Percetakan organ: Perbedaan antara revisi
Konten dihapus Konten ditambahkan
←Membuat halaman berisi 'Organ yang dapat dicetak adalah perangkat yang dibuat secara artifisial yang dirancang untuk penggantian organ dan diproduksi menggunakan teknik percetakan 3D. Penggun...' Tag: |
Tidak ada ringkasan suntingan |
||
Baris 1:
[[Berkas:Printer 3D Bioprinting Solutions.jpg|jmpl|Bioprinter tiga dimensi yang dikembangkan oleh perusahaan Rusia, 3D Bioprinting Solutions.]]
'''Organ yang dapat dicetak''' adalah perangkat yang [[ Organ buatan|dibuat]] secara [[ Organ buatan|artifisial]] yang dirancang untuk penggantian organ dan diproduksi menggunakan teknik [[percetakan 3D]]. Penggunaan utama dari organ yang dapat dicetak adalah dalam [[Transplantasi organ|transplantasi]]. Penelitian saat ini sedang dilakukan pada struktur [[jantung]], [[ginjal]], dan [[hati]] buatan, serta organ utama lainnya. Untuk organ yang lebih rumit, seperti jantung, konstruksi yang lebih kecil seperti [[katup jantung]] juga telah menjadi subjek penelitian. Beberapa organ yang dicetak mendekati persyaratan fungsionalitas untuk implementasi klinis, dan terutama mencakup struktur berlubang seperti kandung kemih, serta struktur pembuluh darah seperti tabung urin.<ref>{{Cite journal|last=Berthiaume|first=François|last2=Maguire|first2=Timothy J.|last3=Yarmush|first3=Martin L.|year=2011|title=Tissue Engineering and Regenerative Medicine: History, Progress, and Challenges|journal=Annual Review of Chemical and Biomolecular Engineering|volume=2|pages=403–30|doi=10.1146/annurev-chembioeng-061010-114257|pmid=22432625}}</ref><ref name="A">{{Cite web|url=http://www.huffingtonpost.com/2015/03/01/3d-printed-organs-regenerative-medicine_n_6698606.html|title=How 3D Printing Could End The Deadly Shortage Of Donor Organs|last=Cooper-White|first=Macrina|website=Huffington Post|access-date=27 March 2015}}</ref>
Percetakan 3D memungkinkan konstruksi lapis demi lapis struktur organ tertentu untuk membentuk [[perancah]] sel. Ini dapat diikuti oleh proses pembenihan sel, yang mana sel-sel yang menarik disalurkan langsung ke struktur perancah. Selain itu, proses mengintegrasikan sel ke dalam materi yang dapat dicetak, alih-alih melakukan penyemaian setelahnya telah dieksplorasi.<ref>{{Cite journal|last=Murphy|first=Sean V|last2=Atala|first2=Anthony|year=2014|title=3D bioprinting of tissues and organs|journal=Nature Biotechnology|volume=32|issue=8|pages=773–85|doi=10.1038/nbt.2958|pmid=25093879}}</ref>
[[ Printer inkjet|Printer inkjet]] yang dimodifikasi telah digunakan untuk menghasilkan [[Jaringan|jaringan biologis]] tiga dimensi. Kartrid printer diisi dengan suspensi sel hidup dan gel pintar, yang digunakan untuk menyediakan struktur. Pola sel-sel cerdas dan sel-sel hidup yang bergantian dicetak menggunakan nozzle percetakan standar, dengan sel-sel yang akhirnya bergabung bersama untuk membentuk jaringan. Ketika selesai, gel didinginkan dan dicuci, hanya menyisakan sel-sel hidup.<ref>{{Cite journal|last=Boland|first=Thomas|last2=Xu|first2=Tao|last3=Damon|first3=Brook|last4=Cui|first4=Xiaofeng|date=2006-9|title=Application of inkjet printing to tissue engineering|url=http://doi.wiley.com/10.1002/biot.200600081|journal=Biotechnology Journal|language=en|volume=1|issue=9|pages=910–917|doi=10.1002/biot.200600081|issn=1860-6768}}</ref>
== Sejarah ==
