Pertumbuhan organ adalah bidang penelitian terobosan yang bertujuan untuk menumbuhkan organ dan sel manusia yang sehat di laboratorium, untuk ditransplantasikan ke dalam tubuh manusia.
Bidang ini menyimpan janji besar untuk mengobati berbagai penyakit serius, termasuk penyakit kronis, cedera parah, dan kondisi bawaan.

Gagasan menumbuhkan organ manusia di laboratorium telah ada selama bertahun-tahun, tetapi hanya dalam beberapa tahun terakhir terjadi kemajuan signifikan di bidang ini.
Awal perjalanan ditandai dengan upaya menumbuhkan sel tunggal di laboratorium, dan kemudian para ilmuwan maju ke pertumbuhan jaringan sederhana.
Terobosan signifikan dalam rekayasa jaringan terjadi pada tahun 1990-an. Pencetakan 3D sendiri ditemukan pada tahun 1984 (stereolitografi, Charles Hull), dan pencetakan sel hidup (bioprinting) pertama kali didemonstrasikan pada tahun 2003. Kombinasi teknologi ini memungkinkan penciptaan struktur tiga dimensi yang lebih kompleks.

Rekayasa Jaringan:

Teknologi ini berfokus pada pertumbuhan sel manusia di atas perancah tiga dimensi, sambil menciptakan struktur dan fungsi seperti organ. Proses ini dilakukan dalam beberapa tahap:

Pemilihan Sel: Sel manusia yang sesuai diambil dari berbagai sumber, seperti biopsi dari pasien, sel punca, atau sel embrio.
Perbanyakan Sel: Sel berkembang biak di laboratorium dalam kondisi terkendali.
Perancah: Pembuatan perancah tiga dimensi dari bahan biologis atau sintetis, yang berfungsi sebagai dasar pertumbuhan jaringan.
Penaburan: Sel ditempatkan di atas perancah.
Pematangan: Menciptakan kondisi optimal untuk pertumbuhan jaringan, dengan menyediakan nutrisi dan oksigen.
Transplantasi: Setelah jaringan tumbuh dan berkembang secara memadai, jaringan dapat ditransplantasikan ke dalam tubuh pasien.

Rekayasa jaringan memungkinkan pertumbuhan berbagai macam jaringan, di antaranya:

Kulit: Untuk mengobati luka bakar, luka kronis, dan operasi plastik.
Tulang: Untuk mengobati patah tulang, cedera, dan operasi ortopedi.
Otot: Untuk mengobati cedera otot, distrofi otot, dan atrofi otot.
Tulang Rawan: Untuk mengobati radang sendi, cedera tulang rawan, dan operasi ortopedi.
Pembuluh Darah: Untuk mengobati penyakit jantung dan pembuluh darah, transplantasi organ, dan operasi kompleks.

Tantangan utama dalam bidang rekayasa jaringan:

Pembentukan Pembuluh Darah: Pasokan oksigen dan nutrisi ke seluruh bagian jaringan sangat penting untuk keberhasilannya.
Integrasi Saraf: Menciptakan koneksi saraf yang tepat antara jaringan yang ditransplantasikan dan tubuh pasien.
Penolakan Imun: Mencegah penolakan jaringan yang ditransplantasikan oleh sistem kekebalan tubuh.

Pencetakan 3D Organ:

Teknologi terobosan ini memungkinkan pembuatan organ buatan dengan mencetak sel manusia dan bahan biologis. Proses pencetakan dilakukan secara berlapis, menggunakan printer 3D khusus.

Keuntungan Pencetakan 3D:

Presisi: Pembuatan organ dengan struktur yang kompleks dan akurat.
Personalisasi: Pencetakan organ yang disesuaikan dengan pasien, menggunakan selnya sendiri.
Ketersediaan: Potensi untuk meningkatkan pasokan organ yang tersedia untuk transplantasi.

Tantangan utama dalam bidang pencetakan 3D:

Bahan: Pengembangan bahan biologis yang sesuai untuk pencetakan dan fungsi organ yang tepat.
Pembuluh Darah: Pembuatan sistem pembuluh darah yang efisien di dalam organ yang dicetak.
Pematangan: Menciptakan kondisi optimal untuk perkembangan jaringan yang dicetak.

Transplantasi Sel Punca:

Sel punca adalah sel yang tidak berdiferensiasi dengan kemampuan diferensiasi yang tinggi. Sel-sel ini dapat berkembang menjadi berbagai jenis sel, menjadikannya solusi potensial untuk mengobati berbagai penyakit.

