Pelle artificiale: utilizzi per test di farmaci cutanei e cosmesi in alternativa alla sperimentazione animale

I ricercatori della Scuola di Scienze Farmaceutiche dell’Università di San Paolo hanno condotto uno studio sulla pelle artificiale bioingegnerizzata e sul suo utilizzo come piattaforma per testare la sicurezza e l’efficacia di farmaci e cosmetici.  Una delle tecnologie più promettenti per la sua produzione è il bioprinting 3D, che non è ancora stato ancora sufficientemente validato rispetto ai modelli tradizionali prodotti manualmente.

Il cosiddetto bioprinting consiste infatti nella stampa 3D di materiale biochimico e di cellule viventi, col fine di realizzare strutture biologiche tridimensionali, come organi, ossa, o muscoli, attraverso il progressivo posizionamento (strato per strato) di questi biomateriali.

Lo studio mostra che la pelle artificiale biostampata può essere utilizzata nei cosmetici e nei test sui farmaci

Come alternativa più rappresentativa ed etica per la sperimentazione animale, la ricostruzione di modelli di pelle umana fornisce una piattaforma convalidata per la valutazione dell'irritazione di prodotti topici e sostanze chimiche, ma sono richiesti aggiornamenti costanti di questi modelli. In questo modo, la recente tecnologia di bioprinting è promettente per i suoi vantaggi in termini di automazione e per la possibilità di eseguire una pre-deposizione spaziale di biomateriali per ottenere modelli di pelle più rappresentativi e riproducibili. 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.

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 deve avere 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.

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) 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.

Questi risultati dimostrano che la 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.

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. In quanto i 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.

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.

Irritazione cutanea: test di irritazione cutanea EpiSkin (SIT)

Attualmente il modello di epidermide umana EpiSkin può essere utilizzato per valutare il potenziale di irritazione cutanea delle sostanze chimiche.

Il metodo è stato precedentemente convalidato sui test in vitro per l'irritazione cutanea acuta. Successivamente, il test è stato adottato come linea guida per il test dell'OCSE. Il modello EpiSkin (già adottato da alcune case cosmetiche) è un'epidermide umana ricostruita tridimensionale che comprende uno strato principale basale, soprabasale, spinoso e granulare e uno strato corneo funzionale (lo strato barriera esterno della pelle).

L'uso del modello specifico per i test di irritazione cutanea comporta l'applicazione topica di una sostanza chimica in esame seguita da una valutazione della vitalità cellulare e in particolare della citotossicità. Una sostanza è considerata irritante per la pelle (cioè classificata come R38) se la vitalità dei tessuti dopo l'esposizione e dopo l'incubazione (vedi protocollo, sotto) è inferiore o uguale al 50%. La vitalità cellulare superiore al 50% è considerata un indicatore di una sostanza chimica non irritante.

                                                                                                                 Grazia Cusumano

Fonti

• https://doi.org/10.1016/j.bprint.2022.e00251;
• https://www.sciencephoto.com/contributor/ema/;
• https://joint-research-centre.ec.europa.eu/eu-reference-laboratory-alternatives-animal-testing-eurl-ecvam/alternative-methods-toxicity-testing/validated-test-methods-health-effects/skin-irritation/skin-irritation-episkin-skin-irritation-test-sit_en.