Kemampuan tubuh manusia untuk meregenerasi jaringan dan organ sangat tidak efisien, dan kehilangan jaringan dan organ manusia dapat terjadi dengan mudah karena hal-hal seperti cacat bawaan, penyakit, dan trauma mendadak. Ketika jaringan mati (disebut nekrosis), jaringan tidak dapat dihidupkan kembali — jika tidak diangkat atau diperbaiki dapat memengaruhi area lain dari tubuh, seperti jaringan, organ, tulang, dan kulit di sekitarnya.
Di sinilah rekayasa jaringan berguna. Dengan menggunakan biomaterial (materi yang berinteraksi dengan sistem biologis tubuh seperti sel dan molekul aktif), jaringan fungsional dapat dibuat untuk membantu memulihkan, memperbaiki, atau mengganti jaringan dan organ manusia yang rusak.
Gambar Cavan / Getty ImagesSejarah Singkat
Rekayasa jaringan adalah bidang kedokteran yang relatif baru, dengan penelitian baru dimulai pada 1980-an. Seorang ahli biologi dan ilmuwan Amerika bernama Yuan-Cheng Fung mengajukan proposal ke National Science Foundation (NSF) untuk sebuah pusat penelitian yang akan didedikasikan untuk jaringan hidup. Fung mengambil konsep jaringan manusia dan mengembangkannya untuk diterapkan pada organisme hidup apa pun antara sel dan organ.
Berdasarkan proposal tersebut, NSF melabeli istilah “rekayasa jaringan” dalam upaya membentuk bidang baru penelitian ilmiah. Hal ini menyebabkan terbentuknya The Tissue Engineering Society (TES), yang kemudian menjadi Tissue Engineering and Regenerative Medicine International Society (TERMIS).
TERMIS mempromosikan pendidikan dan penelitian di bidang teknik jaringan dan pengobatan regeneratif. Pengobatan regeneratif mengacu pada bidang yang lebih luas yang berfokus pada rekayasa jaringan serta kemampuan tubuh manusia untuk menyembuhkan dirinya sendiri guna memulihkan fungsi normal jaringan, organ, dan sel manusia.
Tujuan Rekayasa Jaringan
Rekayasa jaringan memiliki beberapa fungsi utama dalam pengobatan dan penelitian: membantu perbaikan jaringan atau organ termasuk perbaikan tulang (jaringan terkalsifikasi), jaringan tulang rawan, jaringan jantung, jaringan pankreas, dan jaringan pembuluh darah. Bidang ini juga melakukan penelitian tentang perilaku sel punca. Sel induk dapat berkembang menjadi berbagai jenis sel dan dapat membantu memperbaiki area tubuh.
Bidang rekayasa jaringan memungkinkan peneliti membuat model untuk mempelajari berbagai penyakit, seperti kanker dan penyakit jantung.
Sifat 3D dari rekayasa jaringan memungkinkan arsitektur tumor dipelajari dalam lingkungan yang lebih akurat. Rekayasa jaringan juga menyediakan lingkungan untuk menguji potensi obat baru pada penyakit ini.
Bagaimana itu bekerja
Proses rekayasa jaringan adalah proses yang rumit. Ini melibatkan pembentukan jaringan fungsional 3D untuk membantu memperbaiki, mengganti, dan meregenerasi jaringan atau organ di dalam tubuh. Untuk melakukan ini, sel dan biomolekul digabungkan dengan perancah.
Perancah adalah struktur buatan atau alami yang meniru organ nyata (seperti ginjal atau hati). Jaringan tumbuh pada perancah ini untuk meniru proses atau struktur biologis yang perlu diganti. Ketika ini dibangun bersama, jaringan baru direkayasa untuk mereplikasi keadaan jaringan lama ketika tidak rusak atau sakit.
Perancah, Sel, dan Biomolekul
Perancah, yang biasanya dibuat oleh sel-sel dalam tubuh, dapat dibangun dari sumber-sumber seperti protein dalam tubuh, plastik buatan manusia, atau perancah yang ada, seperti perancah dari organ donor. Dalam kasus organ donor, perancah akan digabungkan dengan sel dari pasien untuk membuat organ atau jaringan yang dapat disesuaikan yang sebenarnya cenderung ditolak oleh sistem kekebalan pasien.
Terlepas dari bagaimana itu terbentuk, struktur perancah inilah yang mengirimkan pesan ke sel yang membantu mendukung dan mengoptimalkan fungsi sel dalam tubuh.
Memilih sel yang tepat adalah bagian penting dari rekayasa jaringan. Ada dua jenis utama sel induk.
Dua Jenis Utama Sel Punca
- Sel Punca Embrio: berasal dari embrio, biasanya di dalam telur yang telah dibuahi secara in vitro (di luar tubuh).
- Sel Punca Dewasa: ditemukan di dalam tubuh di antara sel-sel biasa — mereka dapat berkembang biak dengan pembelahan sel untuk mengisi kembali sel dan jaringan yang sekarat.
