Reduzierung der Verwendung tierischer Gewebe zur Prüfung der Sicherheit von Kosmetika

Forscher des Imperial College London sprechen mit uns über ihre Arbeit an der Erforschung tierversuchsfreier Methoden für die zukünftige Prüfung der Sicherheit von Kosmetika.

Das Testen von Kosmetika an lebenden Tieren wurde 2013 von der EU verboten, aber tierische Gewebe werden weiterhin verwendet, um die Hautabsorption zu testen, ein Maß dafür, wie viel eine Chemikalie durch die Haut dringt, um in den Blutkreislauf zu gelangen.

Neben ethischen Überlegungen gibt es auch Bedenken hinsichtlich der Zuverlässigkeit tierischer Gewebe für die Vorhersage, wie sich Chemikalien verhalten, wenn sie der menschlichen Haut ausgesetzt werden.

Imperiale Forscher hoffen, dieses Problem anzugehen, indem sie die Verwendung von tierischem Gewebe durch künstliche Zellen ersetzen, die in 3D zu lebensechten Modellen menschlicher Haut gedruckt werden können.

In einem neuen Perspektiven Artikel in der Zeitschrift veröffentlicht Labor auf einem ChipDr. Mark Friddin, wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Imperial Dyson School of Design Engineering, und Jessica Govey-Scotland, ehemalige MRes-Studentin des Imperial Institute for Molecular Science and Engineering, schlagen eine digitale Fertigungspipeline vor, die Design, Fertigung und 3D-Druck miteinander verbindet künstliche Zellen in synthetische Gewebe. Sie hoffen, dass diese synthetischen Gewebe verwendet werden könnten, um die menschliche Haut nachzuahmen und so den Bedarf an tierischem Gewebe bei Kosmetiktests zu verringern.

Kommunikationspraktikant Aminul Schuster hat mit ihnen gesprochen, um mehr zu erfahren.

Warum werden tierische Gewebe zum Testen von Kosmetikprodukten verwendet?

Jessica Govey-Scotland: Der Ausstieg aus Tierversuchen bedeutete einen Wandel hin zu humaneren Methoden zum Testen von Kosmetika. Allerdings werden tierische Gewebe immer noch als Methode zur Beurteilung möglicher schädlicher Auswirkungen auf den Menschen nach der Exposition gegenüber Kosmetika verwendet.

Dr. Mark Friddin: Tierische Gewebe werden weiterhin verwendet, da sie derzeit die anerkannteste Methode zur Vorhersage der Absorption von Chemikalien durch die menschliche Haut sind. Es gibt keine zugelassenen Alternativen.

Welche Einschränkungen gibt es bei der Verwendung von tierischem Gewebe?

Jessica: Um die Sicherheit der Verbraucher zu gewährleisten, ist es wichtig, bei der Entwicklung neuer Kosmetika zu untersuchen, wie die Haut Chemikalien aufnimmt. Allerdings unterscheidet sich die Haut von Tieren physiologisch stark von der menschlichen Haut: Sie ist durchlässiger und kann die Stoffwechselprofile menschlicher Zellen nicht gut nachbilden.

Mark: Darüber hinaus können tierische Zellen keine Faktoren wie Alter, ethnische Zugehörigkeit oder Krankheitszustände berücksichtigen. Es ist auch ethisch angemessen, darauf hinzuarbeiten, den Einsatz von Tieren in Bereichen zu vermeiden oder zu ersetzen, in denen sie sonst verwendet worden wären, im Einklang mit den 3R-Prinzipien der Tierforschung.

Wie gehen Sie mit Ihrer Arbeit auf diese Probleme ein?

Mark: Alternativen zur Tierhaut zu schaffen bedeutet, die Funktionen der Haut künstlich zu reproduzieren – von ihrer Rolle als Barriere bis hin zu der Art und Weise, wie sie mit dem Rest des Körpers interagiert. Wir haben Kernprobleme bei der Nachbildung der Barrierefunktion und des Stoffwechsels der Haut identifiziert und erforschen auf dieser Grundlage den Einsatz künstlicher Zelltechnologien als ethischere, nachhaltigere und reproduzierbarere Alternative.

Diese künstlichen Zellen könnten tierisches Gewebe völlig überflüssig machen und die Tür zur kundenspezifischen Anpassung öffnen, die für die Entwicklung personalisierter Hautmodelle für Einzelpersonen genutzt werden könnte.

Dies wirft wiederum Fragen auf, wie diese Baugruppen entworfen und hergestellt werden könnten. Um dieses Problem anzugehen, schlagen wir eine digitale Fertigungspipeline vor, die das Design, die Herstellung und den 3D-Druck künstlicher Zellen zu synthetischen Geweben verknüpft.

Welche Herausforderungen gibt es bei der Nachbildung menschlicher Haut mithilfe künstlicher Zellen?

Mark: Das Design künstlicher menschlicher Zellen ist eine große Herausforderung. Es sind biologische, technische und gestalterische Herausforderungen zu bewältigen.

Aus biologischer Sicht besteht die Herausforderung darin, nachzubilden, wie Chemikalien in die Haut eindringen und mit den Stoffwechselprofilen menschlicher Zellen interagieren.

