قدم قابل توجهی برای حفظ آزمایش های پزشکی با استفاده کمتر از حیوانات

در سال‌های اخیر، تلاش‌های جهانی برای کاهش استفاده از آزمایش‌های حیوانی در صنایع مختلف، به‌ویژه صنعت آرایشی و بهداشتی، شدت گرفته است. یکی از نوآوری‌های برجسته در این زمینه، توسعه‌ی پوست مصنوعی چاپ‌شده با فناوری سه‌بعدی است که با استفاده از سلول‌های زنده ساخته می‌شود. این فناوری نویدبخش جایگزینی برای آزمایش‌های حیوانی در بررسی جذب و سمیت نانوذرات موجود در محصولاتی مانند کرم‌های ضدآفتاب است. تیمی از پژوهشگران دانشگاه فناوری گراتس (TU Graz) در اتریش و مؤسسه فناوری ولور (VIT) در هند با همکاری یکدیگر در حال توسعه‌ی این پوست مصنوعی هستند که ساختار سه‌لایه و بیومکانیک پوست طبیعی انسان را شبیه‌سازی می‌کند.

زمینه و انگیزه‌ی پژوهش

این پروژه ریشه در محدودیت‌های قانونی و اخلاقی آزمایش‌های حیوانی دارد. بر اساس دستورالعمل ۲۰۱۰/۶۳/EU اتحادیه اروپا، که از سال ۲۰۱۰ اجرایی شده، استفاده از حیوانات برای آزمایش مواد آرایشی و اجزای آن‌ها در سراسر این اتحادیه محدود شده است. این قانون، پژوهشگران را به جست‌وجوی روش‌های جایگزین سوق داده تا ایمنی و کارایی محصولات را بدون آسیب به حیوانات ارزیابی کنند. در این راستا، تیم مشترک TU Graz و VIT از فناوری چاپ سه‌بعدی بهره می‌برند تا پوست مصنوعی را با استفاده از فرمولاسیون‌های هیدروژل و سلول‌های زنده تولید کنند. هیدروژل‌ها به دلیل دارا بودن مقدار بالای آب، محیطی ایده‌آل برای رشد و بقای سلول‌ها فراهم می‌کنند و می‌توانند به‌عنوان پایه‌ای برای ساختارهای قابل چاپ استفاده شوند.

چالش‌ها و ویژگی‌های هیدروژل‌ها

به گفته‌ی کارین کلاینشِک، پژوهشگر مؤسسه شیمی و فناوری سیستم‌های زیستی در TU Graz، هیدروژل‌های مورد استفاده در این پروژه باید چندین شرط را برآورده کنند. این مواد نه‌تنها باید با سلول‌های زنده پوست سازگار باشند، بلکه باید شرایطی را فراهم کنند که سلول‌ها بتوانند در آن زنده بمانند، رشد کنند و تکثیر شوند. هیدروژل‌های توسعه‌یافته در TU Graz، که نقطه‌ی شروع این ساختارهای پایدار و قابل چاپ هستند، به دلیل محتوای بالای آب خود، شرایط مناسبی برای ادغام و رشد سلول‌ها ایجاد می‌کنند. با این حال، این ویژگی چالش‌هایی را نیز به همراه دارد؛ محتوای بالای آب نیازمند روش‌هایی برای تثبیت مکانیکی و شیمیایی ساختارهای چاپ‌شده است.

دانشگاه TU Graz با تمرکز بر روش‌های اتصال عرضی (cross-linking)، در تلاش است تا این هیدروژل‌ها را پایدار کند. این فرآیند، که ترجیحاً از الگوی طبیعت پیروی می‌کند، باید تحت شرایط ملایم و بدون استفاده از مواد شیمیایی سیتوتوکسیک (مضر برای سلول‌ها) انجام شود. پس از تثبیت موفق، شرکای هندی در VIT مقاومت و سمیت این ساختارهای چاپ‌شده را در کشت سلولی آزمایش می‌کنند. تنها زمانی که سلول‌های پوستی در هیدروژل برای دو تا سه هفته زنده بمانند و بافت پوستی تشکیل دهند، می‌توان این محصول را به‌عنوان یک پوست مصنوعی معتبر در نظر گرفت.

نتایج اولیه و گام‌های آینده

نخستین آزمایش‌ها بر روی هیدروژل‌های چاپ‌شده سه‌بعدی نتایج امیدوارکننده‌ای داشته است. این مواد نه‌تنها غیرسمی (غیرسیتوتوکسیک) هستند، بلکه از نظر مکانیکی نیز پایدار باقی مانده‌اند. کلاینشِک می‌گوید: «در گام بعدی، این مدل‌های چاپ‌شده سه‌بعدی (پوست مصنوعی) برای آزمایش نانوذرات استفاده خواهند شد.» این پیشرفت نشان‌دهنده‌ی موفقیت همکاری بین‌المللی میان TU Graz و VIT است. سال‌ها تجربه‌ی TU Graz در پژوهش مواد برای تقلید بافت‌ها و تخصص VIT در زیست‌شناسی مولکولی و سلولی، مکمل یکدیگر بوده و زمینه را برای بهینه‌سازی بیشتر فرمولاسیون‌های هیدروژل و اعتبارسنجی آن‌ها به‌عنوان جایگزینی برای آزمایش‌های حیوانی فراهم کرده است.

اهمیت و چشم‌انداز

این پروژه نه‌تنها گامی در جهت کاهش آزمایش‌های حیوانی است، بلکه می‌تواند به توسعه‌ی روش‌های دقیق‌تر و انسانی‌تر برای آزمایش محصولات آرایشی منجر شود. پوست مصنوعی چاپ‌شده، با تقلید از ساختار و عملکرد پوست انسان، می‌تواند داده‌های قابل اعتمادتری نسبت به مدل‌های حیوانی ارائه دهد، زیرا تفاوت‌های زیستی بین انسان و حیوانات اغلب نتایج را تحت تأثیر قرار می‌دهد. پژوهشگران امیدوارند با پیشرفت این فناوری، بتوانند استانداردهای جدیدی در صنعت آرایشی و بهداشتی ایجاد کنند که هم از نظر اخلاقی و هم از نظر علمی پیشرفته‌تر باشد.

منابع

• موهان، تامیل‌سلوان و همکاران، «پروتکل ساخت داربست‌های سه‌بعدی مبتنی بر (نانو)سلولز خودایستا برای مهندسی بافت»، STAR Protocols، ۲۰۲۵، DOI: 10.1016/j.xpro.2024.103583.
• گزارش خبری، «پوست چاپ‌شده برای جایگزینی آزمایش‌های حیوانی»، myScience.org، ۳ آوریل ۲۰۲۵.
• گزارش خبری، «پوست چاپ‌شده انقلابی به‌عنوان جایگزینی برای آزمایش‌های حیوانی»، bioengineer.org، ۳ آوریل ۲۰۲۵.