3D-geprinte huid: een veelbelovend alternatief voor dierproeven in cosmetica

De meeste mensen denken nooit na over de hoeveelheid onderzoek en testen die nodig is voor alledaagse producten zoals cosmetica. Van het onderzoeken en ontwikkelen van nieuwe tinten en kleuren tot aan veiligheidstesten, de cosmetica‑industrie is een geavanceerde sector die afhankelijk is van verschillende methoden om de veiligheid van haar producten te waarborgen. Hier leest u hoe een team ingenieurs probeert dierproeven op de markt te verminderen door de introductie van 3D‑geprinte levende huid.

Waarom dierproeven nog steeds worden gebruikt in de cosmetica‑industrie

In het verleden was dierproeven de belangrijkste manier waarop cosmetica‑ of medisch onderzoekers hun producten op levende wezens konden testen. In de beginjaren waren deze tests zo simpel als het product op het dier aanbrengen en het gedrag observeren.

In de afgelopen eeuw heeft dierproeven een drastische toename in mogelijkheden gezien. Onderzoekers kunnen menselijke organen en andere essentiële lichaamsdelen laten groeien op andere levende wezens om de testnauwkeurigheid te verbeteren.

Daarnaast maakt geavanceerde computermodellering simulatie‑tests mogelijk. Deze aanpak is in de meeste scenario’s betaalbaarder, sneller en nauwkeuriger dan dierproeven. Toch blijven er, ondanks deze vooruitgang, veel cosmetische en medische bedrijven die afhankelijk zijn van dierproeven voor hun producten.

De ethische en wetenschappelijke problemen van dierproeven

Er zijn duidelijke ethische kwesties rond dierproeven. Ten eerste is er een lange geschiedenis van mishandeling en wreedheid jegens deze proefonderwerpen. Deze zorgen bereikten een hoogtepunt in 2010.
Dat was toen de EU een reeks beperkingen op dierproeven introduceerde met als algemeen doel de praktijk in de komende jaren uit te faseren. Gelukkig heeft een team van innovatieve ingenieurs mogelijk een levensvatbare oplossing bedacht.

Hoe 3D‑geprinte huid dierproeven in laboratoria zou kunnen vervangen

De studie “Protocol for the fabrication of self-standing (nano)cellulose-based 3D scaffolds for tissue engineering“¹ gaat in op een nieuwe 3D‑printmethode die op maat gemaakte inkt combineert met eigen printing‑technologie om levende imitatiehuid te creëren.
Deze kunstmatig gekweekte huid stelt ingenieurs in de toekomst in staat om in‑vitro‑tests uit te voeren, zoals het meten van absorptie en toxiciteit van nanodeeltjes uit cosmetica en medicijnen, zonder gebruik te maken van dierproefpersonen.

Gebruik van 3D‑scaffolds om menselijke huidcellen te kweken voor testen

Onderzoekers van de Technische Universiteit Graz (TU Graz) en het Vellore Institute of Technology (VIT) in India gebruiken een eigen 3D‑printer en componenten om poreuze scaffolds te maken van nanocellulose‑materialen. Deze 3D‑scaffolds zijn nu een cruciaal onderdeel van de testindustrie.

Waarom 3D‑geprinte huid een levensvatbaar testplatform is

3D‑scaffolding heeft enkele duidelijke voordelen ten opzichte van alternatieven bij dierproeven. Ten eerste worden er geen dieren gekwetst. Bovendien kan het de extracellulaire matrix (ECM) nauwkeurig nabootsen. Deze mogelijkheid stelt ingenieurs in staat om verschillende cellen te kweken, die zich ontwikkelen alsof ze zich in het lichaam bevinden, waardoor ingenieurs hun producten en behandelingen effectief kunnen testen.

In tegenstelling tot andere celgroeimethoden biedt 3D‑scaffolding structurele ondersteuning en maatwerk. Bijvoorbeeld, 3D‑scaffolding‑ingenieurs kunnen de poriënstructuur, biocompatibiliteit en andere belangrijke details aanpassen, zoals het vermogen om de hechting en proliferatie van zoogdiercellen te ondersteunen.

