Ilmuwan Ciptakan Jaringan Paru-Paru Hidup dari Hasil Cetak 3D

Para peneliti di UBC Okanagan telah mengembangkan model biocetak 3D yang sangat meniru kompleksitas jaringan paru-paru alami – sebuah inovasi yang dapat mengubah cara para ilmuwan mempelajari penyakit paru-paru dan mengembangkan pengobatan baru.

Irving K. Barber, Associate Professor Fakultas Sains Dr. Emmanuel Osei mengatakan model tersebut menghasilkan jaringan yang sangat menyerupai kompleksitas paru-paru manusia, yang dapat meningkatkan pengujian penyakit pernapasan dan pengembangan obat.

"Untuk melakukan penelitian dan pengujian yang perlu kami lakukan, yaitu mempelajari mekanisme penyakit paru-paru kompleks untuk akhirnya menemukan target obat baru, kami perlu mampu menciptakan model yang sebanding dengan jaringan manusia," ujarnya.

Tim peneliti menggunakan biotinta yang terbuat dari gelatin yang dimodifikasi polimer fotosensitif dan polimer yang disebut polietilenglikol diakrilat untuk mencetak 3D hidrogel yang berisi beberapa jenis sel dan saluran guna menciptakan kembali struktur pembuluh darah saluran napas manusia.

Setelah dicetak, hidrogel berperilaku seperti struktur mekanis kompleks jaringan paru-paru, meningkatkan cara kita mempelajari bagaimana sel merespons rangsangan.

"Tujuan kami adalah menciptakan model saluran napas manusia in vitro yang lebih relevan secara fisiologis," ujar Dr. Osei, yang juga bekerja di Pusat Inovasi Jantung dan Paru-paru UBC. "Dengan mengintegrasikan komponen vaskular, kami dapat memodelkan lingkungan paru-paru dengan lebih baik, yang sangat penting untuk mempelajari penyakit dan menguji obat-obatan."

Dr. Osei menjelaskan bahwa ketika seseorang didiagnosis menderita kanker paru-paru, seorang ahli bedah - dengan persetujuan pasien - dapat mengangkat area yang terkena bersama dengan beberapa jaringan paru-paru normal dan menyumbangkan sampel ini kepada para peneliti.

"Namun, seorang peneliti tidak memiliki kendali atas berapa banyak jaringan yang mereka terima," jelasnya. "Terkadang, mungkin hanya sepotong kecil jaringan yang dibawa ke laboratorium dan diolah dengan berbagai bahan kimia untuk pengujian. Kini, dengan bioprinting 3D, kami dapat mengisolasi sel dari jaringan donor ini dan berpotensi menciptakan kembali jaringan tambahan serta sampel uji untuk melakukan penelitian di laboratorium kami tanpa bergantung pada sampel donor baru."

Banyak penyakit paru-paru yang saat ini tidak dapat disembuhkan, termasuk penyakit paru obstruktif kronik (PPOK), asma, fibrosis paru idiopatik, dan kanker, ujar Dr. Osei. Kemampuan untuk menciptakan model pengujian merupakan langkah maju yang signifikan dalam penelitian dan pengembangan obat untuk penyakit pernapasan.

Penelitian ini, yang diterbitkan dalam jurnal Bioteknologi dan Bioteknologi bekerja sama dengan Mitacs dan didukung oleh Providence Health Care, merupakan langkah maju dalam memahami berbagai aspek penyakit paru-paru seperti jaringan parut dan peradangan dan dapat mengarah pada penyembuhan berbagai penyakit di masa depan.

Makalah tersebut menguraikan pengujian termasuk memaparkan model 3D biocetak ke ekstrak asap rokok, yang memungkinkan para peneliti mengamati peningkatan sitokin pro-inflamasi, penanda respons inflamasi jaringan paru-paru terhadap nikotin.

"Fakta bahwa kami mampu menciptakan model ini dan kemudian menggunakan pemicu spesifik, seperti asap rokok, untuk menunjukkan bagaimana model tersebut merespons dan meniru berbagai aspek penyakit paru-paru merupakan langkah maju yang signifikan dalam memahami mekanisme kompleks penyakit paru-paru dan akan membantu kita memahami cara mengobatinya," ujar Dr. Osei.

Model kami memang kompleks, tetapi berkat reproduktifitas dan sifat optimal bioprinting, model ini dapat diadaptasi dengan menambahkan jenis sel tambahan atau sel yang berasal dari pasien tertentu, menjadikannya alat yang ampuh untuk pengobatan personal dan pemodelan penyakit.

Dr. Osei mencatat bahwa melanjutkan pekerjaan ini menempatkan tim penelitiannya dalam posisi unik untuk berkolaborasi dengan rekan-rekan dari organisasi seperti Immunobiology Eminence Research Excellence Cluster UBC, perusahaan bioteknologi, dan siapa pun yang tertarik dalam mengembangkan model bioartifisial.