedibile.

3D Systems

Poche aziende hanno l’influenza e la reputazione nel settore della biostampa come 3D Systems (DDD ). Questa azienda ha iniziato a orientarsi verso il settore della biostampa nel 2017 dopo aver unito le forze con un altro leader di mercato, United Therapeutics (UTHR ). Da allora, ha svolto un ruolo critico nel fornire componenti fondamentali al mercato, inclusi bioink e altri hardware.
Oggi, 3D Systems svolge un ruolo cruciale nei settori della scoperta di farmaci e della ricerca. È considerata una delle più grandi aziende pure-play di stampa 3D per fatturato e capitalizzazione di mercato. Inoltre, l’azienda continua a effettuare acquisizioni per rafforzare la sua posizione di mercato. In particolare, ha acquisito l’azienda di biostampa Allevi, potenziando le sue capacità tecniche.

Chi cerca un’azione di biostampa affidabile e comprovata dovrebbe approfondire la ricerca su 3D Systems. L’azienda ha consolidato una reputazione di innovatore e dispone di una vasta rete di partner e investitori che supportano la sua ricerca, incluso l’obiettivo dell’azienda di un giorno coltivare organi umani completi. Sebbene questo obiettivo sia ancora a qualche anno di distanza, questa ricerca aiuterà indubbiamente ad accelerare i progressi.

Ultime Notizie su 3D Systems

Pelle Vivente Stampata in 3D – La Guarigione Incontra la Tecnologia

Bisogna elogiare TU Graz e il Vellore Institute of Technology in India per aver sviluppato la loro pelle stampata in 3D. Questo metodo migliorato potrebbe contribuire a inaugurare un’era di test sugli animali zero e di farmaci più efficaci. Per ora, questo studio dovrebbe essere visto come un raggio di speranza per gli attivisti per gli animali, i professionisti medici e l’intera industria cosmetica.
Scopri altri interessanti progressi biotecnologici qui.

Studi Citati:

^{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}