Saat ini banyak penelitian yang dilakukan pada sel induk berpotensi majemuk (sel induk dewasa yang diinduksi untuk berperilaku seperti sel induk embrionik). Secara teori, ada persediaan sel induk berpotensi majemuk yang tidak terbatas, dan penggunaannya tidak melibatkan masalah penghancuran embrio manusia (yang juga menyebabkan masalah etika). Faktanya, para peneliti pemenang Hadiah Nobel merilis temuan mereka tentang sel induk berpotensi majemuk dan penggunaannya.
Secara keseluruhan, biomolekul mencakup empat kelas utama (meskipun ada juga kelas sekunder): karbohidrat, lipid, protein, dan asam nukleat. Biomolekul ini membantu menyusun struktur dan fungsi sel. Karbohidrat membantu organ seperti otak dan jantung berfungsi serta sistem berjalan seperti sistem pencernaan dan kekebalan.
Protein memberikan antibodi terhadap kuman serta dukungan struktural dan pergerakan tubuh. Asam nukleat mengandung DNA dan RNA, memberikan informasi genetik ke sel.
Penggunaan Medis
Rekayasa jaringan tidak banyak digunakan untuk perawatan atau pengobatan pasien. Ada beberapa kasus yang menggunakan rekayasa jaringan pada cangkok kulit, perbaikan tulang rawan, arteri kecil, dan kandung kemih pada pasien. Namun, organ-organ besar yang direkayasa jaringan seperti jantung, paru-paru, dan hati belum digunakan pada pasien (meskipun telah dibuat di laboratorium).
Selain faktor risiko penggunaan rekayasa jaringan pada pasien, prosedurnya sangat mahal. Padahal rekayasa jaringan sangat membantu dalam hal penelitian medis, terutama saat menguji formulasi obat baru.
Menggunakan jaringan hidup dan berfungsi di lingkungan di luar tubuh membantu para peneliti memperoleh keuntungan dalam pengobatan yang dipersonalisasi.
Obat yang dipersonalisasi membantu menentukan apakah beberapa obat bekerja lebih baik untuk pasien tertentu berdasarkan susunan genetiknya, serta mengurangi biaya pengembangan dan pengujian pada hewan.
Contoh Teknik Jaringan
Contoh terbaru dari rekayasa jaringan yang dilakukan oleh National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering mencakup rekayasa jaringan hati manusia yang kemudian ditanamkan pada tikus. Karena tikus menggunakan hatinya sendiri, jaringan hati manusia memetabolisme obat, meniru cara manusia merespons obat tertentu di dalam tikus. Ini membantu peneliti melihat kemungkinan interaksi obat dengan obat tertentu.
Dalam upaya merekayasa jaringan dengan jaringan built-in, para peneliti menguji printer yang akan membuat jaringan mirip pembuluh darah dari larutan gula. Solusinya akan terbentuk dan mengeras di jaringan yang direkayasa sampai darah ditambahkan ke proses, berjalan melalui saluran buatan manusia.
Akhirnya, regenerasi ginjal pasien menggunakan sel pasien sendiri adalah proyek lain dari Institut. Peneliti menggunakan sel dari organ donor untuk digabungkan dengan biomolekul dan perancah kolagen (dari organ donor) untuk menumbuhkan jaringan ginjal baru.
Jaringan organ ini kemudian diuji fungsinya (seperti menyerap nutrisi dan memproduksi urine) baik di luar maupun di dalam tikus. Kemajuan di bidang rekayasa jaringan ini (yang juga dapat bekerja sama untuk organ seperti jantung, hati, dan paru-paru) dapat membantu kekurangan donor serta mengurangi penyakit yang terkait dengan imunosupresi pada pasien transplantasi organ.
Bagaimana Kaitannya dengan Kanker
Pertumbuhan tumor metastatik adalah salah satu penyebab kanker menjadi penyebab utama kematian. Sebelum rekayasa jaringan, lingkungan tumor hanya dapat dibuat di luar tubuh dalam bentuk 2D. Sekarang, lingkungan 3D, serta pengembangan dan pemanfaatan biomaterial tertentu (seperti kolagen), memungkinkan peneliti untuk melihat lingkungan tumor hingga lingkungan mikro sel tertentu untuk melihat apa yang terjadi pada penyakit ketika komposisi kimia tertentu dalam sel diubah. .
Dengan cara ini, rekayasa jaringan membantu para peneliti memahami perkembangan kanker serta apa efek dari pendekatan terapeutik tertentu pada pasien dengan jenis kanker yang sama.
Sementara kemajuan telah dibuat dalam mempelajari kanker melalui rekayasa jaringan, pertumbuhan tumor seringkali dapat menyebabkan terbentuknya pembuluh darah baru. Ini berarti bahwa bahkan dengan kemajuan rekayasa jaringan yang telah dibuat dengan penelitian kanker, mungkin ada batasan yang hanya dapat dihilangkan dengan menanamkan jaringan yang direkayasa ke dalam organisme hidup.
Dengan kanker, bagaimanapun, rekayasa jaringan dapat membantu menentukan bagaimana tumor ini terbentuk, seperti apa interaksi sel normal, serta bagaimana sel kanker tumbuh dan bermetastasis. Ini membantu para peneliti menguji obat yang hanya akan mempengaruhi sel kanker, bukan seluruh organ atau tubuh.
