Toko Tubuh Manusia

Satu dekade dari sekarang, dan seorang pria tua mendapat kabar buruk bahwa jantungnya cepat membusuk dan ventrikel kiri—ruang yang memeras darah ke tubuh—perlu diganti. Dokternya mengambil biopsi dari sel-sel jantung yang masih sehat dan mengirimkan jaringan tersebut ke laboratorium yang benar-benar merupakan pabrik organ. Di sana, pekerja menggunakan sel pasien sendiri dan polimer khusus untuk membuat dan menumbuhkan suku cadang pengganti yang disertifikasi oleh pabrikan asli. Dalam tiga bulan, ventrikel baru dibekukan, dikemas dan dikirim ke rumah sakit, di mana pasien menjalani prosedur bedah standar: penyisipan implan hidup yang dibuat dari jaringannya sendiri. Operasi menyelamatkan hidupnya.



Belum lama ini, gagasan merancang dan menumbuhkan bagian tubuh pengganti yang hidup—proses yang sekarang dikenal sebagai rekayasa jaringan—tampak murni fantasi. Tetapi para peneliti di bidang bioteknologi yakin bahwa harinya akan tiba ketika skenario seperti di atas akan menjadi nyata dan biasa, berkat kemajuan yang dibuat dalam dekade terakhir dalam biomaterial yang kompatibel dengan sel hidup dan budidaya jaringan baru, dan sejauh ini pemahaman yang lebih baik tentang bagaimana sel sebenarnya berperilaku. Pertanyaan satu-satunya adalah kapan? Beberapa memperkirakan bahwa dalam 20 tahun, mungkin lebih cepat, ventrikel pengganti, kandung kemih, dan sejenisnya akan tersedia. Namun, untuk organ kompleks seperti paru-paru, dibutuhkan waktu hingga pertengahan abad.

Sebuah Lari Pada Organ





Untuk pasien yang sakit, terobosan dalam organ yang direkayasa jaringan tidak bisa segera datang. Kekurangan organ donor terkenal. Pada tahun 1999 (tahun terakhir dimana data lengkap tersedia) ada lebih dari 72.000 orang di Amerika Serikat saja dalam daftar tunggu transplantasi, menurut statistik dari United Network for Organ Sharing. Pada akhir tahun, lebih dari 6.100 orang telah meninggal menunggu.

Lusinan kelompok di industri dan akademisi berharap untuk mencegah kematian tersebut, bekerja pada teknik untuk membuat organ baru dari sel dari embrio, mayat atau pasien itu sendiri, dikombinasikan dengan biomaterial khusus. Sebagian besar pekerjaan saat ini di bidang komersial berfokus pada jaringan, katup, dan komponen organ lainnya ( lihat Teknik Jaringan di Industri di bawah ini ). Sudah, ada beberapa produk rekayasa jaringan di pasar - implan dan tambalan kulit, tulang, dan tulang rawan - keberhasilan pertama di bidang muda.

Michael Ehrenreich, presiden Techvest, sebuah perusahaan investasi berbasis di New York yang mengikuti dengan cermat sektor biotek, merasa pencapaian seperti itu hanyalah indikasi dari apa yang akan datang, dan dia blak-blakan tentang di mana rekayasa jaringan sekarang. Kulit. Masalah besar. Ini adalah bukti konsep, kata Ehrenreich. Pada akhirnya, banyak dari kita akan mati karena semacam kegagalan organ. Itulah yang akan mendorong pasar ini. Dan belum ada yang benar-benar menangani organ vaskularisasi.



Ehrenreich telah menyinggung salah satu masalah yang lebih menjengkelkan yang dihadapi insinyur jaringan: sebagian besar organ membutuhkan pembuluh darah mereka sendiri, atau jaringan pembuluh darah, untuk mendapatkan nutrisi yang mereka butuhkan untuk bertahan hidup dan untuk melakukan fungsi yang dimaksudkan. Jadi sebelum peneliti dapat membangun organ berukuran penuh, seperti hati, katakanlah, atau satu set paru-paru, mereka harus belajar membuat pembuluh darah.

