Bisakah Manufaktur Aditif Meningkatkan Teknologi Diagnostik Kesehatan?

Manufaktur aditif, dengan berbagai aplikasinya di banyak industri, mencakup pembuatan nozzle bahan bakar untuk mesin pesawat hingga perbaikan kepala pembakar untuk turbin gas. Teknologi ini terkenal karena daya tahannya, sifat ringan, kemampuan optimasi geometris, dan waktu perbaikan yang lebih singkat, serta keunggulan kompetitif lainnya.

Di bidang kesehatan, teknologi ini telah membangun kehadiran yang signifikan. Secara khusus, sejarah manufaktur aditif, atau pencetakan 3D, telah terjalin dengan ilmu kedokteran selama beberapa dekade.

Namun sebelum kita menyelami lebih dalam potensi manufaktur aditif dalam teknologi diagnostik kesehatan, mari kita lihat sekilas tentang manufaktur aditif. Kita akan mengeksplorasi definisinya dan memahami peran pentingnya dalam evolusi ilmu kedokteran.

Manufaktur Aditif dan Sejarahnya dalam Ilmu Kedokteran

ASTM Society, yang sebelumnya dikenal sebagai American Society for Testing and Materials, mendefinisikan manufaktur aditif sebagai “proses penyambungan material untuk membuat objek dari data model 3D, biasanya lapisan demi lapisan, berbeda dengan metodologi manufaktur subtraktif”.

Bidang ilmu kedokteran telah memanfaatkan pencetakan 3D sejak akhir 1990-an dan awal 2000-an. Teknologi ini membantu menghasilkan implan gigi dan prostetik khusus. Produk‑produk tersebut memerlukan kustomisasi spesifik pasien dan tidak dapat diproduksi dalam volume besar. Pencetakan 3D memenuhi kriteria tersebut.

Pencetakan 3D juga membantu bidang ortopedi dengan memungkinkan ahli bedah ortopedi membuat struktur yang secara khusus menyesuaikan dan meniru fitur fisiologis pasien. Sebelumnya, pasien hanya memiliki pilihan “satu ukuran cocok untuk semua” pada implan. Dari implan dan prostetik, langkah selanjutnya yang diambil pencetakan 3D diarahkan pada perangkat mimetik organik.

Pada awal 2000-an, tim peneliti di Boston Children’s Hospital memanfaatkan “scaffolding”, metode konstruksi yang memfasilitasi pembuatan kandung kemih pengganti secara manual dari kolagen dan polimer sintetis. Namun, metode ini memakan waktu lama dan tidak mudah direproduksi. Pendekatan ini juga mahal untuk pembuatan organ. Akhirnya, manufaktur aditif muncul untuk membantu menyelesaikan masalah ini.

Peneliti di Wake Forest Institute for Regenerative Medicine akhirnya mengembangkan mesin yang mampu mencetak organ dan jaringan secara konsisten untuk uji klinis. Setelah kemajuan ini, sekelompok peneliti Brasil melanjutkan progres dengan berhasil bioprint organoid. Organoid ini dapat melakukan semua fungsi hati manusia, termasuk sintesis protein, penyimpanan vitamin, dan sekresi empedu. Namun, hati miniatur ini belum layak sebagai pengganti transplantasi hati manusia.

Pada titik ini, meskipun manufaktur aditif atau pencetakan 3D terus menemukan nilai dalam bidang ilmu kedokteran terapan, aplikasinya masih terbatas pada uji klinis dan tes laboratorium.

Secara alami, para peneliti dan dokter yang terlibat mulai memikirkan pemanfaatan manufaktur aditif untuk meningkatkan teknologi diagnostik kesehatan, yang memiliki ukuran pasar signifikan secara global.

Klik di sini untuk daftar saham bioprinting 3D terbaik.