Het team besloot plantaardige grondstoffen te gebruiken als onderdeel van hun aanpak. Ze wisten dat ze een hoge mechanische sterkte en een uitgebreid oppervlak op nanoschaal wilden bereiken. Na uitgebreid onderzoek concludeerden ze dat de combinatie van nanofibrillair cellulose (NFC), carboxymethylcellulose (CMC) en citroenzuur (CA) de gewenste synergistische aanpak zou bieden.

3D‑printer en gereedschappen die gebruikt worden om synthetische huid‑scaffolds te maken

Specifiek selecteerde het team een BioScaffolder 3.1 3D‑printer met een aangepast printmondstuk. De ingenieurs programmeerden vervolgens cruciale details zoals druk en strengafstand met behulp van GeSiM Robotics BS3.1/3.2‑software. Deze opstelling stelde de dispensor‑druk in op een bereik van 220 kPa–260 kPa met een strengafstand van 500 μm–900 μm en een strenghoogte van 0,2 mm.

De wetenschapper koos een printsnelheid van 15 mm/s en een Z‑offset van 0,0 mm. Deze strategie werkte goed met het hoge watergehalte van de hydrogel. Het hoge watergehalte biedt bovendien een ideale omgeving voor celgroei, maar maakt het printen wel ingewikkelder.

Om de extra hydratatie tegen te gaan, creëerden ingenieurs een cellulose‑derivaat met carboxylgroepen. Deze chemische stof verbeterde de waterretentie en hechting. Het verbeterde tevens de waterretentie, cross‑linking, interfaciale hechting en ionische cross‑linkingscapaciteit, waardoor het een ideale toevoeging is voor weefsel‑engineeringsconstructies. Opmerkelijk is dat citroenzuur fungeert als een natuurlijke cross‑linker en covalente bindingsversterker die helpt de scaffold‑structuur te stabiliseren terwijl de biocompatibiliteit behouden blijft.

Vriesdroogproces voor het stabiliseren van 3D‑geprinte scaffolds

Vriesdrogen was een andere methode om ongewenste hydratatie in de hydrogel te verwijderen. Deze methode is ideaal omdat het overtollig water verwijdert terwijl de poreuze structuur intact blijft. De plotselinge temperatuurdaling bevordert bovendien de cross‑linking van carboxyl‑ en hydroxylgroepen.

Nanocellulose‑gebaseerde bio‑ink: samenstelling en rol in bioprinten

Een deel van de nieuwe 3D‑printaanpak is afhankelijk van het gebruik van nanocellulose‑inkt. Deze inkt combineert nanofibrillair cellulose (NFC), carboxymethylcellulose (CMC) en citroenzuur (CA). Het citroenzuur fungeert als een eindbindmiddel in de oplossing. Opmerkelijk is dat de ingenieurs vier inktvarianten hebben gecreëerd voor testen.

Hoe 3D‑geprinte scaffolds echte menselijke huid nabootsen

De 3D‑geprinte structuur, gemaakt van geoptimaliseerde hydrogel, vertoonde veel overeenkomsten met menselijke huid. Bijvoorbeeld, het had dezelfde drievoudige laagstructuur en levende celtypen. De initiële huid kan echter worden gecreëerd om een breed scala aan huidtypes en aandoeningen met levende cellen na te bootsen. Het heeft ook dezelfde biomechanica als menselijke huid.

Hydrogels in weefsel‑engineering: ondersteuning van celgroei

Het team begon met het creëren van een speciale hydrogel, die in staat is te interageren met en de groei van levende cellen te cultiveren. Het team testte verschillende mengsels totdat ze er één vonden dat verbeterde mechanische stabiliteit en weerstand tegen hydrolytische degradatie aantoonde.

