Bioink Selulosa Memajukan Sistem Pengiriman Obat 3D

When it comes to medicine, natural products have been part of the pharmacopeia since the dawn of civilization, with plants often forming the basis of effective therapies before the invention of chemical drugs.

Salah satu keuntungan menggunakan senyawa biologis adalah mereka cenderung berinteraksi dengan baik dengan tubuh pasien. Inilah juga mengapa, selama bertahun‑tahun, bahan seperti kayu atau gading digunakan untuk beberapa prostesis.

Di era modern, peneliti sedang mengeksplorasi potensi biomaterial untuk menggantikan polimer berbasis minyak bumi dalam aplikasi medis.

Sebuah publikasi terbaru dari peneliti di Gomal University (Pakistan) dan Jiangsu University (China) sedang meneliti bagaimana selulosa, salah satu molekul penyusun kayu, dapat digunakan bersama pencetakan 3D untuk membuat bioink yang dapat dipakai untuk pengiriman obat, pencetakan 3D jaringan lunak, dan penyembuhan luka.

Mereka mempublikasikan hasilnya di jurnal Next Materials¹, dengan judul “Dari biomassa ke biofabrikasi: Peran selulosa dalam sistem pengiriman obat 3D-printed yang berkelanjutan dan regenerasi jaringan”.

Selulosa Sebagai Biomaterial Berkelanjutan Utama

Meskipun selulosa diproduksi dalam jumlah sangat besar oleh pohon untuk elemen struktural kayu, ia merupakan senyawa yang hampir ada di semua tanaman. Karena itu, ia sangat berkelanjutan, secara harfiah diproduksi melalui fotosintesis dari udara tipis (CO2), air, dan sinar matahari. Itulah mengapa ia juga cukup murah, seperti yang terlihat dari biaya rendah kertas massal yang terbuat dari serat selulosa. Selulosa juga biokompatibel dan dapat terurai secara hayati.

Polimer glukosa, selulosa, juga dapat dicetak 3D, yang membuka jalan bagi banyak aplikasi baru di bidang medis.

Sumber: ScienceFacts

Dalam studi ini, para peneliti mengeksplorasi potensi selulosa yang dicetak 3D untuk banyak aplikasi:

• Sistem pengiriman obat yang dipersonalisasi.
• Rekayasa jaringan untuk cara baru memperbaiki organ dan jaringan yang rusak.
• Menguji obat dalam model jaringan buatan yang dicetak 3D yang meniru lingkungan in vivo.

Untuk melakukannya, mereka meninjau artikel ilmiah yang dipublikasikan dari 2015 hingga 2025 yang menggabungkan kata kunci seperti “cellulose”, “nanocellulose”, “bacterial cellulose”, “3D bioprinting”, “bioinks”, “drug delivery”, “tissue engineering”, “hydrogels”, dan “stimuli-responsive biomaterials”.

Mengubah Selulosa Menjadi Biomaterial Medis

Memanipulasi Kristal Selulosa

Selulosa dapat ada dalam dua bentuk, dengan sebagian besar material selulosa mengandung campuran kedua bentuk molekul tersebut:

• Kristalin, yang memiliki stabilitas dan kekuatan mekanik lebih tinggi.
• Amorf, yang kurang terstruktur, sehingga dapat mempermudah interaksi dengan molekul lain.

Tergantung pada efek yang diinginkan, kedua bentuk selulosa dapat berguna untuk aplikasi medis.

Selulosa kristalin yang lebih stabil menunjukkan laju biodegradasi yang lebih lambat di dalam tubuh, yang berguna untuk aplikasi yang memerlukan integritas mekanik jangka panjang, seperti scaffold rekayasa jaringan, perban luka, dan sistem pengiriman obat berkelanjutan.

Selulosa amorf dapat lebih mudah diserang enzim dan menyerap kelembaban, yang menghasilkan degradasi lebih cepat dan bioresorpsi yang meningkat untuk perombakan jaringan.