Pasar Global Teknologi Diagnostik Kesehatan

Pasar teknologi diagnostik kesehatan sedang berada dalam fase ekspansi. Pertumbuhan ini didukung oleh penelitian dan survei terbaru yang dilakukan oleh Deloitte, yang mengungkapkan peningkatan signifikan jumlah konsumen kesehatan AS yang menggunakan teknologi diagnostik untuk berbagai tujuan dari 2018 hingga 2022.

Secara khusus, persentase konsumen yang menggunakan perangkat wearable, aplikasi, asisten digital, dan perangkat pintar untuk mengukur tujuan kebugaran dan peningkatan kesehatan melonjak dari 42 % pada 2018 menjadi 49 % pada 2022. Selain itu, proporsi orang yang menggunakan teknologi ini untuk memantau masalah kesehatan juga meningkat, naik dari 27 % pada 2018 menjadi 34 % pada 2022.

Tidak hanya angka adopsi yang melonjak, tetapi Teknologi Diagnostik Kesehatan juga mengalami peningkatan kepuasan yang signifikan di antara konsumen. Di antara pengguna perangkat ini, 78 % mengakui dampak positif pada perilaku mereka. Secara keseluruhan, 85 % konsumen merasa nyaman menggunakan tes diagnostik untuk menilai kesehatan dan risiko kesehatan mereka.

Akibat peningkatan tingkat kepuasan pelanggan ini, minat investor dan industri terhadap teknologi diagnostik kesehatan menjadi lebih besar. Pada paruh pertama 2021, investor menyuntikkan hampir US$15 miliar ke dalam 372 kesepakatan kesehatan digital, peningkatan substansial dibandingkan satu dekade lalu, ketika jumlah kesepakatan kurang dari 100 dan investasi hanya US$1,1 miliar.

Menyusul minat industri yang positif terhadap teknologi diagnostik kesehatan, sub‑segmen aplikasi manufaktur aditif juga mencatat kemajuan penting. Contoh utama adalah pengembangan tes cetak 3D di lokasi oleh peneliti Universitas McGill.

Lab-on-a-Chip: Terobosan Pencetakan 3D dalam Teknologi Diagnostik Kesehatan

Peneliti Universitas McGill telah menciptakan teknologi diagnostik “lab on a chip” yang berpotensi mengubah permainan. Chip ini dapat diproduksi melalui pencetakan 3D dalam waktu 30 menit.

Profesor David Juncker, Ketua Departemen Rekayasa Biomedis di McGill dan penulis senior studi tersebut, mengatakan teknologi ini akan membantu “individu, peneliti, dan industri untuk mengeksplorasi kemungkinan dan aplikasi baru dengan cara yang lebih hemat biaya dan ramah pengguna.”

Inovasi dalam bentuk terapan ini dapat membantu mempercepat dan meningkatkan skala pengujian diagnostik dengan memberi tenaga kesehatan kemampuan untuk “menciptakan solusi yang disesuaikan untuk kebutuhan spesifik tepat di titik perawatan.”

Bagaimana Cara Kerja Lab-on-a-Chip?

Para peneliti mengembangkan chip kapiler dengan potensi berfungsi sebagai laboratorium miniatur. Tidak seperti mikroprosesor komputer, chip kapiler ini bersifat sekali pakai dan beroperasi tanpa sumber daya eksternal. Prosesnya difasilitasi oleh strip kertas sederhana yang memanfaatkan aksi kapiler, serupa dengan cara handuk kertas menyerap tumpahan cairan di atas meja dapur.

Dalam metode ini, periferal tidak diperlukan, berbeda dengan diagnostik tradisional. Chip kapiler yang digunakan dalam metode ini dapat dicetak 3D dan dapat dipakai untuk berbagai tes, termasuk kuantifikasi antibodi COVID‑19.

Pencetakan 3D untuk Metode Deteksi Penyakit yang Efisien Biaya

Peneliti MIT telah menemukan solusi berbasis pencetakan 3D untuk menciptakan alat deteksi penyakit yang murah dan akurat. Dalam kasus ini, peneliti memanfaatkan pencetakan 3D untuk menghasilkan perangkat mikrofluida yang dapat memanaskan dirinya sendiri.