Rekayasa Jaringan di Industri

Garis keturunan



Kemajuan penting di bidang itu datang dua tahun lalu, ketika insinyur biomedis MIT Robert Langer dan Laura Niklason (sekarang di Duke University Medical Center) menumbuhkan seluruh pembuluh darah dari beberapa sel yang dikumpulkan dari babi. Niklason, yang memimpin upaya dan melakukan banyak pekerjaan selama bertugas di lab Langer, memulai dengan mengambil biopsi kecil dari arteri karotis babi mini berusia enam bulan. Dia mengisolasi sel otot polos dari setiap sampel jaringan dan menggunakan sel-sel itu untuk menyemai permukaan luar perancah tubular yang terbuat dari polimer biodegradable yang digunakan dalam jahitan. Selanjutnya, Niklason membiakkan setiap bejana baru dalam ruang pertumbuhan khusus yang disebut bioreaktor. Bioreaktor adalah standar dalam rekayasa jaringan, tetapi dalam hal ini ada perubahan.

Seperti yang dijelaskan Langer, Yang kami lakukan adalah menyiapkan pompa kecil yang berdetak seperti jantung dan menghubungkannya ke pembuluh darah buatan. Para peneliti menemukan bahwa denyut mendorong sel-sel otot untuk bermigrasi ke dalam, membungkus fragmen mikroskopis dari polimer, dan akhirnya membuat pembuluh darah lebih kuat. Setelah menumbuhkan pembuluh darah di lingkungan yang berdenyut selama beberapa minggu, mereka menambahkan sel endotel—sel tipis dan rata yang melapisi bagian dalam banyak jaringan, termasuk pembuluh darah—ke permukaan bagian dalamnya, dan menumbuhkannya selama beberapa hari lagi.

atajurt kazakh hak asasi manusia

Perubahan tunggal itu benar-benar mengubah segalanya, kata Langer. Kami sebenarnya bisa membuat pembuluh darah yang terlihat seperti pembuluh darah asli. Mereka juga berfungsi seperti pembuluh darah asli, tetap terbuka dan bebas gumpalan selama beberapa minggu ketika para peneliti mencangkoknya ke dalam arteri besar di kaki babi. Kunci untuk membuatnya bekerja adalah meniru apa yang dilakukan tubuh dengan menumbuhkan pembuluh darah di lingkungan yang berdenyut seperti halnya sistem peredaran darah yang sebenarnya, kata Langer.

Kandung Kemih Beagle dan Hati Manusia

Bahkan tanpa teknologi untuk membangun sistem vaskular yang luas, satu organ yang direkayasa jaringan telah berhasil mencapai hampir semua percobaan manusia: kandung kemih. Anthony Atala, seorang ahli urologi dan direktur teknik jaringan di Rumah Sakit Anak, Boston, memutuskan untuk mencoba membangun kandung kemih sebagian karena tampaknya organ yang paling mudah untuk memulai. Dalam pekerjaan penting yang dilakukan pada akhir 1990-an, tim Atala membangun kandung kemih baru untuk enam anjing beagle. Para peneliti memulai dengan mengambil biopsi satu sentimeter persegi dari kandung kemih alami masing-masing anjing, mengisolasi sel-sel lapisan dan sel-sel otot dari biopsi, dan mengkultur setiap jenis sel secara terpisah.

Setelah sebulan, tim Atala telah menumbuhkan cukup sel-300 juta dari setiap jenis-untuk membangun kandung kemih buatan. Mereka menggunakan sel-sel otot untuk melapisi bagian luar perancah polimer berbentuk kandung kemih, dan sel-sel pelapis untuk menutupi bagian dalam. Para peneliti menanamkan setiap kandung kemih baru ke dalam seekor anjing setelah mengeluarkan kandung kemih anjing itu sendiri. Para peneliti menemukan bahwa tidak hanya pembuluh darah dari jaringan di sekitarnya yang tumbuh ke dalam kandung kemih yang direkayasa jaringan dan menjaga jaringannya tetap sehat, tetapi anjing juga memiliki kapasitas kandung kemih yang hampir sama dengan anjing dengan peralatan asli.

