Dr Katarzyna Gaweł-Bęben 

Katedra Kosmetologii, Dyrektor Laboratorium Hodowli Komórek i Tkanek WSiZ. Dr Katarzyna Gaweł-Bęben zajmuje się badaniem kosmetycznych właściwości ekstraktów i substancji pochodzenia naturalnego. W obszarze jej szczególnego zainteresowania znajdują się substancje o właściwościach zapobiegających i redukujących przebarwienia skórne oraz metody skutecznej weryfikacji efektywności ich działania. Dr Katarzyna Gaweł-Bęben zajmuje się również oceną bezpieczeństwa składników kosmetyków i gotowych receptur na modelach in vitro.

Każdy nowy produkt kosmetyczny zanim trafi na sklepowe półki musi przejść szereg testów oceniających nie tylko jego skuteczność, ale również bezpieczeństwo stosowania. Do niedawna wpływ kosmetyków i ich składników na skórę badany był głównie z wykorzystaniem modeli zwierzęcych, m. in. myszy czy królików. Ze względu na kwestie etyczne branża kosmetyczna zaczęła stopniowo ograniczać wykorzystanie zwierząt w badaniach kosmetyków i ich składników zgodnie z zasadą 3R (z ang. Replacement, Reduction, Refinement), której celem było zastępowanie eksperymentów na zwierzętach alternatywnymi metodami in vitro, ex vivo i in silico.

Etyka i koszty

Pomijając kwestie etyczne, badania kosmetyków z wykorzystaniem zwierząt są również bardzo kosztowne, wymagają utrzymania specjalistycznych pomieszczeń (tzw. zwierzętarni) i zaangażowania wykwalifikowanej kadry. Co więcej, wnioski dotyczące bezpieczeństwa produktów kosmetycznych formułowane na podstawie wyników badań na zwierzętach często nie są prawdziwe ze względu na znaczące różnice w budowie skóry człowieka i innych zwierząt. Dla przykładu, skóra gryzoni często wykorzystywanych w badaniach kosmetyków jest znacznie cieńsza niż skóra człowieka, co sprawia, że składniki produktów kosmetycznych wnikają w jej głębsze warstwy wywołując silniejsze efekty biologiczne.

Wielka Brytania była pierwszym krajem, w którym w 1998 roku wprowadzono całkowity zakaz testowania kosmetyków na zwierzętach. W krajach Unii Europejskiej zakazy testowania produktów i składników kosmetycznych na zwierzętach wprowadzano stopniowo od 2004. Od marca 2013 we wszystkich krajach UE obowiązuje natomiast całkowity zakaz testowania kosmetyków oraz ich składników z wykorzystaniem zwierząt oraz obrotu tego typu produktami – kwestie te regulują Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (WE) nr 1223/2009 oraz Ustawa o produktach kosmetycznych z 4 października 2018 r.

W związku z tym zakazem ocena bezpieczeństwa i skuteczności kosmetyków opiera się obecnie o dane historyczne, modelowanie komputerowe (tzw. badania in silico), czy laboratoryjne testy in vitro, wykorzystujące m. in. linie komórek wyizolowanych z ludzkiego naskórka lub skóry właściwej. Większość z tych modeli eksperymentalnych nie oddaje jednak złożonych warunków ludzkiej skóry, w której różne typy komórek oddziałują na siebie, a co najważniejsze są również wystawione na bezpośrednie oddziaływanie środowiska zewnętrznego.

Modele skóry zamiast zwierząt

Mając na uwadze ograniczenia dostępnych modeli eksperymentalnych naukowcy przez lata dążyli do opracowania modelu eksperymentalnego, który rzetelnie odzwierciedlać będzie strukturę ludzkiej skóry, z warstwą żywych, dzielących się komórek, oraz strefą komórek zrogowaciałych, mających bezpośredni kontakt z powietrzem atmosferycznym.

Skutkiem tych wysiłków było opracowanie tzw. modeli 3D naskórka ludzkiego (np. EpiSkin, EpiDerm lub epiCS), a w późniejszym czasie również pełnej struktury skóry (uwzględniającą warstwę komórek skóry właściwej), rogówki oraz innych ludzkich tkanek (np. płuc, jelita cienkiego czy błon śluzowych).