Sumber: Next Materials

“Menyesuaikan kimia dan mikrostruktur selulosa sangat penting untuk mengoptimalkan stabilitas scaffold, interaksi seluler, profil pelepasan terapeutik, dan kinerja biofabrikasi secara keseluruhan dalam aplikasi rekayasa jaringan dan kedokteran regeneratif.”

Derivat Berbasis Selulosa

Selain selulosa murni, senyawa lain yang diproduksi dari selulosa juga memiliki potensi medis. Misalnya, karboksimetil selulosa (CMC), hidropropil metilselulosa (HPMC), mikrokristalin selulosa (MCC), dan nanocellulose:

• CMC digunakan sebagai bahan penstabil dan pengental dalam komposisi obat.
• HPMC digunakan untuk membuat formulasi pelepasan terkendali yang secara perlahan memberikan obat kepada pasien.
• MCC dikenal karena kualitas pengisi, disintegrasi, dan pengikat yang sangat baik dalam formulasi tablet farmasi.
• Nanocellulose adalah material baru yang berharga untuk aplikasi rekayasa jaringan dan pengiriman obat berkat luas permukaannya yang lebih besar.

Bagaimanapun, selulosa bakteri sering lebih dipilih dibandingkan selulosa berbasis tumbuhan karena kemurniannya yang tinggi, kekuatan mekanik, retensi air, dan biokompatibilitasnya. Ia dapat digunakan sebagai scaffold untuk bioprinting 3D baik jaringan keras maupun lunak, dari kulit hingga otot jantung, karena struktur mikroskopiknya meniru struktur nanofibril matriks ekstraseluler yang mendukung regenerasi jaringan.

Sumber: Next Materials

Selulosa dalam Bioprinting 3D

Metode Bioprinting

Mencetak selulosa dan jaringan dengan scaffold selulosa dapat dilakukan menggunakan berbagai metode, masing‑masing lebih cocok untuk tipe selulosa tertentu.

Sebagai contoh, bioink kaya CNF sangat kompatibel dengan bioprinting berbasis ekstrusi. Sebaliknya, bioprinting inkjet memerlukan optimasi viskositas untuk bekerja dengan bioink selulosa.

Sumber: Next Materials

Selulosa juga tidak harus menjadi satu‑satunya bahan dalam bioink berbasis selulosa. Biomaterial lain dapat menjadi bagian dari campuran untuk meningkatkan kelangsungan hidup sel yang dimasukkan ke dalam bioink.

“Penambahan nanokristal selulosa ke bioink berbasis gelatin dan alginat meningkatkan kualitas mekaniknya dan meningkatkan viabilitas sel, menjadikan campuran ini cocok untuk berbagai penggunaan rekayasa jaringan.”

Aplikasi Bioink Selulosa

Berkat struktur yang dapat disesuaikan, selulosa dapat menjadi solusi yang bagus untuk menyesuaikan kecepatan dan durasi pengiriman obat.

“Perkembangan terbaru dalam metode pemrosesan, seperti pencetakan 3D dan elektrospinning, telah menciptakan peluang baru untuk membuat perangkat pengiriman obat berbasis selulosa dengan kualitas mekanik yang lebih baik dan profil pelepasan yang dapat disesuaikan.”

Untuk rekayasa jaringan, selulosa menciptakan scaffold berharga tempat sel dapat menempel, tumbuh, dan membentuk jaringan sehat baru, karena sifatnya yang berpori memungkinkan pertukaran nutrisi dan limbah sekaligus mendorong adhesi dan proliferasi sel.

Sebagai contoh, selulosa dapat digunakan untuk meniru matriks ekstraseluler pada scaffold kulit dan tulang rawan, menyediakan platform untuk integrasi jaringan dan infiltrasi seluler. Ia juga dapat digunakan dalam produksi jaringan buatan dari sel yang dibudidayakan di laboratorium.