Percetakan 3D untuk menghasilkan konstruksi seluler pertama kali diperkenalkan pada tahun 2003, ketika Thomas Boland dari [[ Universitas Clemson|Universitas Clemson]] mematenkan penggunaan [[ Pencetakan inkjet|pencetakan inkjet]] untuk sel. Proses ini menggunakan sistem pembercakan yang dimodifikasi untuk pengendapan sel ke dalam matriks 3D terorganisasi yang ditempatkan pada [[ Substrat (pencetakan)|substrat]].<ref>{{Cite web|url=http://www.google.com/patents/US7051654|title=Patent US7051654: Ink-jet printing of viable cells|last=Boland|first=Thomas|website=Google.com|access-date=31 March 2015}}</ref><ref name="C">{{Cite journal|last=Auger|first=François A.|last2=Gibot|first2=Laure|last3=Lacroix|first3=Dan|year=2013|title=The Pivotal Role of Vascularization in Tissue Engineering|journal=Annual Review of Biomedical Engineering|volume=15|pages=177–200|doi=10.1146/annurev-bioeng-071812-152428|pmid=23642245}}</ref>
Sejak penemuan awal Boland, percetakan 3D dari struktur biologis yang juga dikenal sebagai [[ Bioprinting 3D|bioprinting]], telah dikembangkan lebih lanjut untuk mencakup produksi jaringan dan struktur organ, yang bertentangan dengan [[ Matriks (biologi)|matriks sel]]. Selain itu, lebih banyak teknik untuk percetakan, seperti bioprinting ekstrusi yang telah diteliti dan kemudian diperkenalkan sebagai alat produksi.<ref name="B">{{Cite journal|last=Bajaj|first=Piyush|last2=Schweller|first2=Ryan M.|last3=Khademhosseini|first3=Ali|last4=West|first4=Jennifer L.|last5=Bashir|first5=Rashid|year=2014|title=3D Biofabrication Strategies for Tissue Engineering and Regenerative Medicine|journal=Annual Review of Biomedical Engineering|volume=16|pages=247–76|doi=10.1146/annurev-bioeng-071813-105155|pmc=4131759|pmid=24905875}}</ref>
Percetakan organ telah didekati sebagai solusi potensial untuk kekurangan global akan [[ Donasi organ|donasi organ]]. Organ-organ yang telah berhasil dicetak dan diimplementasikan dalam pengaturan klinis dapat berbentuk datar, seperti [[kulit]], [[Jaringan pengangkut|pembuluh darah]], seperti [[pembuluh darah]], atau berlubang, seperti kandung kemih.<ref>{{Cite journal|last=Zhang|first=Kaile|last2=Fu|first2=Qiang|last3=Yoo|first3=James|last4=Chen|first4=Xiangxian|last5=Chandra|first5=Prafulla|last6=Mo|first6=Xiumei|last7=Song|first7=Lujie|last8=Atala|first8=Anthony|last9=Zhao|first9=Weixin|date=2017-3|title=3D bioprinting of urethra with PCL/PLCL blend and dual autologous cells in fibrin hydrogel: An in vitro evaluation of biomimetic mechanical property and cell growth environment|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1742706116306778|journal=Acta Biomaterialia|language=en|volume=50|pages=154–164|doi=10.1016/j.actbio.2016.12.008}}</ref> Ketika organ buatan disiapkan untuk transplantasi, organ tersebut sering diproduksi dengan sel-sel dari penerima sendiri.<ref>{{Cite journal|last=Murphy|first=Sean V|last2=Atala|first2=Anthony|date=2014-8|title=3D bioprinting of tissues and organs|url=http://www.nature.com/articles/nbt.2958|journal=Nature Biotechnology|language=en|volume=32|issue=8|pages=773–785|doi=10.1038/nbt.2958|issn=1087-0156}}</ref>
