Produzione di epidermide umana biostampata e manuale: prestazioni a confronto per i test di irritazione cutanea
Le prestazioni di un modello ottenuto con una stampante 3D erano equivalenti a quelle del modello convenzionale prodotto manualmente. Il materiale biomimetico può essere prodotto su larga scala, riducendo i test sugli animali da parte dell’industria cosmetica e farmaceutica
La pelle artificiale bioingegnerizzata è diventata una piattaforma sempre più importante e affidabile per i ricercatori per testare la sicurezza e l’efficacia di farmaci e cosmetici. Può essere prodotto su larga scala ed è un buon sostituto della sperimentazione animale. Le tecnologie più promettenti per la produzione di modelli in vitro includono la biostampa 3D. Poiché è recente, tuttavia, le sue prestazioni devono ancora essere sufficientemente convalidate rispetto ai modelli tradizionali prodotti manualmente. Questo era l’obiettivo principale di uno studio condotto dai ricercatori della Scuola di Scienze Farmaceutiche dell’Università di San Paolo (FCF-USP) in Brasile. I risultati, riportati in un articolo pubblicato sulla rivista Bioprinting , hanno confermato che la pelle artificiale ha raggiunto prestazioni simili.
Nello studio sostenuto da FAPESP , i ricercatori hanno confrontato il modello mimetico convenzionale basato sul pipettaggio manuale con il bioprinting per estrusione, che “consente la ricostruzione in vitro di un modello più rilevante e rappresentativo della pelle umana”, secondo gli autori dell’articolo.
“Chiamare il modello ‘pelle artificiale’ lo fa sembrare sintetico, ma in realtà è un tessuto umano che assomiglia molto alla pelle naturale ed è molto adatto per testare la sicurezza e l’efficacia dei composti bioattivi”, ha affermato Silvya Stuchi Maria-Engler , professoressa e ricercatrice presso FCF. -Dipartimento di Analisi Cliniche e Tossicologiche dell’USP.
Come criteri di convalida sono stati utilizzati gli standard di controllo della qualità e di valutazione delle prestazioni stabiliti da istituzioni internazionali come l’Organizzazione per la cooperazione e lo sviluppo economico (OCSE). “La prima era la morfologia del tessuto, che dovrebbe essere rappresentativa della pelle umana in vivo, con un’epidermide stratificata contenente quattro strati: strato basale, spinoso, granuloso e corneo. Ciò significa che la pelle ricostruita in vitro ha le stesse funzioni della pelle naturale, che contiene una barriera selettiva contro l’ambiente esterno per la protezione contro fattori di stress chimici [ inquinanti e prodotti applicati localmente ] e fisici [ luce solare], pur trattenendo l’acqua”, ha affermato Denisse Esther Mallaupoma Camarena, co-prima autrice dell’articolo e borsista post-dottorato presso FCF-USP.
Il passo successivo è stato quello di valutare le prestazioni della pelle biostampata come barriera. Come la pelle naturale, la pelle artificiale dovrebbe essere in grado di impedire la penetrazione di detergenti che causano irritazioni. Per testare questa funzione, i ricercatori hanno esposto il modello a sodio dodecil solfato (SDS), un detergente che provoca irritazione cutanea, a diverse concentrazioni per 18 ore.
L’ultimo test di convalida ha comportato l’applicazione topica di sostanze chimiche di riferimento classificate come irritanti (come gli acidi, ad esempio) o non irritanti (soluzioni fisiologiche). I risultati hanno mostrato che l’istologia e la citoarchitettura di entrambi i modelli di pelle ricostruiti in vitro sono coerenti con i modelli epidermici convalidati a livello internazionale. La qualità della pelle biostampata era buona quanto quella della pelle ricostruita manualmente. Entrambi hanno risposto ugualmente bene agli irritanti e hanno distinto tra questi e non irritanti.
“Questi risultati dimostrano che la nostra pelle biostampata può essere utilizzata al posto del test Draize, un test di tossicità acuta che applica la sostanza direttamente sulla pelle del coniglio. Oltre a evitare la sperimentazione sugli animali, è meno soggetta all’errore umano e alla variabilità delle risposte ottenute dall’industria cosmetica”, ha affermato Julia de Toledo Bagatin, prima autrice dell’articolo e dottoranda presso FCF-USP.
“La diffusione di parte dei metodi sviluppati contribuirà ad aumentare l’uso di alternative alla sperimentazione animale da parte dell’industria cosmetica, rafforzando il nostro impegno per la causa”, ha dichiarato Juliana Lago, penultima autrice dell’articolo e responsabile scientifica di Natura, importante società di cosmetici brasiliana azienda. Natura ha sostenuto lo studio finanziando parte dello sviluppo della biostampante utilizzata per realizzare la pelle ricostruita.
“La scienza di base svolta dal mondo accademico ha prodotto la conoscenza che è servita da base per questo progetto. La partnership tra impresa e università ci ha permesso di accelerare l’applicazione di queste conoscenze nel progetto di ricostruzione dei tessuti e nell’automazione tramite bioprinting, tutte cose importanti per la nostra azienda”.
Bioprinter più affidabili
Sebbene i risultati principali dello studio mostrino che la pelle biostampata può essere utilizzata come piattaforma per testare l’irritazione in laboratorio, i ricercatori notano la necessità di cautela nell’uso dei bioprinter. “Producono tessuto mimetico mediante dispersione cellulare utilizzando un ago o un ugello conico e, a seconda del sistema scelto, potrebbero esserci alterazioni della risposta cellulare nel test di irritazione in vitro”, ha affermato Maria-Engler. “La bioprinting è ora utilizzata in molti campi, quindi è estremamente importante riconoscere che il sistema di dispersione scelto può danneggiare l’affidabilità dei test portando a risposte alterate, come un aumento dell’infiammazione”.
I ricercatori hanno in programma di biostampare modelli più complessi comprendenti epidermide, derma e ipoderma con cellule epiteliali umane rappresentative. Ciò avvicinerà il modello alla realtà e produrrà risposte biologicamente più rilevanti nei test di sicurezza ed efficacia dei prodotti per uso topico.
Informazioni sulla Fondazione per la ricerca di San Paolo (FAPESP)
La São Paulo Research Foundation (FAPESP) è un’istituzione pubblica con la missione di sostenere la ricerca scientifica in tutti i campi della conoscenza assegnando borse di studio, borse di studio e sovvenzioni a ricercatori legati all’istruzione superiore e agli istituti di ricerca nello Stato di San Paolo, in Brasile. FAPESP è consapevole che la migliore ricerca può essere fatta solo lavorando con i migliori ricercatori a livello internazionale. Pertanto, ha stabilito partnership con agenzie di finanziamento, istruzione superiore, aziende private e organizzazioni di ricerca in altri paesi noti per la qualità della loro ricerca e ha incoraggiato gli scienziati finanziati dalle sue sovvenzioni a sviluppare ulteriormente la loro collaborazione internazionale.