Mikrofluida mengacu pada penggunaan mesin miniatur yang dapat memanipulasi cairan dan memfasilitasi reaksi kimia. Teknologi ini dianggap sebagai pengubah permainan potensial karena dapat mendeteksi penyakit dalam sampel darah atau cairan yang sangat kecil.

Mikrofluida sudah digunakan dalam bidang diagnosis. Namun, biasanya memerlukan proses fabrikasi yang rumit dan mahal, sehingga sulit untuk diskalakan.

Solusi tim MIT memanfaatkan pencetakan 3D multi‑material untuk membuat perangkat mikrofluida yang dapat memanaskan dirinya sendiri. Perangkat ini dilengkapi dengan elemen pemanas internal.

Prosesnya memerlukan satu tahapan manufaktur yang sederhana dan murah. Teknologi ini sangat dapat disesuaikan dengan proses fabrikasi berbiaya rendah yang hanya memerlukan sekitar US$2 bahan untuk menghasilkan mikrofluida yang siap pakai.

Dengan penelitian yang terus berlanjut di bidang ini, banyak perusahaan memutuskan untuk membawa manufaktur aditif melampaui laboratorium dan menjadikannya dapat digunakan secara skala besar. Sekarang kita akan melihat beberapa perusahaan tersebut beserta solusi mereka.

1. Allevi

Allevi, perusahaan yang dikenal dengan solusi bioprinting dalam rekayasa jaringan 3D, penelitian organ‑on‑chip, pengujian obat, pengembangan biomaterial, dan kedokteran regeneratif, mengklaim melayani ratusan laboratorium di seluruh dunia. Selain itu, perusahaan ini juga menawarkan rangkaian lengkap produk manufaktur aditif, memperkuat bidang kesehatan dan diagnostik. Produk‑produknya meliputi perangkat lunak bioprinting, bioink, aditif, sel, reagen, dan bahan habis pakai.

Secara khusus, Allevi memproduksi beberapa bioprinter paling canggih secara teknologi. Bioprinter Allevi 3 dirancang khusus dan dioptimalkan untuk riset di berbagai bidang seperti rekayasa jaringan, ilmu material, kedokteran regeneratif, pemodelan penyakit, kultur 3D, sistem mikro‑fisiologis, pengantaran obat, dan lain‑lain. Selain itu, perusahaan menyediakan layanan seperti bioprint khusus untuk berbagai proyek, termasuk scaffold bebas sel, organ‑on‑chip, cetakan vaskular, dan cetakan multi‑material.

Allevi kini menjadi bagian dari 3D Systems Corporation (DDD ) (NYSE:DDD). Pada 2022, perusahaan melaporkan pendapatan tahunan sebesar $538.031.000, menandakan penurunan 12,6 % dibandingkan pendapatan 2021 sebesar $615.639.000. Selain itu, perusahaan mencatat kerugian bersih $122.711.000, yang berarti kerugian terdilusi per saham sebesar $0,96 dan kerugian non‑GAAP terdilusi per saham sebesar $0,23 untuk tahun 2022.

2. EOS

EOS menyediakan berbagai solusi pencetakan 3D untuk teknologi medis, melayani paradigma produksi yang dapat disesuaikan maupun dioptimalkan. Solusi pencetakan 3D industri EOS untuk ortosis dan prostesis memungkinkan produsen mematuhi pedoman kualitas dan sertifikasi yang ketat sekaligus mempertahankan kebebasan desain individual dan mengendalikan biaya.