Organ yang lebih kompleks, yaitu organ yang terdiri dari struktur seluler padat, sedang menjalani penelitian; organ-organ ini termasuk jantung, pankreas, dan ginjal. Perkiraan kapan organ tersebut dapat diperkenalkan sebagai perawatan medis yang layak bervariasi.<ref name="A2">{{Cite web|url=http://www.huffingtonpost.com/2015/03/01/3d-printed-organs-regenerative-medicine_n_6698606.html|title=How 3D Printing Could End The Deadly Shortage Of Donor Organs|last=Cooper-White|first=Macrina|website=Huffington Post|access-date=27 March 2015}}</ref> Pada 2013, perusahaan [[ Organovo|Organovo]] memproduksi hati manusia menggunakan bioprinting 3D, meskipun tidak cocok untuk transplantasi, dan terutama digunakan sebagai media untuk pengujian obat.<ref>{{Cite news|last=Bort|first=Julie|title=Biotech Firm: We Will 3D Print A Human Liver In 2014|url=http://www.businessinsider.com/organovo-3d-print-human-liver-2013-12|access-date=1 April 2015|agency=Business Insider}}</ref> Pada tahun 2018, dokter dari Belfast mentransplantasikan replika ginjal yang dicetak 3D.<ref>https://web.archive.org/web/20190418075242/https://www.sculpteo.com/blog/2018/05/31/3d-printed-kidney-what-is-actually-possible/</ref>
== Teknik percetakan 3D ==
Percetakan 3D untuk pembuatan organ buatan telah menjadi topik utama studi dalam [[Rekayasa hayati|rekayasa biologi]]. Karena teknik [[ Pembuatan prototipe cepat|pembuatan cepat]] yang disyaratkan oleh pencetakan 3D menjadi semakin efisien, penerapannya dalam sintesis organ buatan telah menjadi semakin jelas. Beberapa manfaat utama dari pencetakan 3D terletak pada kemampuannya struktur perancah yang diproduksi secara massal, serta tingkat presisi anatomi yang tinggi dalam produk perancah. Ini memungkinkan terciptanya konstruksi yang lebih efektif menyerupai [[ Mikrostruktur|struktur mikro]] organ alami atau struktur jaringan.<ref>{{Cite journal|last=Hockaday|first=L A|last2=Kang|first2=K H|last3=Colangelo|first3=N W|last4=Cheung|first4=P Y C|last5=Duan|first5=B|last6=Malone|first6=E|last7=Wu|first7=J|last8=Girardi|first8=L N|last9=Bonassar|first9=L J|year=2012|title=Rapid 3D printing of anatomically accurate and mechanically heterogeneous aortic valve hydrogel scaffolds|journal=Biofabrication|volume=4|issue=3|pages=035005|bibcode=2012BioFa...4c5005H|doi=10.1088/1758-5082/4/3/035005|pmc=3676672|pmid=22914604}}</ref>
Pencetakan organ menggunakan pencetakan 3D dapat dilakukan dengan menggunakan berbagai teknik, yang masing-masing memberikan keuntungan spesifik yang dapat disesuaikan dengan jenis produksi organ tertentu. Dua jenis pencetakan organ yang paling menonjol adalah bioprinting berbasis tetes dan bioprinting ekstrusi. Banyak yang lain ada, meskipun tidak seperti yang biasa digunakan, atau masih dalam pengembangan.<ref name="B2">{{Cite journal|last=Bajaj|first=Piyush|last2=Schweller|first2=Ryan M.|last3=Khademhosseini|first3=Ali|last4=West|first4=Jennifer L.|last5=Bashir|first5=Rashid|year=2014|title=3D Biofabrication Strategies for Tissue Engineering and Regenerative Medicine|journal=Annual Review of Biomedical Engineering|volume=16|pages=247–76|doi=10.1146/annurev-bioeng-071813-105155|pmc=4131759|pmid=24905875}}</ref>
=== Bioprinting berbasis tetesan (Inkjet) ===
Bioprinting berbasis tetesan menciptakan konstruksi seluler menggunakan tetesan individu dari bahan yang ditunjuk, yang seringkali dikombinasikan dengan garis sel. Setelah kontak dengan permukaan substrat, setiap tetesan mulai mempolimerisasi, membentuk struktur yang lebih besar ketika tetesan individu mulai menyatu. [[Polimerisasi]] dihasut oleh kehadiran ion kalsium pada substrat, yang berdifusi ke dalam bioink cair dan memungkinkan pembentukan gel padat. Bioprinting berbasis tetesan umumnya digunakan karena kecepatannya yang efisien, meskipun aspek ini membuatnya kurang cocok untuk struktur organ yang lebih rumit.<ref name="C2">{{Cite journal|last=Auger|first=François A.|last2=Gibot|first2=Laure|last3=Lacroix|first3=Dan|year=2013|title=The Pivotal Role of Vascularization in Tissue Engineering|journal=Annual Review of Biomedical Engineering|volume=15|pages=177–200|doi=10.1146/annurev-bioeng-071812-152428|pmid=23642245}}</ref>
