Di laboratorium yang terang benderang di Winston-Salem, North Carolina, ada sebuah mesin yang, dalam banyak hal, mirip dengan printer desktop standar. Ini memiliki reservoir tinta dan nozel, kipas internal agar tetap dingin, dan satu set jack input yang dapat digunakan untuk menghubungkannya ke komputer terdekat. Terkadang macet. Namun, perangkat baja dan plastik seberat 800 pon itu tidak seperti apa pun yang pernah Anda temui, karena apa yang dicetaknya hidup — jutaan dan jutaan sel manusia yang hidup, terkandung dalam gel kental dan dianyam melalui bantuan biodegradable yang halus dalam simulacrum yang bergetar dari jaringan manusia.
Dari Kisah Ini
Regenerasi Jaringan Situ: Perekrutan Sel Induk dan Desain Biomaterial
MembeliKonten terkait
- Menyelamatkan Wajah: Bagaimana Seorang Ahli Bedah Perintis Mendorong Batas Transplantasi Wajah
Butuh satu dekade bagi banyak ilmuwan dan insinyur untuk membangun dan memperbaiki Sistem Pencetakan Jaringan dan Organ Terpadu, atau ITOP. Namun, pada akhirnya, itu adalah gagasan seorang pria lajang: seorang dokter berusia 59 tahun berambut kusut bernama Anthony Atala. Lahir di Peru, dan dibesarkan di luar Miami, Atala - hari ini direktur Institut Hutan Wake untuk Pengobatan Regeneratif - telah menghabiskan dekade terakhir mencoba mencetak organ hidup.
"Bagi saya, semuanya dimulai kembali di Boston, pada awal 1990-an, " kenang ahli bedah urologi dan bioteknologi. "Karena saat itulah saya benar-benar berhadapan dengan kekurangan organ transplantasi." Pada saat itu, Atala sedang mengerjakan pertunjukan sekolah pasca-medis pertamanya, sebagai peneliti di Harvard Medical School. Setiap minggu, selama berkeliling di Rumah Sakit Anak Boston, ia bertemu pasien muda lain yang telah menghabiskan berbulan-bulan atau bahkan bertahun-tahun menunggu organ pengganti. Beberapa meninggal sebelum ginjal atau hati pengganti dapat ditemukan. Yang lain memiliki respons imunologis yang parah terhadap organ yang ditransplantasikan. Atala percaya bahwa solusinya jelas, jika dibuat-buat: organ-organ yang tumbuh di laboratorium ditumbuhkan dari sel pasien sendiri dan ditanamkan secara operasi ke dalam tubuh.
“Kedengarannya sangat fiksi ilmiah pada saat itu, ” kenang Atala, “tetapi saya yakin itu adalah masa depan.” Pada tahun 1999, dalam sebuah eksperimen penting, Atala dan tim peneliti di Laboratorium untuk Teknik Jaringan dan Terapi Seluler di Children's Hospital dibangun kandung kemih pengganti untuk tujuh anak dengan bentuk spina bifida yang parah, penyakit yang melemahkan yang dapat mempengaruhi saluran kemih dan usus. Untuk membangun organ, para peneliti pertama kali membuat perancah buatan tangan, atau yayasan, dari kolagen dan polimer sintetis. Mereka mengambil sampel jaringan dari pasien dan membiakkan sel-sel dari jaringan itu dalam cairan. Kemudian mereka melapisi fondasi dengan sel-sel pasien yang relevan — sel otot di bagian luar dan sel kandung kemih di bagian dalam — dan memungkinkan sel untuk "memasak, " atau tumbuh, di perancah.
Tujuh tahun setelah kandung kemih buatan yang pertama ditanamkan ke pasien, Atala dan Alan Retik, seorang ahli urologi di Children's Hospital, mengumumkan bahwa semua tujuh pasien dalam keadaan sehat. Ini adalah pertama kalinya organ yang dibudidayakan di laboratorium berhasil digunakan sebagai pengganti rekan biologis mereka yang sakit. Satu surat kabar memuji hasilnya sebagai "obat suci."