Dalam bidang teknologi gigi, solusi pencetakan 3D EOS membantu laboratorium dan penyedia layanan menghasilkan produk dengan kualitas tinggi secara konsisten. Selain itu, teknologi pencetakan 3D EOS mampu menciptakan beragam struktur permukaan. Kemampuan ini sangat berguna untuk proses seperti osseointegrasi, yang memfasilitasi integrasi antara jaringan tulang hidup dan permukaan implan tulang. Teknologi pencetakan 3D EOS juga berperan penting dalam mengoptimalkan komponen peralatan laboratorium dan perangkat pencitraan diagnostik.

Teknologi ini memberi keuntungan bagi penyedia layanan dengan produksi tanpa alat bantu yang membantu mengurangi biaya perakitan. Solusi‑solusinya menawarkan fleksibilitas desain dan integrasi fungsional. Lebih jauh, teknologi pencetakan 3D EOS mempercepat siklus pengembangan dan mengurangi waktu ke pasar.

Transworld Systems mengakuisisi EOS dengan nilai yang tidak diungkapkan pada Desember 2021, perusahaan swasta yang berpusat di Wilmington, Delaware, Amerika Serikat.

3. GE Additive 

GE Additive membantu menerapkan manufaktur aditif dalam bidang ilmu kedokteran dengan solusi berbasis produk dan mesin pencetakan 3D. Proses EBM mereka untuk cangkir asetabular menggantikan pelapisan tradisional dengan struktur kisi tiga dimensi, meningkatkan fiksasi awal dan memungkinkan pertumbuhan tulang serta fusi yang lebih cepat.

Struktur kisi tersebut dirancang dengan ukuran pori klinis optimal sebesar 650 mikron. GE Additive juga menghasilkan bubuk bersertifikat berperforma tinggi untuk industri ortopedi dengan sferisitas tinggi, porositas rendah, konten satelit minimal, serta aliran dan kepadatan kemasan kelas dunia.

GE juga menyediakan mesin manufaktur aditif. Arcam EBM Q10 plus mereka dioptimalkan untuk produksi serial implan ortopedi. Concept Laser M2 Series 5 membantu menjaga konsistensi dan menghasilkan bagian berkualitas tinggi secara berulang dalam skala besar. Keluarga instrumen Concept Laser Mlab cocok untuk produksi cepat dan efisien bagian dengan kualitas permukaan tinggi.

Untuk Q3 2023, GE melaporkan pendapatan sebesar US$17,3 miliar.

Masa Depan Manufaktur Aditif dalam Diagnostik Kesehatan

Kita telah menyaksikan peneliti dari universitas terkemuka di seluruh dunia bekerja pada inovasi manufaktur aditif. Inovasi‑inovasi ini pasti akan membuat diagnostik kesehatan lebih mudah diakses, kurang bergantung pada bahan habis pakai, lebih cepat, dan lebih mudah diterapkan. Selain perusahaan‑perusahaan yang telah disebutkan di atas, banyak perusahaan inovatif lainnya sedang berupaya menskalakan solusi pencetakan 3D dalam teknologi kesehatan dan med‑tech.

Misalnya, perusahaan pencetakan 3D berbasis Belgia Materialise menawarkan perangkat lunak pencetakan 3D untuk peneliti dan ahli bedah, panduan bedah yang dipersonalisasi, serta alat‑alat point‑of‑care lainnya. Mereka juga menjual solusi ortopedi yang dapat disesuaikan, termasuk implan bahu, acetabular hip, dan implan kranio‑maksilofasial.

Perusahaan berbasis Minnesota Stratasys menyediakan kemampuan pencetakan 3D untuk model perencanaan operasi, pelatihan dan edukasi tenaga kesehatan, prototipe perangkat medis, serta implan gigi.

Kolaborasi sinergis antara peneliti, institusi ilmiah, dokter, ahli bedah, dan perusahaan manufaktur akan membantu memanfaatkan manufaktur aditif atau pencetakan 3D lebih lanjut demi manfaat diagnostik kesehatan.

Klik di sini untuk daftar sepuluh saham manufaktur aditif dan pencetakan 3D teratas yang perlu diwaspadai.