Bioprinten van levende cellen voor cosmetische en medische tests

De ingenieurs merkten op dat het 3D‑printen van levende cellen kon groeien, rijpen en overleven in de hydrogeloplossing gedurende drie weken terwijl het levende huidweefsel zich ontwikkelde. Het team behaalde levende celgroei met behulp van cross‑linking‑methoden voor stabilisatie. Opmerkelijk is dat er geen gevaarlijke cytotoxische chemicaliën nodig waren. Bovendien waren de naverwerkingsstappen verminderd.

Hoe scaffolds worden geneutraliseerd voor veilige celkweek

De ingenieurs namen de 3D‑scaffold, bedekten deze met natriumhydroxide en spoelden vervolgens grondig af. Deze stap was cruciaal om te garanderen dat alle restalkali werd verwijderd. Deze stap vereist ook een week van 60 minuten om volledige neutraliteit te waarborgen.

Testen van de levensvatbaarheid van 3D‑geprinte huidstructuren

De ingenieurs voerden verschillende tests uit om te garanderen dat de cellen die ze printten rijpten en nauwkeurig waren. Het team onderzocht celgroei en rijpheid als eerste stap. Concreet wilden ze bepalen of de cellen precies gelijk waren aan die in het lichaam, of dat er gedetailleerde verschillen waren die het gebruik ervan voor testen overbodig zouden maken.

Mechanische stabiliteit en biocompatibiliteit van 3D‑geprinte huid

De tests bewezen dat de structuur veerkrachtig en uiterst stabiel is, dankzij de gebruikte eigen hydrogel. De belangrijkste conclusies van de nieuwe printmethode zijn dat de cross‑gelinkte materialen niet‑cytotoxisch en mechanisch stabiel zijn.
Daarnaast werd vastgesteld dat lagere temperaturen en kortere of langere cross‑linking‑tijden het cross‑linking‑proces beïnvloeden. Onderzoekers van TU Graz merkten op dat ze de cross‑rate konden verlagen om veranderingen in de fysisch‑chemische eigenschappen van de scaffold te bewerkstelligen.

Voordelen van 3D‑geprinte huid bij het verminderen van dierproeven

Deze studie biedt verschillende voordelen voor de markt. Ten eerste is het gemakkelijk zich voor te stellen dat dierproeven overbodig worden. Er is geen reden meer om op dieren te testen wanneer er een betaalbaardere en effectievere methode bestaat. Bovendien zou deze data bedrijven moeten helpen de overstap te maken van dierproeven naar het gebruik van in het laboratorium gekweekte, 3D‑geprinte levende cellen.

Wanneer zal 3D‑geprinte huid worden gebruikt in cosmetische tests?

Er zijn veel toepassingen van deze technologie die zowel menselijk als dierlijk leven kunnen redden. De voor de hand liggende toepassing voor deze technologie is in de cosmetische en medische testvelden. Het gebruik van 3D‑geprinte huid zal dierproeven in de toekomst minder aantrekkelijk maken.
Deze aanpasbare huid kan worden gemaakt om een breed scala aan menselijke huidtypes en -locaties te repliceren. Als zodanig zal het de ideale testoplossing bieden voor onderzoekers die de effecten van hun producten op het lichaam willen monitoren. Op deze manier biedt deze data een inkijk in het raamwerk voor het ontwikkelen van veelzijdige en duurzame biomaterialen voor regeneratieve geneeskunde.

Bioprinten in de ruimte: toekomstige toepassingen voor de menselijke gezondheid

Een andere toepassingscase voor deze geavanceerde projecten voor menselijke celgroei is het uitbreiden van het bereik van interstellaire ontdekkingsreizigers. In de toekomst zal ruimteverkenning vereisen dat mensen van de aarde vertrekken en waarschijnlijk nooit meer terugkeren.

Als onderdeel van hun overlevingsstrategie zullen ze in staat moeten zijn om adequate gezondheidszorg te bieden, miljoenen mijlen van huis. Het gebruik van een 3D‑printer wordt gezien als de beste oplossing voor dit probleem. Astronauten van de toekomst zouden kunnen vertrouwen op 3D‑geprinte organen, huid en andere lichaamscomponenten om te overleven tot ze hun missie kunnen voltooien.