=== Bioprinting ekstrusi ===
Bioprinting ekstrusi melibatkan deposisi konstan bahan cetak tertentu dan garis sel dari [[Ekstrusi (manufaktur)|ekstruder]], sejenis kepala cetak bergerak. Ini cenderung menjadi proses yang lebih terkontrol dan lebih lembut untuk deposisi bahan atau sel, dan memungkinkan kepadatan sel yang lebih besar untuk digunakan dalam konstruksi jaringan 3D atau struktur organ. Namun, manfaat tersebut diatur kembali oleh kecepatan pencetakan yang lebih lambat karena teknik ini. Bioprinting ekstrusi sering digabungkan dengan [[Ultraungu|sinar UV]], yang [[ Photopolymer|memfotopolimerisasi]] bahan cetakan untuk membentuk konstruksi yang lebih stabil dan terintegrasi.<ref name="B22">{{Cite journal|last=Bajaj|first=Piyush|last2=Schweller|first2=Ryan M.|last3=Khademhosseini|first3=Ali|last4=West|first4=Jennifer L.|last5=Bashir|first5=Rashid|year=2014|title=3D Biofabrication Strategies for Tissue Engineering and Regenerative Medicine|journal=Annual Review of Biomedical Engineering|volume=16|pages=247–76|doi=10.1146/annurev-bioeng-071813-105155|pmc=4131759|pmid=24905875}}</ref>
== Bahan cetak ==
Bahan untuk pencetakan 3D biasanya terdiri dari polimer [[alginat]] atau [[fibrin]] yang telah diintegrasikan dengan molekul adhesi seluler, yang mendukung perlekatan fisik sel. Polimer semacam itu dirancang khusus untuk menjaga stabilitas struktural dan menerima integrasi seluler. Istilah "bioink" telah digunakan sebagai klasifikasi luas bahan yang kompatibel dengan bioprinting 3D.<ref>{{Cite journal|last=Kesti|first=Matti|last2=Müller|first2=Michael|last3=Becher|first3=Jana|last4=Schnabelrauch|first4=Matthias|last5=d'Este|first5=Matteo|last6=Eglin|first6=David|last7=Zenobi-Wong|first7=Marcy|year=2015|title=A versatile bioink for three-dimensional printing of cellular scaffolds based on thermally and photo-triggered tandem gelation|journal=Acta Biomaterialia|volume=11|pages=162–72|doi=10.1016/j.actbio.2014.09.033|pmid=25260606}}</ref>
Bahan-bahan cetak harus sesuai dengan spektrum kriteria yang luas, salah satu yang terpenting adalah [[ Biokompatibilitas|biokompatibilitas]]. Perancah yang dihasilkan dibentuk oleh bahan cetak 3D harus secara fisik dan kimia sesuai untuk [[Reproduksi sel|proliferasi sel]]. [[Biodegradasi|Biodegradabilitas]] adalah faktor penting lainnya, dan memastikan bahwa struktur yang terbentuk secara artifisial dapat dihancurkan setelah transplantasi berhasil, untuk digantikan oleh struktur seluler yang sepenuhnya alami. Karena sifat pencetakan 3D, bahan yang digunakan harus dapat disesuaikan dan disesuaikan, disesuaikan dengan beragam jenis sel dan konformasi struktural.<ref>{{Cite journal|last=Augst|first=Alexander D.|last2=Kong|first2=Hyun Joon|last3=Mooney|first3=David J.|year=2006|title=Alginate Hydrogels as Biomaterials|journal=Macromolecular Bioscience|volume=6|issue=8|pages=623–33|doi=10.1002/mabi.200600069|pmid=16881042}}</ref>
