La peau imprimée pour remplacer les tests sur les animaux

Falko Schoklitsch ( TU Graz )

Une équipe internationale de chercheurs de TU Graz et de l’Institut Vellore en Inde a mis au point une peau artificielle imprimée en 3D, intégrant des cellules vivantes, pour tester sans animaux la toxicité des nanoparticules cosmétiques. Fruit d’une collaboration entre expertise en matériaux et biologie cellulaire, ce modèle reproduit la structure et la biomécanique de la peau humaine, offrant une alternative prometteuse aux tests animaux interdits par l’UE. Les premiers résultats montrent une excellente résistance des hydrogels et une croissance cellulaire réussie, ouvrant la voie à des applications concrètes dans l’industrie cosmétique.

La directive 2010/63/UE a imposé des restrictions à l’expérimentation animale pour les tests de produits cosmétiques et de leurs ingrédients dans l’ensemble de l’UE. Il y a donc une recherche intense d’alternatives pour tester l’absorption et la toxicité des nanoparticules contenues dans les cosmétiques tels que les crèmes solaires. Une équipe de chercheurs de l’université de technologie de Graz (TU Graz) et de l’institut de technologie de Vellore (VIT) en Inde travaille sur le développement d’imitations de la peau qui reproduisent la structure tissulaire à trois couches et la biomécanique de la peau humaine. Ces imitations peuvent être produites par impression 3D et consistent en des formulations d’hydrogel qui sont imprimées avec des cellules vivantes. Les premiers modèles de peau sont maintenant prêts à être testés avec des nanoparticules.

Des hydrogels dans lesquels les cellules de la peau survivent et se développent

« Les hydrogels utilisés pour notre imitation de la peau à partir de l’imprimante 3D doivent répondre à un certain nombre d’exigences », indique Karin Stana Kleinschek, de l’Institut de chimie et de technologie des systèmes biosourcés de l’Université technique de Graz. « Les hydrogels doivent pouvoir interagir avec les cellules vivantes de la peau. Ces cellules doivent non seulement survivre, mais aussi être capables de croître et de se multiplier. »

Les formulations d’hydrogels mises au point à l’université de Graz constituent le point de départ de structures stables et imprimables en 3D. Les hydrogels se caractérisent par leur forte teneur en eau, qui crée des conditions idéales pour l’intégration et la croissance des cellules. Toutefois, cette teneur élevée en eau nécessite également des méthodes de stabilisation mécanique et chimique des impressions 3D.

L’université de Graz travaille intensivement sur des méthodes de réticulation pour la stabilisation. Idéalement, à l’instar de la nature, la réticulation s’effectue dans des conditions très douces et sans l’utilisation de produits chimiques cytotoxiques. Une fois la stabilisation réussie, les partenaires de coopération en Inde testent la résistance et la toxicité des impressions 3D dans des cultures cellulaires. Ce n’est que lorsque les cellules cutanées de l’hydrogel survivent dans la culture cellulaire pendant deux à trois semaines et développent des tissus cutanés que l’on peut parler d’une imitation de la peau. Cette imitation de la peau peut alors être utilisée pour d’autres tests cellulaires sur les produits cosmétiques.

Des tests réussis

Les premiers essais d’hydrogels imprimés en 3D dans des cultures cellulaires ont été couronnés de succès. Les matériaux réticulés sont non cytotoxiques et mécaniquement stables.

« Dans l’étape suivante, les modèles imprimés en 3D (imitations de peau) seront utilisés pour tester les nanoparticules », explique Karin Stana Kleinschek. « Il s’agit d’un succès pour la recherche complémentaire de la TU Graz et du VIT. Nos nombreuses années d’expertise dans le domaine de la recherche sur les matériaux pour les imitations de tissus et l’expertise du VIT en biologie moléculaire et cellulaire se complètent parfaitement. Nous travaillons maintenant ensemble à l’optimisation des formulations d’hydrogel et à la validation de leur utilité en tant que substitut à l’expérimentation animale. »

Lexique

1. Hydrogels : Matériaux poreux à haute teneur en eau, utilisés pour imiter le micro-environnement des tissus biologiques et supporter la croissance cellulaire.
2. Nanoparticules : Particules microscopiques (utilisées dans les cosmétiques comme les crèmes solaires) dont l’absorption et la toxicité sont étudiées.
3. Directive 2010/63/EU : Règlement européen limitant les tests sur les animaux, motivant le développement de méthodes alternatives.
4. Cytotoxicité : Capacité d’une substance à endommager ou détruire des cellules, un critère clé évalué dans les tests.
5. Cross-linking (réticulation) : Procédé de stabilisation des hydrogels par création de liaisons chimiques, réalisé ici dans des conditions non toxiques.
6. Culture cellulaire : Technique de croissance de cellules en laboratoire, utilisée ici pour valider la viabilité des modèles de peau.
7. Impression 3D : Technologie permettant de structurer les hydrogels en couches, mimant l’architecture de la peau humaine.
8. Ingénierie tissulaire : Domaine combinant matériaux et biologie pour créer des substituts de tissus fonctionnels, comme la peau artificielle.

Légende illustration : Structure imprimée en 3D à partir d’un hydrogel optimisé. Source de l’image : Manisha Sonthalia – Institut de technologie de Vellore