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化妆品安全性评价方法的应用:皮肤刺激体外模型
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  • 2024-12-30

  从20世纪80年代开始欧洲已经努力减少用动物进行刺激性评估实验,近几年各国政府在动物保护组织的压力下纷纷出台保护实验动物的措施,特别是欧盟化妆品规程(Cosmetics Directive)第七次修订时计划2009年全面禁止动物实验在化妆品刺激性检测中的应用,而最近欧盟又出规定,要求2013年3月后禁止销售含使用动物实验检测过组分的化妆品。然而不断出现的新的化工原料又必须进行安全性评价。在这样的环境下开发更多的、新的体外检测方法替代传统的动物实验已经成为必然的趋势。近几年国外已经研制成功许多体外模型,而且还有大量体外替代实验不断被推出。皮肤刺激体外模型的按照组成结构可以分为:单种细胞测试法(Single-Cell Assay)、表皮 组 织 模 型(Epidermal Equivalents)、皮肤组织模型(Skin Equivalents)和离体皮肤组织(Excised Skin)。




  作为第三方检测中心,中科测试机构拥有CMA和CNAS认证检测资质,检测设备齐全,数据科学可靠,可出具国家认可的化妆品安全性评价报告。


  单种细胞测试法


  该试验方法以单种细胞作为实验对象,细胞在普通培养容器中采用液面下培养的传统方法进行培养。试验所需要的细胞采用无限传代培养的细胞系而不是原代培养的细胞,这样不仅可以满足试验所需大量的细胞而且可以消除因为细胞来源不同而造成的差异。该试验不需要特别的试验环境且操作相对简单,可以在96孔板等培养皿进行测试,便于大通量的检测。


  对科学研究而言,体系细胞种类单一,可以用来研究细胞内信号通路的转导机制或者刺激反应中细胞因子、炎症因子介导的膜损伤作用。由于该体系构成单一,只能够反应出被检测物质对细胞造成的损失而不能够反应物质通过渗透作用产生的刺激作用。因此该试验主要用于大量化学物质的初步筛查。此外由于该模型没有角质层的保护作用,检测得到的刺激程度会高于实际值,而且该模型仅适用于水溶性的化学物质检测。常用于该试验的细胞种类有:HaCaT角质形成细胞和3T3、3T6小鼠成纤维细胞。


  表皮组织模型


  人表皮组织模型是应用最广泛的体外检测模型之一,它主要由完全分化的人表皮细胞组成。用于构建模型的人角质形成细胞最初通过外科手术得到,然后经过体外诱导培养得到完全分化成基底细胞层、棘状细胞层和颗粒状细胞层以及角质层:由这些细胞层最终构成了人表皮组织模型。该模型在培养时上层暴露在空气中,营养物质主要依靠浸没于培养液中的底层细胞进行吸收。


  角质层由凋亡的或者停止分化的角质形成细胞与胞外脂质共同构成,这些凋亡的细胞和脂质形成了非常致密的屏障,使模型可以与周围环境隔离同时也避免与刺激物直接接触,这样使得表皮组织模型与皮肤一样具有了屏障功能,因而对一些物质的检测上可以采用类似人体斑贴试验的方法进行。尽管表皮模型角质层的主要成分与人角质层几乎完全相同,但是屏障功能却仍然有一定的差别,可能是由于角质层中个别成分含量的不一致,也可能与角质层中蛋白质种类有关。目前的表皮模型仍然与人皮肤存在差异,例如屏障功能的不完善、对水的通透性高等,但是表皮组织模型仍然是一个用于评估、研究物质刺激性的优秀体外模型。


  目前人表皮模型的研究已经不再局限于角质形成细胞,有研究已成功把朗格汉斯细胞以及黑素细胞转入到模型中,这使得表皮模型的检测范围以及科研应用价值得到了很大的扩展。


  现在已经有成熟的商品化表皮组织模型,其中SkinEthic?、EpiDerm?和EpiSkin?已经被 ECVAM 认可,并且由于他们有良好的重复性,已经可以单独进行检测,因此推荐使用该两个模型代替Draize刺激试验检测化学物质的刺激性。


  皮肤组织模型


  皮肤组织模型由表皮部分和真皮部分组成,因此相对于表皮模型它结构更加复杂。皮肤组织模型在构建时首先培养成纤维细胞,经过体外诱导分化、细胞外基质形成等一系列变化后,形成具有一定弹性的真皮模型,然后在它上方覆盖培养角质形成细胞构成表皮模型,然后二者共同构成了皮肤组织模型。


  皮肤组织模型内有细胞之间的相互作用、一定的物质交换以及代谢活性等,相对于角质形成细胞或成纤维细胞单独培养该模型具有更好的研究价值,而且在性状方面已经很接近人的皮肤。虽然性状方面很接近人体皮肤,而且已经上市销售的这类模型有Full thickness skin model、Test Skin 、Apligraf 和 AST-2000等多种。


  该模型在科研方面有很重要的作用,由于该模型是两类不同细胞构成的体系,因此存在着细胞间的相互作用和联系而且与人的皮肤组织很接近,对研究刺激性接触性皮炎发展过程中的皮肤机械性传导通路方面有很重要的意义。


  离体皮肤组织


  新鲜的离体皮肤组织是体外评估刺激性非常好的模型。新鲜的从活体分离出来的皮肤组织与目前的皮肤组织模型相比具有更接近人体皮肤的屏障功能。评价物质是否具有刺激性的最终标准是看它渗透穿过角质层进人活细胞层的能力。


  此外,离体皮肤组织也包含更多类型的细胞,例如:朗格汉斯细胞、黑素细胞、内皮细胞等,因此它是用于科学研究最理想的模型。然而离体皮肤组织最严重的缺点是它的获取和保存,离体皮肤直接从活体上直接取得同时还要考虑伦理问题的限制,因而获取的数量有限另一方面,新鲜采集得到的离体皮肤需要立即送到组织培养实验室,因此严重影响了离体皮肤组织的研究和应用。


  随着目前组织工程学的发展,组织的体外继续培养和冷冻保存技术正在逐步成熟,离体组织的使用仍然有一定的发展前景。