Tim ilmuwan Carnegie Mellon University, Amerika Serikat, pekan lalu mempublikasikan hasil penelitiannya dalam jurnal Science tentang teknik baru mencetak perancah kolagen-protein penting dalam tubuh-menggunakan printer tiga dimensi (3D). Ini langkah besar menuju pemodelan organ buatan dalam skala sebenarnya.
Teknik yang disebut Freeform Reversible Embedding of Suspended Hydrogels (FRESH) ini memungkinkan para ilmuwan mengatasi berbagai masalah yang ada pada metode cetak 3D saat ini. Misalnya, kini mereka dapat membuat model organ tubuh dengan resolusi tinggi menggunakan jaringan hidup.
Setiap organ tubuh manusia, salah satunya jantung, terbuat dari sel khusus yang disatukan perancah hayati, yang disebut matriks ekstraseluler atau extracellular matrix (ECM). Jaringan protein ECM menyediakan sinyal biokimia yang dibutuhkan sel agar dapat berfungsi normal. Sayangnya, para ilmuwan belum mampu membuat ECM yang sangat rumit itu menggunakan metode biofabrikasi.
"Apa yang telah kami lakukan adalah mencetak bagian-bagian jantung dari sel dan kolagen menjadi satu bagian utuh yang dapat berfungsi dengan sempurna, seperti katup jantung dan rongga kecil jantung yang berdetak," kata Adam Feinberg, profesor biomedical di Carnegie Mellon.
Feinberg menambahkan, dengan data pencitraan resonansi magnetik atau MRI dari jantung manusia, ia dan timnya mampu secara akurat membuat struktur organ pasien. "Juga struktur 3D kolagen bioprinting dan sel jantung manusia."
Lebih dari 4.000 pasien di Amerika Serikat membutuhkan transplantasi jantung. Secara global, jutaan orang menanti tersedianya jantung untuk dicangkokkan. Sayangnya, jumlah donor jantung yang sangat vital itu tak mencukupi, bahkan kadang tak tersedia sama sekali.
Kebutuhan organ penting ini sangat besar. Terobosan baru di bidang sains sangat dibutuhkan, terutama yang dapat memperbaiki, menambah, atau menggantikan organ secara utuh yang bisa berfungsi dengan baik untuk periode waktu yang cukup lama. Di sinilah eksperimen Feinberg ditantang untuk dapat membuat organ tubuh manusia yang bisa menggantikan fungsi organ aslinya dengan teknik FRESH.
"Kolagen adalah biomaterial yang tepat untuk dicetak dengan printer 3D. Sebab, secara harfiah, biomaterial membentuk setiap jaringan dalam tubuh Anda," kata Andrew Hudson, penulis pendamping penelitian ini. "Tantangannya adalah kolagen awalnya berbentuk cairan. Jadi, ketika kami mencoba mencetak dalam bentuk 3D, ia tak akan membentuk apa pun. Teknik kami dapat membuat hal itu terjadi."
Teknik FRESH 3D bioprinting, yang dikembangkan di laboratorium tempat Feinberg bekerja, memungkinkan kolagen dicetak lapis demi lapis menggunakan gel khusus. Dengan begitu, kolagen akan mengeras sebelum dipindahkan dari printer.
Dengan FRESH, gel pendukung yang membuat kolagen cepat mengeras dapat dengan mudah dilepaskan dengan cara dipanaskan dari suhu ruang ke suhu tubuh setelah proses pencetakan selesai. Jadi, para peneliti dapat melepaskan gel tanpa merusak struktur organ yang terbuat dari kolagen atau sel.
Metode ini memungkinkan para ilmuwan mencetak perancah kolagen dalam format 3D dalam ukuran persis sama dengan organ aslinya. Bukan hanya kolagen yang bisa dicetak dengan teknik FRESH, melainkan juga fibrin, alginat, dan asam hialuronat.
Hal yang menarik, para ilmuwan tak menutup-nutupi atau merahasiakan cara kerja teknik FRESH ini. Mereka berharap setiap orang, dari laboratorium medis mana pun, bisa membuat organ tubuh penting dengan biaya lebih murah berkat penggunaan 3D bioprinter dengan performa tinggi.
SCIENCEDAILY | PINIMG.COM | CMU | FIRMAN ATMAKUSUMA
Penggunaan Bioprinter 3D di Bidang Medis
Printer 3D sudah banyak digunakan di bidang medis. Ada yang sudah dapat diterapkan, ada pula yang masih dalam tahap uji coba. Yang terbaru, ditemukan cara untuk membuat organ tubuh vital, misalnya jantung, dari jaringan sel hidup yang berfungsi layaknya jantung asli.
IMPLAN
Dengan printer 3D, telinga artifisial dapat dibuat berkat tinta sel hidup. Teknologi printer 3D juga digunakan untuk membuat bebat hidup yang dapat menopang trakea pada bayi.
PEMBULUH DARAH
Para peneliti dapat mendesain dan mencetak pembuluh darah selangkah ke depan untuk menciptakan organ tubuh manusia yang berfungsi dengan sempurna.
ORGAN TUBUH
Saat ini, para ilmuwan telah berhasil membuat berbagai jaringan tubuh dan organ mikro untuk menentukan jenis obat yang cocok. Namun 3D printing yang digunakan untuk menggantikan organ tubuh yang berfungsi normal masih dalam tahap uji coba.
PROSTETIK
Printer 3D dapat digunakan untuk membuat bagian tubuh yang terpaksa harus diamputasi, solusi lebih murah untuk negara berkembang.
LAPISAN KULIT
Para ilmuwan sedang mengembangkan teknik untuk mencetak sel kulit yang akan menggantikan kulit yang cedera akibat luka bakar.
OBAT-OBATAN
Printer 3D kini sedang dikembangkan untuk membuat bahan organik dan kimia yang dapat digunakan sebagai bahan obat yang disesuaikan dengan kebutuhan pasien. Alat-alat laboratorium juga dapat dibuat dengan cepat dan biaya rendah untuk menggantikan peralatan yang dibuat secara tradisional.
ORTOPEDI
Anggota tubuh yang patah kini dapat diganti dengan hasil cetakan printer 3D. Bagian tubuh seperti lutut dan pinggul juga dapat diganti dan diperbaiki. Selain membuat implan, para ilmuwan sedang memikirkan cara membuat tulang yang sama kuatnya dengan tulang asli.
PERALATAN MEDIS
Printer 3D dapat mengurangi ongkos dan waktu yang dibutuhkan untuk membuat purwarupa dan peralatan medis yang dipesan khusus.
ORTODONTIK
Di dunia kedokteran gigi, printer 3D sudah sering dipakai untuk mencetak behel gigi transparan invisalign.
ALAT BEDAH
Petunjuk pembedahan operasi organ tubuh pasien dicetak dengan printer 3D untuk memastikan ukuran dan bentuknya persis sama dengan organ yang akan digantikan.