Aus konstruktionstechnischer Sicht bestehen die Herausforderungen darin, wie wir künstliche Zellen entwerfen, in 3D drucken und zusammenbauen, um nutzbare Abschnitte synthetischer Haut zu schaffen. Derzeit gibt es keine klar definierte Pipeline, die diese Aspekte miteinander verbindet, und herkömmliche CAD-Ansätze eignen sich normalerweise nicht gut für biologische oder chemische Probleme. Dies wirft die Frage auf, wie man dieser Designherausforderung am besten begegnen und sie nahtlos in die Fertigungsphase integrieren kann.

Jessica: Sobald wir Wege finden, präzise synthetische menschliche Gewebe zu entwickeln, wird es Herausforderungen geben, ihre Leistung als Alternative zu Tierhaut zu validieren und zu bestätigen – Methoden, die einen Konsens von Regulierungsbehörden, Industrie und Wissenschaftlern erfordern. Auch bei der Skalierung der Fertigungs- und Montagetechnologien wird es Herausforderungen geben.

Könnten Sie erklären, wie Sie den Stoffwechsel in künstlichen Hautmodellen steuern könnten?

Mark: Die letzten Jahrzehnte haben erhebliche Fortschritte bei den Fähigkeiten zellfreier Expressionssysteme gebracht. Diese Plattformen ermöglichen es Benutzern, Proteine ​​nach Bedarf zu produzieren, indem sie die entsprechende DNA- oder RNA-Vorlage mit allen notwendigen Komponenten kombinieren, um die Proteinexpression in einem kleinen Reagenzglas zu induzieren.

Dieser Ansatz bildete die Grundlage für größere Systeme und Kreisläufe, die erweitert werden könnten, um die spezifischen Merkmale des menschlichen Zellstoffwechsels nachzubilden. Diese Merkmale können dann in künstliche Zellen eingebaut werden.

Wie könnte die Einführung dieser neuen Methoden erleichtert werden?

Mark: Wir müssen nachweisen, dass die neuen Methoden für Verbraucher sicherer sein könnten als aktuelle Ansätze, da Sicherheit letztendlich unser gemeinsames Ziel ist. In diesem Sinne werden kollaborative Ansätze, die Anwendern bei der Validierung ihrer Methoden helfen, dazu beitragen, Innovationen zu fördern und gleichzeitig den Einsatz von Tieren zu reduzieren.

Jessica: Wir sollten darauf abzielen, unseren Ansatz in strukturierte Rahmen für Sicherheitstests zu integrieren und spezifische Hautmodelle zu kombinieren, damit wir Chemikalien umfassend auf ihre Sicherheit testen können. Frameworks wie diese können dazu beitragen, die Zuverlässigkeit der erzeugten Daten zu erhöhen und werden erforderlich sein, wenn wir synthetische Modelle in die Industriepraxis integrieren wollen.

Indem wir künstliche Hautmodelle auf einem mechanistischen Verständnis der menschlichen Biologie basieren, können wir außerdem die Verwendung von tierischem Gewebe vermeiden und das Risiko für die menschliche Gesundheit mit größerer Sicherheit besser vorhersagen.

Was hat Sie beide motiviert, künstliche Zelltechnologien als alternativen Ansatz zu erkunden?

Jessica: Meine Motivation resultierte aus meinem Interesse an menschlicher Biologie und Tierschutz. Mein Ziel war es zu verstehen, warum es keine anerkannten Methoden zur Beurteilung der Hautabsorption von Kosmetika gibt, ohne sich auf tierisches Gewebe oder Daten zu verlassen. Ich wollte die Verfügbarkeit menschlicher relevanterer Ansätze ansprechen.

Mark: Das Fehlen einer zugelassenen tierversuchsfreien Methode zum Screening auf Hautabsorption ist ein seit langem bestehendes Problem, das trotz weltweiter Bemühungen zur Entwicklung alternativer Testmethoden weiterhin besteht. Die traditionellen Top-Down-Methoden führten nicht zu Alternativen, was mich dazu inspirierte, über den radikal anderen Ansatz der Verwendung künstlicher Zellen nachzudenken, die im Prinzip so konstruiert werden können, dass sie diese grundlegenden Herausforderungen bewältigen.

Wie schätzen Sie mit Blick auf die Zukunft die Entwicklung dieses Bereichs in den kommenden Jahren ein? Wo könnte es den größten Einfluss haben?

Jessica: Künstliche Zellplattformen könnten die Prüfung von Kosmetika revolutionieren und sich positiv auf andere Bereiche auswirken, in denen derzeit Tiere eingesetzt werden. Beispielsweise könnten Pharmaunternehmen, die neue Medikamente entwickeln, künstliche Zellplattformen nutzen, um die Wirksamkeit neuer Medikamente zu testen und so die Anzahl der verwendeten Tiere zu reduzieren.

Mark: Diese Technologien könnten den Weg für personalisierte, tierversuchsfreie Hautmodelle für chemische Expositionsstudien ebnen und die Werkzeuge verbessern, die uns zur Entwicklung sichererer Formulierungen zur Verfügung stehen. Über die Kosmetik- und Arzneimittelentwicklung hinaus könnte die vorgeschlagene Plattform weitreichende Auswirkungen auf Sektoren wie Lebensmittel, Landwirtschaft und Werkstofftechnik haben.

Um diese Vision zu verwirklichen, müssen erhebliche technische Herausforderungen bewältigt, Interessengruppen aufeinander abgestimmt und die Sicherheit validiert werden. Das Potenzial ist unglaublich spannend.