[[Gel|Hidrogel alginat]] telah muncul sebagai salah satu bahan yang paling umum digunakan dalam penelitian pencetakan organ, karena sangat dapat disesuaikan, dan dapat disesuaikan untuk mensimulasikan sifat mekanik dan biologis tertentu yang menjadi ciri khas jaringan alami. Kemampuan hidrogel untuk disesuaikan dengan kebutuhan spesifik memungkinkannya digunakan sebagai bahan perancah yang dapat disesuaikan, yang cocok untuk berbagai struktur jaringan atau organ dan [[ Kondisi fisiologis|kondisi fisiologis]].<ref name="B23">{{Cite journal|last=Bajaj|first=Piyush|last2=Schweller|first2=Ryan M.|last3=Khademhosseini|first3=Ali|last4=West|first4=Jennifer L.|last5=Bashir|first5=Rashid|year=2014|title=3D Biofabrication Strategies for Tissue Engineering and Regenerative Medicine|journal=Annual Review of Biomedical Engineering|volume=16|pages=247–76|doi=10.1146/annurev-bioeng-071813-105155|pmc=4131759|pmid=24905875}}</ref> Tantangan utama dalam penggunaan alginat adalah kestabilannya dan degradasi yang lambat, yang menyulitkan perancah gel buatan untuk diurai dan diganti dengan [[matriks ekstraseluler]] sel yang ditanamkan sendiri.<ref name=":0">{{Cite journal|last=Axpe|first=Eneko|last2=Oyen|first2=Michelle L.|date=2016-11-25|title=Applications of Alginate-Based Bioinks in 3D Bioprinting|url=http://www.mdpi.com/1422-0067/17/12/1976|journal=International Journal of Molecular Sciences|language=en|volume=17|issue=12|pages=1976|doi=10.3390/ijms17121976|pmc=5187776|pmid=27898010}}</ref> Hidrogel alginat yang cocok untuk pencetakan ekstrusi juga sering kurang berstruktur dan mekanis; Namun, masalah ini dapat dimediasi oleh penggabungan biopolimer lain, seperti [[ Nanocellulose|nanoselulosa]], untuk memberikan stabilitas yang lebih besar. Sifat-sifat bioink alginat atau campuran-polimer dapat merdu dan dapat diubah untuk aplikasi dan jenis organ yang berbeda.<ref name=":0" />
== Struktur organ ==
=== Vaskularisasi ===
Transfer nutrisi dan oksigen ke sel-sel di seluruh organ yang dicetak sangat penting untuk fungsinya. Dalam jaringan yang sangat kecil atau tipis dengan ketebalan kurang dari satu milimeter<ref name=":1">{{Cite journal|last=Auger|first=François A.|last2=Gibot|first2=Laure|last3=Lacroix|first3=Dan|date=2013-07-11|title=The Pivotal Role of Vascularization in Tissue Engineering|url=https://doi.org/10.1146/annurev-bioeng-071812-152428|journal=Annual Review of Biomedical Engineering|language=en|volume=15|issue=1|pages=177–200|doi=10.1146/annurev-bioeng-071812-152428|issn=1523-9829}}</ref><ref name=":2">{{Cite journal|last=Datta|first=Pallab|last2=Ayan|first2=Bugra|last3=Ozbolat|first3=Ibrahim T.|date=March 2017|title=Bioprinting for vascular and vascularized tissue biofabrication|url=http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S1742706117300351|journal=Acta Biomaterialia|volume=51|pages=1–20|doi=10.1016/j.actbio.2017.01.035|issn=1742-7061}}</ref>, sel dapat menerima nutrisi melalui [[difusi]]. Namun, organ yang lebih besar membutuhkan pengangkutan nutrisi ke sel-sel yang lebih dalam di dalam jaringan mengharuskan jaringan untuk[[Angiogenesis|divaskularisasikan]], dan dengan demikian dapat menerima darah untuk pertukaran zat seperti oksigen dan limbah sel. Teknik percetakan organ awal menciptakan jaringan padat yang tidak dapat melakukan vaskularisasi, atau hanya mengalami vaskularisasi secara perlahan ketika pembuluh darah inang memasuki transplantasi, yang mengarah ke masalah seperti nekrosis di dalam jaringan yang dapat mengancam kesehatan dan keberhasilan pemulihan penerima transplantasi.