Pekerjaan awal berjalan sangat baik sehingga Curis yang berbasis di Atala dan Cambridge, MA berharap untuk memulai tes pertama kandung kemih baru pada manusia sekitar tahun ini. Tetap saja, Atala realistis tentang apa yang sudah dia capai. Untuk satu hal, dia belum menjawab pertanyaan tentang berapa lama kandung kemih yang direkayasa secara biologis akan bertahan. Dengan kandung kemih, itu akan memakan waktu beberapa tahun sampai kita tahu apa hasil jangka panjangnya, jelasnya. Kami tentu memiliki sejarah yang baik dengan kulit. Dua puluh tahun kemudian kami tahu itu baik-baik saja. Dengan tulang rawan di lutut, kami memiliki sejarah empat atau lima tahun sejak pertama kali ditempatkan pada pasien. Tetapi dengan kandung kemih, kata Atala, Kami tidak tahu.

Sementara itu, laboratorium Atala telah mulai menangani ginjal dan telah membangun unit mirip ginjal kecil yang mampu memproduksi urin. Namun, mengingat ginjal adalah struktur yang sangat kompleks yang mencakup sebanyak 20 jenis sel yang berbeda, para peneliti harus menyelesaikan banyak rintangan teknis sebelum membuat organ berukuran penuh untuk hampir 48.000 orang yang menunggu dalam daftar transplantasi ginjal di Amerika Serikat saja. .

Merekayasa jaringan hati juga akan menjadi tugas yang berat, tetapi ada beberapa alasan untuk percaya bahwa langkah nyata ke arah itu akan dilakukan dalam waktu yang tidak terlalu lama. Untuk satu hal, jantung terdiri dari kurang dari 10 jenis sel yang berbeda. Mungkin yang lebih penting, ada dua konsorsium penelitian besar yang menargetkan organ tersebut. Salah satunya adalah inisiatif LIFE (untuk Implan Hidup dari Teknik), dimulai pada tahun 1998 dan dikoordinasikan oleh Michael Sefton dari Universitas Toronto, dengan bantuan komite pengarah yang mencakup Vacanti dari Rumah Sakit Umum Massachusetts dan Langer dari MIT. Inisiatif ini telah mengumpulkan 60 peneliti akademis dan pemerintah dari Amerika Utara, Eropa, dan Jepang untuk mengerjakan pompa kritis tubuh. Kata Sefton, Jika kita bisa menyelesaikan jantung, maka organ lain akan mengikuti.

Sefton dengan mudah mengakui bahwa proyek sebesar membangun hati, di hadapannya, konyol. Namun, dia percaya bahwa dengan memecah pekerjaan menjadi tugas-tugas komponen-mengisolasi sel-sel otot jantung manusia, katakanlah, atau membangun perancah fleksibel untuk mendukung sel-sel itu-sebuah konsorsium peneliti akan dapat mewujudkannya.

Model itu juga sedang diuji, kata Sefton, dalam kolaborasi universitas/industri yang dipimpin oleh University of Washington. Dibiayai oleh hibah $ 10 juta dari National Institutes of Health dan termasuk lebih dari 40 peneliti, proyek University of Washington telah memecah usahanya menjadi serangkaian tujuan. Yang pertama adalah membuat tambalan rekayasa jaringan yang dapat dicangkokkan ke jantung yang rusak. Jangka panjang, para peneliti berharap untuk membangun ventrikel kiri implan, tujuan Sefton melihat sebagai mini-moonshot yang dapat dicapai dalam dekade. Tetapi jantung bioengineered yang berfungsi penuh, kata Sefton, kemungkinan akan menelan biaya miliaran dolar - dan baik inisiatif LIFE maupun University of Washington belum mengumpulkan uang sebanyak itu.

Langsung dari Pabrik

Pada akhirnya, metode apa pun untuk membangun organ manusia baru harus mendapat persetujuan dari Badan Pengawas Obat dan Makanan AS. Dan itu berarti pembuat organ akan membutuhkan proses manufaktur standar yang dapat direproduksi, kata bioengineer MIT Linda Griffith. Untuk mencapai tujuan itu, Griffith dan rekan-rekannya telah beralih ke perangkat yang ditemukan oleh insinyur MIT Emanuel Sachs dan digunakan untuk pembuatan prototipe cepat dan pembuatan berbagai suku cadang dan alat: printer bubuk tiga dimensi, atau mesin 3DP.