Tantangan yang dihadapi bidang ini:

Rekayasa Jaringan Kompleks: Pembuatan organ dengan fungsi penuh, seperti sistem pembuluh darah dan saraf. Sejauh ini, para ilmuwan hanya berhasil menumbuhkan organ yang relatif sederhana, dan masih kekurangan cara untuk membuat organ kompleks dengan fungsi penuh.
Penolakan Imun: Mencegah penolakan organ yang ditransplantasikan oleh sistem kekebalan tubuh. Solusi yang mungkin untuk masalah ini adalah menumbuhkan organ dari sel yang cocok secara genetik dengan pasien, atau menggunakan obat penekan sistem kekebalan.
Janji Etis: Menumbuhkan organ manusia di laboratorium menimbulkan pertanyaan etis yang kompleks, seperti:
- Alokasi Organ: Bagaimana akan ditentukan siapa yang menerima organ yang ditransplantasikan dan siapa yang tetap dalam daftar tunggu?
- Pemasaran Organ: Apakah organ akan tersedia untuk semua orang, atau hanya bagi mereka yang mampu membelinya?
- Penciptaan "Hewan Peliharaan Manusia": Apakah pantas menumbuhkan organ manusia untuk ditransplantasikan ke hewan?

Kemajuan Ilmiah di Bidang Ini:

Dalam beberapa tahun terakhir, telah terjadi kemajuan signifikan dalam bidang pertumbuhan organ. Para ilmuwan berhasil menumbuhkan organ yang relatif sederhana di laboratorium, seperti kandung kemih dan uretra, dan bahkan berhasil mentransplantasikannya ke pasien. Selain itu, kemajuan signifikan telah dicapai dalam pertumbuhan jaringan yang lebih kompleks, seperti jantung dan hati.

Masa Depan Pertumbuhan Organ:

Bidang pertumbuhan organ diperkirakan akan merevolusi bidang kedokteran.
Di masa depan, mungkin akan mungkin untuk menumbuhkan organ dan sel untuk setiap orang di laboratorium, secara personal, dan dengan demikian menyembuhkan penyakit serius serta meningkatkan kualitas hidup jutaan orang di seluruh dunia.

Eksperimen Terobosan di Bidang Ini:

Rekayasa Jaringan:

Tim ilmuwan dari Wake Forest University (dipimpin oleh Dr. Anthony Atala) berhasil menumbuhkan kandung kemih manusia di laboratorium dari sel pasien sendiri dan berhasil mentransplantasikannya ke pasien (2006).
Tim ilmuwan dari Wake Forest Institute for Regenerative Medicine (penelitian dipimpin oleh Dr. Atlantida Raya-Rivera, dilakukan di Mexico City) berhasil menumbuhkan uretra manusia di laboratorium dari sel pasien dan berhasil mentransplantasikannya ke lima anak laki-laki (2011).

Pencetakan 3D Organ:

Tim ilmuwan dari Wyss Institute di Harvard University berhasil mencetak 3D tubulus ginjal manusia yang terhubung ke pembuluh darah, yang meniru fungsi penyerapan ginjal (2019).
Tim ilmuwan dari Tel Aviv University berhasil mencetak 3D jantung manusia kecil seukuran buah ceri, dari sel pasien. Ini hanyalah bukti konsep: sel-sel berkontraksi tetapi jantung belum mampu memompa darah (2019).
Tim ilmuwan dari University of California, Los Angeles (UCLA) berhasil menumbuhkan organoid paru-paru 3D dari sel punca ("paru-paru di piring"), struktur kecil yang meniru kantung udara paru-paru (ini adalah pertumbuhan dari sel, bukan pencetakan 3D).

Transplantasi Sel Punca:

Tim ilmuwan dari Jepang (Riken Institute, dipimpin oleh Dr. Masayo Takahashi) melakukan transplantasi pertama di dunia pada tahun 2014 dari sel yang diturunkan dari sel punca terinduksi (iPS) di mata pasien dengan degenerasi makula terkait usia (AMD). Tujuan percobaan terutama adalah uji keamanan, dan berhasil menghentikan perkembangan kerusakan (tidak terbukti perbaikan penglihatan yang signifikan).
Tim ilmuwan dari Amerika Serikat berhasil mentransplantasikan sel punca ke pasien lumpuh tulang belakang, dengan tujuan meningkatkan fungsi motorik.
Di Amerika Serikat (UCSF, dipimpin oleh Dr. Tippi MacKenzie), uji klinis pertama di dunia dilakukan untuk transplantasi sel punca di rahim pada janin yang menderita talasemia alfa berat, menggunakan sel sumsum tulang ibu. Uji coba (fase 1) menunjukkan keamanan dan kelayakan, tetapi tidak menghasilkan penyembuhan total penyakit.

.
Referensi:

https://newsroom.wakehealth.edu/news-releases/2006/04/wake-forest-physician-reports-first-human-recipients-of-laboratorygrown-organs
https://www.cnbc.com/2016/02/16/wake-forest-university-scientists-print-living-body-parts.html
https://school.wakehealth.edu/research/institutes-and-centers/wake-forest-institute-for-regenerative-medicine
https://healthland.time.com/2011/03/08/scientistis-grow-a-new-urethra-and-possibly-many-other-human-organs-in-the-lab/
https://www.ynet.co.il/articles/0,7340,L-5494600,00.html
https://wyss.harvard.edu/news/a-step-forward-in-building-functional-human-tissues/
https://news.harvard.edu/gazette/story/2019/03/harvard-scientists-bioprint-3-d-kidney-tubules/
https://www.ft.com/content/5bb992ca-5390-11e4-929b-00144feab7de
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9537826/