<ref name=":1" /> Teknik yang lebih baru dikembangkan memungkinkan organ tercetak dibuat dengan struktur 3D yang lebih kompleks, termasuk pembuluh darah internal yang sudah ada sebelumnya, yang memungkinkan integrasi yang lebih cepat dari transplantasi ke dalam sistem sirkulasi inangnya.<ref name=":2" /><ref>{{Cite journal|last=Rouwkema|first=Jeroen|last2=Khademhosseini|first2=Ali|date=September 2016|title=Vascularization and Angiogenesis in Tissue Engineering: Beyond Creating Static Networks|url=http://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0167779916000639|journal=Trends in Biotechnology|volume=34|issue=9|pages=733–745|doi=10.1016/j.tibtech.2016.03.002|issn=0167-7799}}</ref> Ada beberapa teknik untuk membuat sistem vaskular yang saat ini sedang dikembangkan. Salah satu metode adalah pencetakan ekstrusi yang terpisah dari pembuluh yang kemudian dimasukkan ke dalam jaringan yang lebih besar.<ref name=":2" /> Metode lain adalah pencetakan korban, di mana seluruh jaringan dicetak sekaligus, dan bioink yang dapat dilarutkan atau dilepas digunakan untuk membentuk bagian dalam pembuluh. Setelah scaffolding pengorbanan ini dihapus, biasanya dengan metode kimia atau termal, sisa jaringan kemudian akan mengandung pola vaskular.<ref name=":2" />
=== Sumber sel ===
Penciptaan organ lengkap seringkali membutuhkan penggabungan berbagai jenis sel yang berbeda, diatur dengan cara yang berbeda dan berpola. Salah satu keuntungan organ yang dicetak 3D, dibandingkan dengan transplantasi tradisional, adalah potensi untuk menggunakan sel yang berasal dari pasien untuk membuat organ baru. Ini secara signifikan mengurangi kemungkinan [[penolakan transplantasi]], dan dapat menghilangkan kebutuhan akan [[Obat imunosupresif|obat-obatan imunosupresif]] setelah transplantasi, yang akan mengurangi risiko kesehatan transplantasi. Namun, karena tidak selalu mungkin untuk mengumpulkan semua jenis sel yang dibutuhkan, mungkin perlu untuk mengumpulkan [[Sel punca dewasa|sel induk dewasa]] atau [[Sel iPS|menginduksi pluripotensi]] dalam jaringan yang dikumpulkan.<ref name="B24">{{Cite journal|last=Bajaj|first=Piyush|last2=Schweller|first2=Ryan M.|last3=Khademhosseini|first3=Ali|last4=West|first4=Jennifer L.|last5=Bashir|first5=Rashid|year=2014|title=3D Biofabrication Strategies for Tissue Engineering and Regenerative Medicine|journal=Annual Review of Biomedical Engineering|volume=16|pages=247–76|doi=10.1146/annurev-bioeng-071813-105155|pmc=4131759|pmid=24905875}}</ref> Ini melibatkan pertumbuhan dan diferensiasi sel yang intensif sumber daya dan dilengkapi dengan risiko kesehatan potensial, karena proliferasi sel dalam organ yang dicetak terjadi di luar tubuh dan memerlukan penerapan faktor pertumbuhan dari luar. Namun, kemampuan beberapa jaringan untuk mengatur dirinya sendiri menjadi struktur yang berbeda dapat memberikan cara untuk membangun jaringan dan membentuk populasi sel yang berbeda secara bersamaan, meningkatkan kemanjuran dan fungsionalitas pencetakan organ.<ref>{{Cite journal|last=Athanasiou|first=Kyriacos A.|last2=Eswaramoorthy|first2=Rajalakshmanan|last3=Hadidi|first3=Pasha|last4=Hu|first4=Jerry C.|date=2013-07-11|title=Self-Organization and the Self-Assembling Process in Tissue Engineering|url=http://www.annualreviews.org/doi/10.1146/annurev-bioeng-071812-152423|journal=Annual Review of Biomedical Engineering|language=en|volume=15|issue=1|pages=115–136|doi=10.1146/annurev-bioeng-071812-152423|issn=1523-9829|pmc=4420200|pmid=23701238}}</ref>
== Referensi ==
[[Kategori:Percetakan 3D]]
[[Kategori:Rekayasa jaringan]]
| |||