Mesin membangun bentuk kompleks lapis demi lapis, berdasarkan file komputer yang mampu menggambarkan objek sebagai serangkaian irisan horizontal. Sebuah rol mendorong lapisan tipis bubuk melintasi pelat dasar datar yang bertumpu di atas piston. Selanjutnya, kepala printer inkjet mendistribusikan lem, atau pengikat, untuk memadatkan bubuk hanya jika cetak biru untuk irisan itu membutuhkan bahan padat. Piston kemudian menurunkan pelat dengan ketebalan lapisan, dan prosesnya dimulai lagi. Ketika semua lapisan telah dicetak, objek baru dapat dikeluarkan dari mesin, dan bubuk berlebih akan hilang.

Dengan mengadaptasi printer untuk menggunakan bubuk polimer, beberapa kepala cetak dan pengikat khusus, Griffith dan kolaboratornya menciptakan alat yang mampu memproduksi perancah polimer secara massal untuk jaringan dan organ baru. Printer tidak hanya memungkinkan para peneliti untuk mengontrol bentuk perancah dengan presisi tinggi, tetapi juga memungkinkan mereka untuk membuat modifikasi kimia pada permukaan struktur yang membantu memberi tahu berbagai jenis sel dengan tepat di mana dan bagaimana mereka harus tumbuh.

Hanya kontrol halus semacam itu yang dapat membantu insinyur jaringan menaklukkan organ yang paling rumit sekalipun. Memang, Griffith sekarang-bersama dengan Vacanti dan Therics yang berbasis di Princeton, NJ-mencari cara untuk memproduksi hati dan organ lain dengan pencetakan tiga dimensi. Griffith sudah tahu banyak tentang menumbuhkan jaringan hati; dia mengerjakan detailnya sambil memimpin upaya untuk mengembangkan detektor senjata biologis berbasis sel hati untuk Badan Proyek Penelitian Lanjutan Pertahanan AS. Harapannya adalah bahwa pengetahuan ilmiah, dikombinasikan dengan teknologi pencetakan tiga dimensi, akan memungkinkan pembuatan hati untuk implantasi.

Jika semuanya berjalan sesuai harapan Griffith, Vacanti dan rekan-rekan mereka, mesin manufaktur suatu hari nanti bisa bersenandung di pabrik organ bersertifikat FDA. Terlalu dini untuk mengetahui apakah pabrik-pabrik itu akan mengeluarkan seluruh organ di lokasi, atau apakah mereka malah akan memproduksi dan mengirimkan struktur perancah yang rumit di mana dokter akan menumbuhkan sel pasien sendiri, tepat di rumah sakit. Tetapi pendekatan mana pun, jika berhasil, menjanjikan satu hal: diakhirinya daftar tunggu transplantasi.

Perusahaan Lokasi Produk
di saluran pipa
Ilmu Jaringan Tingkat Lanjut La Jolla, CA

Kulit (TransCyte, Dermagraft); tulang rawan, ligamen dan tendon; pembuluh darah dan katup jantung

Bedah Bio Genzim Cambridge, MA Sel tulang rawan; cangkok tulang rawan (Carticel II)
CryoLife Kennesaw, GA Katup jantung dan pembuluh darah; ligamen
Anda peduli Cambridge, MA Gel tulang rawan untuk mencegah refluks urin (Chondrogel); kandung kemih
sel hidup Branchburg, NJ Kulit (AlloDerm); pembuluh darah; ligamen dan tendon
Organogenesis Kanton, MA Kulit (Apligraf, Vitrix); pembuluh darah
bersembunyi

Teknologi Aktual

Kategori

Tidak Dikategorikan

Teknologi

Bioteknologi

Kebijakan Teknologi

Perubahan Iklim

Manusia Dan Teknologi

Bukit Silikon

Komputasi

Majalah Berita Mit

Kecerdasan Buatan

Ruang Angkasa

Kota Pintar

Blockchain

Cerita Fitur

Profil Alumni

Koneksi Alumni

Fitur Berita Mit

1865

Pandangan Ku

77 Jalan Massal

Temui Penulisnya

Profil Dalam Kemurahan Hati

Terlihat Di Kampus

Surat Alumni

Berita

Pemilu 2020

Dengan Indeks

Di Bawah Kubah

Pemadam Kebakaran

Cerita Tak Terbatas

Proyek Teknologi Pandemi

Dari Presiden

Sampul Cerita

Galeri Foto

Direkomendasikan