Apa itu bioprinting?

Ada banyak minat pers tentang konsep penggunaan pencetakan 3D untuk membuat jaringan hidup, terutama organ yang dapat ditransplantasikan. Tapi bagaimana teknologi baru ini, yang disebut 'bioprinting', benar-benar bekerja?

Secara sederhana, bioprinting adalah praktik menggunakan teknologi pencetakan 3D untuk menghasilkan struktur sel organik daripada bagian plastik atau logam. Hal ini memungkinkan untuk mencetak jaringan fungsional, yang kemudian dapat digunakan dalam penelitian medis, atau untuk tujuan transplantasi. Dalam jangka panjang, seiring berkembangnya teknologi, alat ini memang dapat digunakan untuk mencetak organ fungsional, berdasarkan sel pasien transplantasi itu sendiri sehingga berpotensi menghilangkan risiko penolakan organ.

Seperti pencetakan 3D 'konvensional', bioprinting bekerja dengan membangun struktur lapis demi lapis di atas alas pencetakan. Namun, karena prosesnya melibatkan bekerja dengan jaringan hidup daripada logam dan plastik, pada dasarnya berbeda dalam beberapa hal. Mari kita lihat secara detail…

Bagaimana cara kerjanya?

Semua proyek bioprinting dimulai dengan model 3D dari bagian yang perlu dibuat. Ini dapat dihasilkan melalui CT scan atau MRI dari bagian tubuh nyata, atau dibuat dari awal melalui pemodelan 3D. Model kemudian perlu diterjemahkan ke dalam bentuk yang dapat berhasil dicetak secara biologis, yang berarti arsitektur jaringan harus ditetapkan. Oleh karena itu, sel-sel yang sesuai diisolasi dan ditangkap (dari jaringan asli, jika mungkin) dalam larutan khusus yang akan membuatnya tetap hidup dan teroksigenasi, siap untuk dicetak. Solusi yang dapat dicetak ini dikenal sebagai 'bioinks'. Karena regenerasi jaringan memerlukan penggunaan 'scaffolds' (pendukung fisik yang dibutuhkan sel untuk tumbuh), beberapa tinta semacam itu biasanya diperlukan untuk proyek bioprinting, yang membuat printer multi-material menjadi kebutuhan. Perancah ini dapat dianggap sebagai mitra dari struktur pendukung pencetakan 3D konvensional.

Sejumlah teknologi berbeda dapat digunakan untuk mengubah bioink ini menjadi jaringan hidup. Teknik bioprinting paling awal menggunakan pendekatan gaya inkjet (lebih lanjut tentang itu nanti), tetapi printer berbasis stereolitografi dan ekstrusi juga telah berhasil digunakan. Terlepas dari teknologi yang digunakan, proses pencetakan harus akrab bagi setiap profesional AM:printer membangun lapisan bahan yang dipilih di atas alas pencetakan hingga seluruh model 3D dihidupkan.

Akhirnya, setelah pencetakan selesai, beberapa pasca-pemrosesan diperlukan untuk menjaga integritas jaringan, karena sel-sel yang baru dicetak tidak akan langsung terhubung seperti halnya dengan plastik atau logam yang dicetak. Ini biasanya melibatkan simulasi mekanis atau kimia yang memicu remodeling dan pertumbuhan jaringan. Contoh yang lebih canggih melibatkan penggunaan 'bioreaktor' untuk mendorong pertumbuhan dan vaskularisasi (yaitu perkembangan pembuluh darah) jaringan.

Video berikut memberikan gambaran yang baik tentang proses bioprinting:

Pionir dan pemimpin industri Bioprinting

Printer 3D yang dirancang untuk mencetak jaringan dengan cara ini biasanya disebut sebagai 'bioprinter'. Bioprinter pertama yang bekerja diresmikan oleh Profesor Makoto Nakamura dari Universitas Toyama, yang memamerkan kemampuannya dengan mencetak tabung biologis, mirip dengan pembuluh darah. Seperti disebutkan di atas, ini menggunakan pendekatan pencetakan berbasis inkjet (sebenarnya, prototipe pertama didasarkan pada printer Epson yang dimodifikasi!). Profesor Nakamura sejak itu melanjutkan penelitiannya tentang aplikasi potensial dari bioprinting.

Organovo adalah pemimpin lain di bidang bioprinting, dan telah bekerja dengan perusahaan mitra mereka, Invetech, untuk menghadirkan bioprinter komersial yang layak:NovoGen MMX. Pendekatan Organovo untuk mencetak jaringan melibatkan printer multi-kepala yang dirancang khusus, dengan kepala cetak terpisah untuk sel jantung, sel endotel, dan 'kertas biologis' kolagen yang bertindak sebagai perancah.

Teknologi ini juga menarik perhatian militer AS, yang telah berinvestasi dalam penelitian apakah bioprinting dapat digunakan untuk merawat tentara yang terluka. Institut Kedokteran Regeneratif Angkatan Bersenjata (AFIRM) didirikan pada tahun 2008 untuk memimpin di bidang ini, dengan universitas, peneliti, dan ilmuwan militer bekerja sama sebagai bagian dari perjanjian kerja sama.

Di Jerman, Institut Fraunhofer sedang melakukan penelitian berkelanjutan dalam pencetakan seluruh organ, baik untuk tujuan transplantasi dan untuk menghilangkan kebutuhan pengujian hewan di lingkungan penelitian. Secara khusus, para peneliti mereka telah membuat langkah besar dalam vaskularisasi jaringan bioprinted, bekerja sama dengan proyek ArtiVasc 3D untuk membuat pembuluh darah cetak 3D yang akan memasok jaringan dengan nutrisi dengan cara yang sama seperti tubuh yang hidup.

Seperti teknologi pencetakan 3D lainnya, bioprinting telah memiliki spesialis materialnya sendiri, yang fokus pada pengembangan bioink yang canggih. Celllink Swedia, misalnya, dengan cepat memantapkan diri sebagai pemimpin industri dalam hal ini dengan menawarkan rangkaian lengkap bioink yang dibuat sendiri, bersama dengan teknologi yang diperlukan untuk menggunakannya.

Apa selanjutnya?

Sementara manfaat potensial yang dapat ditawarkan oleh bioprinting tentu saja telah menangkap imajinasi publik, seperti halnya teknologi baru, akan membutuhkan waktu untuk matang dan memantapkan dirinya. Kami berharap bioprinting mengikuti jalur yang sama dengan yang diambil oleh industri manufaktur aditif yang baru lahir. Karena teknologi semakin banyak digunakan dalam pengaturan 'dunia nyata', keberhasilan awal akan membantunya membangun ceruk yang ideal. Pada titik itu, fokusnya akan beralih ke penetapan proses dan alat pelengkap yang akan mengoptimalkan kinerjanya.

Pada saat itu, para ilmuwan, dokter dan pasien (bersama dengan industri lain di mana bioprinting belum mengungkapkan aplikasi potensialnya) akan mulai melihat manfaat penuh dari teknologi tersebut. Perjalanan ke sana tentu akan panjang dan rumit, tapi kami berharap manfaatnya sangat besar.