Het gebruik van 3D‑printen van huid voor testen zou binnen de komende 3‑5 jaar kunnen beginnen, aangezien er een sterke vraag naar deze technologie bestaat. Het doel om volledige organen te printen ligt echter nog 10‑20 jaar in de toekomst, omdat zowel wetenschappelijke, medische als juridische aspecten van de technologie op één lijn moeten worden gebracht.

De wetenschappers achter de 3D‑geprinte huiddoorbraak

Deze studie werd geleid door een team innovatieve onderzoekers van de Technische Universiteit Graz (TU Graz) en het Vellore Institute of Technology (VIT) in India. Concreet vermeldt het artikel Tamilselvan Mohan, Matej Bračič, Doris Bračič, Florian Lackner, Chandran Nagaraj, Andreja Dobaj Štiglic, Rupert Kargl, Karin en Stana Kleinschek als bijdragers aan het werk.

Wat is de volgende stap voor 3D‑geprinte huid in medische en cosmetische tests

Nu zal het team zich richten op het optimaliseren van de hydrogel‑ en inktontwerpen om deze sneller, betrouwbaarder en betaalbaarder te maken. Ze zullen ook verschillende mengsels en benaderingen proberen om de optimale balans te vinden tussen kosten, printbaarheid, structurele integriteit en biologische prestaties.

Een beursgenoteerd bedrijf dat bioprinttechnologie vooruit helpt

Er zijn verschillende bedrijven actief in de bioprintsector. Deze bedrijven hebben uiteenlopende taken, van het bieden van ondersteuning in de vorm van software voor het ontwikkelen van geavanceerde 3D‑printlay‑outs tot hardware‑ en printerfabrikanten. Elk van deze bedrijven speelt een cruciale rol in de markt. Hier is één bedrijf dat naar verwachting een top‑presteerder zal blijven in de nabije toekomst.

3D Systems

Weinig bedrijven hebben de invloed en reputatie in de bioprintsector zoals 3D Systems (DDD ). Dit bedrijf schakelde in 2017 over naar de bioprintsector nadat het de krachten had gebundeld met een andere marktleider, United Therapeutics (UTHR ). Sindsdien heeft het een cruciale rol gespeeld in het leveren van essentiële componenten aan de markt, waaronder bio‑inks en andere hardware.

Tegenwoordig speelt 3D Systems een cruciale rol in de sectoren voor geneesmiddelenontdekking en onderzoek. Het wordt beschouwd als een van de grootste pure‑play 3D‑printbedrijven op basis van omzet en marktkapitalisatie. Bovendien blijft het bedrijf overnames doen om haar marktpositie te versterken. Concreet heeft het het bioprintbedrijf Allevi overgenomen, waarmee het haar technische mogelijkheden heeft uitgebreid.

Wie op zoek is naar een betrouwbare en bewezen bioprint‑aandelen, moet meer onderzoek doen naar 3D Systems. Het bedrijf heeft een reputatie als innovator verworven en beschikt over een groot netwerk van partners en investeerders die haar onderzoek ondersteunen, inclusief het doel van het bedrijf om op een dag volledige menselijke organen te kweken. Hoewel dit doel nog enkele jaren kan duren, zal dit onderzoek ongetwijfeld bijdragen aan een versnelde ontwikkeling.

Laatste nieuws over 3D Systems

3D‑geprinte levende huid – genezing ontmoet technologie

U moet TU Graz en het Vellore Institute of Technology in India loven voor het ontwikkelen van hun 3D‑geprinte huid. Deze verbeterde methode kan helpen een tijdperk van nul dierproeven en effectievere geneesmiddelen in te luiden. Voor nu moet deze studie worden gezien als een sprankje hoop voor dierenactivisten, medische professionals en de gehele cosmetica‑industrie.

Lees hier over andere coole biotech‑doorbraken hier.

Gerefereerde studies:

^{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}