Atala senang. Tetapi dia tahu bahwa membangun organ dengan tangan melibatkan terlalu banyak waktu dan upaya untuk memenuhi permintaan. Yang benar-benar dibutuhkan adalah sedikit otomatisasi gaya Henry Ford. Pada 2004, Atala setuju untuk mempelopori inisiatif semacam itu di Wake Forest, yang tidak jauh dari Research Triangle, Carolina Utara, pusat biotek dan pangkalan bagi segelintir perusahaan percetakan 3-D.
Ketika Anda dapat memesan bagian tubuh baru secara online, Anda harus berterima kasih kepada dokter ini.Awalnya dikembangkan untuk pembuatan, printer 3-D pada pertengahan 2000-an bergerak jauh melampaui plastik. Pikirkan suatu bahan, dan kemungkinan besar, seseorang sedang mencetaknya: nilon, baja tahan karat, cokelat. "Saya melihat keterpaduan antara lembaga dan negara untuk benar-benar fokus pada bioteknologi, " kata Atala. "Saya tahu bahwa jika kami akan mendorong teknologi ini ke pasien, kami membutuhkan infrastruktur dan dukungan di tempat."
Selama bertahun-tahun, Atala dan stafnya telah mampu mengembangkan printer yang mampu mencetak perancah organ manusia yang dapat disesuaikan, yang dapat secara manual dilapisi dengan sel manusia atau hewan. Kemudian mereka membangun printer yang dapat mencetak sel-sel kulit langsung ke pasien, meskipun dalam jumlah yang sangat kecil. Tetapi pencetakan jaringan ternyata menjadi tantangan besar, sebagian karena jaringan yang berkembang juga membutuhkan aliran darah dan nutrisi yang stabil. Mereka dapat mencetak sel-sel untuk suatu organ, atau mereka dapat mencetak pembuluh darah dan jaringan pendukung lainnya, tetapi mereka tidak dapat mencetak keduanya pada saat yang sama sehingga organ tersebut akan bertahan hidup.
Kemudian muncul ITOP, dengan teknologi terobosan penting. Reservoir unik membuat sel manusia dan hewan hidup lebih lama dari model printer sebelumnya; dan jarum yang sangat tepat, atau jet, mencetak kisi-kisi “saluran mikro, ” masing-masing berukuran 200 mikron, ke dalam biomaterial. Pembuluh ini memungkinkan nutrisi mengalir melalui jaringan. Dalam sebuah makalah yang diterbitkan awal tahun ini di Nature Biotechnology, Atala dan lima peneliti Wake Forest mengungkapkan bahwa jaringan tulang rawan, tulang dan otot yang dicetak pada ITOP telah berhasil ditanamkan pada tikus dan bahwa, dua bulan kemudian, jaringan tersebut telah mengembangkan sistem darah. pembuluh dan saraf. Tes pada pasien manusia kemungkinan akan mengikuti pada tahun depan atau lebih, menunggu persetujuan pemerintah.
Tidak perlu seorang futuris yang berkomitmen untuk memahami implikasinya. Jika dan ketika sebuah mesin seperti ITOP melakukan produksi komersial, suatu hari mungkin dapat “memesan” sepotong kulit pengganti. Ketika mesin membaik, mereka mungkin berevolusi dari mencetak kulit menjadi mencetak organ yang sangat kompleks seperti ginjal. Rumah sakit di seluruh dunia akan dilengkapi dengan keturunan ITOP. Kekurangan organ akan menjadi bagian dari masa lalu.
Itulah impian yang membawa Atala ke bioteknologi, dan itu terus membuatnya terus berkembang. Tapi Atala menasihati kesabaran: Tes bahan bioprint pada manusia bisa memakan waktu bertahun-tahun. Sementara itu, ia telah mempertahankan praktik urologi, dan masih menemui banyak pasien seminggu, di samping menjalankan tugas di ruang operasi. “Itu penting bagi saya, ” katanya, “karena ini mengingatkan siapa Anda melayani — untuk siapa Anda melakukan ini. Tujuan dari teknologi ini adalah untuk membuat hidup pasien lebih baik. Titik."
Berlangganan majalah Smithsonian sekarang hanya dengan $ 12
Artikel ini adalah pilihan dari majalah Smithsonian edisi Desember
Membeli