Metode ini dapat diperluas untuk produksi “model organ-on-chip”, sebuah platform untuk pengujian obat yang meniru secara in‑vitro fungsi organ manusia.

Aplikasi lain adalah penyembuhan luka. Ketika dicampur dengan graphene oxide, selulosa menunjukkan sifat antibakteri yang luar biasa. Bersamaan dengan kemampuan scaffold yang meningkatkan migrasi dan proliferasi sel, hal ini berarti bioink selulosa dapat membantu regenerasi jaringan, terutama untuk kulit.

Sumber: Next Materials

Peningkatan di Masa Depan

Di antara peningkatan di masa depan dapat mencakup penggunaan selulosa sebagai material scaffold yang lebih tahan lama, bersama dengan “template pengorbanan”.

“Material pengorbanan seperti gelatin, Pluronic F127, atau kaca karbohidrat dicetak bersamaan dengan bioink yang mengandung selulosa dan kemudian dihilangkan melalui perubahan suhu, pelarutan, atau proses pencucian. Arsitektur berpori yang direkayasa ini secara signifikan meningkatkan kelangsungan hidup sel, pematangan jaringan, dan vaskularisasi pada konstruksi bioprinting tebal.”

Faktor kunci dalam memperbesar skala metode bioprinting 3D apa pun yang menggunakan bioink selulosa juga akan menjadi penciptaan pasokan selulosa yang besar dan konsisten yang memenuhi persyaratan pemurnian yang dapat diprediksi dan stabil, mengatasi tantangan sterilisasi, serta mempertahankan komposisi mikroskopis dan keseragaman.

Berinvestasi dalam Bioprinting

3D Systems

DDD Grafik Harga

3D Systems (DDD ) adalah pemimpin dalam pencetakan 3D, dengan lebih dari 1.000 paten dan kemampuan mencetak 130 material, menghasilkan lebih dari satu juta bagian setiap hari. Ia merupakan salah satu perusahaan pencetakan 3D terbesar di dunia bersama Nano Dimension (NNDM ) setelah periode konsolidasi industri.

3D Systems beralih lebih awal ke bioprinting pada tahun 2017 dengan kolaborasi riset bersama United Therapeutics (UTHR ) (UTHR) untuk organ dan jaringan yang dicetak 3D. Dan mereka mengumumkan kolaborasi dengan CollPlant Biotechnologies (CLGN ) (CLGN) pada tahun 2020 serta akuisisi pembuat bio‑ink Allevia pada tahun 2021.

Aktivitas bioprinting berjalan bersamaan dengan pencetakan 3D implan untuk operasi, dengan total kumulatif 3.000.000 perangkat medis berkomponen seri yang diproduksi, serta gigi palsu yang disesuaikan.

Pada akhir 2025, segmen perawatan kesehatan menyumbang hampir setengah pendapatan perusahaan. Bagian lainnya sebagian besar didorong oleh aplikasi industri, dengan fokus pada pencetakan 3D logam, terutama di sektor dirgantara, dengan total $95,5 juta pada Q1 2026.

Berkat EBITDA positif pada awal 2026, 3D Systems kemungkinan merupakan salah satu saham pencetakan 3D yang “paling aman”, sebagai pemimpin di sektor dalam segmen pencetakan 3D logam yang berkembang pesat dan sudah mapan kuat di segmen perawatan kesehatan, dengan potensi bioink dan pencetakan 3D untuk tumbuh menjadi pusat keuntungan ketiga.

Studi Dirujuk

^{1 . Asma Ashgar, et al. Dari biomassa ke biofabrikasi: Peran selulosa dalam sistem pengiriman obat 3D-printed yang berkelanjutan dan regenerasi jaringan. Next Materials. Volume 13, Oktober D2026, 102601. https://doi.org/10.1016/j.nxmate.2026.102601}