Modele 3D ludzkiego naskórka otrzymywane są z ludzkich komórek keratynocytów (najważniejszy typ komórek naskórka) pobranych od dawców i hodowanych na specjalnie przygotowanych podłożach imitujących skórę właściwą.  Po pewnym czasie dzielące się w warunkach in vitro komórki tworzą wielowarstwową strukturę, która eksponowana jest na działanie powietrza – powoduje to stopniowe wykształcenie się warstwy obumarłych, zrogowaciałych komórek, przypominających warstwę rogową naskórka.

Czy modele ludzkiego naskórka spełniają swoją rolę?

Wyniki licznych badań wskazują, że modele 3D ludzkiego naskórka są obecnie najbardziej wiarygodnym modelem eksperymentalnym, a pochodzące z tego typu eksperymentów wyniki w najbardziej rzetelny sposób odwzorowują reakcje komórek skóry człowieka na testowane czynniki. Użyteczność modeli 3D naskórka i skóry potwierdzona została przez Organizację Współpracy i Rozwoju Gospodarczego (z ang. Organisation for Economic Co-operation and Development, OECD), która uwzględniła ten rodzaj modeli eksperymentalnych w specjalnych, zwalidowanych procedurach rekomendowanych jako alternatywa do zakazanych prawnie eksperymentów na zwierzętach. Modele 3D ludzkiego naskórka wykorzystywane są obecnie m. in. do oceny działania drażniącego kosmetyków (procedura OECD 439 „Skin Irritation Test”), działania żrącego substancji chemicznych (OECD TG 431 „Skin Corrosion test”) czy do badania reakcji fototoksycznych, występujących w wyniku ekspozycji na promieniowanie słoneczne (OECD TG 498 „In Vitro Phototoxicity”).

Interesującym wariantem modeli 3D ludzkiego naskórka są modele zawierające oprócz keratynocytów również melanocyty, czyli komórki barwnikowe naskórka, wytwarzające melaninę odpowiedzialną m. in. za zabarwienie skóry i chroniącą przed szkodliwym działaniem promieniowania UV.

Tego typu modele wykorzystywane są m. in. do oceny skuteczności składników kosmetyków redukujących przebarwienia. Firmy biotechnologiczne produkujące modele 3D naskórka oferują już modele z melanocytami odpowiadające różnym fototypom skóry człowieka, co pozwala na ocenę wpływu badanej substancji na zabarwienie skóry o osób zarówno o jasnej, jak i ciemniejszej karnacji.

Niezwykle praktycznym testem wykorzysujących model 3D ludzkiej rogówki jest procedura OECD TG 492 („Eye Irritation Test”), która zastąpiła powszechnie wykonywany jeszcze do niedawna test Draize’a, określający tzw. toksyczność ostrą substancji chemicznych i kosmetyków nakładanych bezpośrednio na oko unieruchomionych, żywych zwierząt (najczęściej królików). Co ciekawe, czułość i skuteczność testów z wykorzystaniem modeli 3D rogówki jest znacznie wyższa niż testu Draize’a i pozwala na skuteczniejszą identyfikację substancji wykazujących działanie łagodne i bardzo łagodne w trakcie aplikacji w okolice oczu.

W związku z rosnąca ofertą dostępnych na rynku modeli 3D ludzkich tkanek, a także wieloma korzyściami wynikającymi z ich stosowania można przypuszczać, że w krótkim czasie staną się one alternatywą do badań na zwierzętach nie tylko w branży kosmetycznej, ale również w przemyśle farmaceutycznym i badaniach medycznych.

Jeżeli interesują Cię możliwości wykorzystania modeli 3D ludzkich tkanek w badaniach naukowych, chciałbyś zadać pytanie ekspertom, a nawet spróbować samodzielnie wykonać Skin Irritation Test zgodnie z procedurą OECD TG 439, zapraszamy do rejestracji na międzynarodową konferencję naukową Natural Cosmetics International Meeting , która odbędzie się w Kielnarowej w dniach 20-22 września 2023.

Podczas konferencji będzie można porozmawiać z przedstawicielami firmy MatTek, wysłuchać wystąpienia Dr Silvii Letasiovej pt. „Reconstructed human skin models and cosmetics safety” oraz wziąć udział w bezpłatnych warsztatach dotyczących modeli 3D naskórka! Formularz rejestracji znajduje się TUTAJ.