Langkah-Langkah Bermakna Menuju Kecerdasan Organoid yang Diambil

Kecerdasan Buatan (AI) telah menjadi istilah yang familiar di dunia teknologi saat ini, membentuk banyak aspek kehidupan sehari-hari kita. Namun, ada frontier baru yang muncul dalam ranah ilmu pengetahuan – Organoid Intelligence (OI) – yang, meskipun tidak seluas dikenal seperti AI, memiliki potensi luar biasa. Tetapi apa sebenarnya Organoid Intelligence, dan mengapa ia menarik perhatian di kalangan ilmiah?

Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) mendefinisikan Organoid Intelligence sebagai “upaya kolektif untuk mempromosikan penggunaan organoid otak—massa bulat kecil jaringan otak yang ditumbuhkan dari sel punca—untuk komputasi, penelitian obat, dan sebagai model untuk mempelajari pada skala kecil bagaimana otak lengkap dapat berfungsi.”

Organisasi tersebut juga menunjukkan dua penelitian terobosan yang telah memungkinkan pengembangan organoid. Kami akan membahas penelitian tersebut sebentar lagi. Namun sebelum itu, kami akan menyelami lebih dalam apa yang dipikirkan komunitas ilmiah tentang potensi Organoid Intelligence.

Tim peneliti yang peduli percaya bahwa sistem biokomputasi berbasis OI akan memungkinkan pengambilan keputusan yang lebih cepat. Sistem ini akan membantu belajar secara kontinu selama tugas dan memperkenalkan efisiensi energi serta data yang lebih tinggi pada proses tersebut. Hal ini juga akan membantu memahami patofisiologi di balik penyakit perkembangan dan degeneratif yang sangat merusak seperti demensia. Secara wajar, hal ini juga akan membantu pengobatan penyakit tersebut dengan mengidentifikasi pendekatan terapeutik baru.

Mengingat kemampuan OI yang luar biasa untuk berbuat baik, berbagai langkah bermakna menuju Organoid Intelligence (OI) sedang diambil. Kami akan melihatnya dalam segmen berikutnya. Namun kami akan memulai dengan dua penelitian terobosan tentang pengembangan organoid yang telah kami sebutkan sebelumnya.

Organoid yang Dihasilkan dari Sel Punca Pluripoten Induksi

Organoid yang berasal dari IPSC muncul dalam diskusi selama wabah COVID-19. Sebuah makalah penelitian ilmiah merinci organoid saluran napas, organoid otak, organoid usus, organoid hati, organoid pembuluh darah, organoid ginjal, organoid telinga bagian dalam, dll yang berasal dari IPSC. Mengingat variasi ini, diskusi kami kini akan mempersempit fokus secara khusus pada bagian organoid otak.

Makalah tersebut mencantumkan tiga poin penting: 

• Untuk pertama kalinya, ilmuwan mengembangkan organoid otak menggunakan diferensiasi spontan dari embryoid bodies (EBs).
• Organoid otak pertama sangat heterogen.
• Heterogenitas tersebut mendorong peneliti mengembangkan organoid otak spesifik wilayah dengan memengaruhi jalur sinyal tertentu.

Penelitian lain yang membantu pengembangan organoid berkaitan dengan teknik kultur sel 3D.

Kultur Sel 3D

Motivasi di balik pengembangan teknik kultur sel 3D berasal dari ketidakmemampuan yang diamati pada kultur sel dua dimensi. Praktik dan metode kultur sel dua dimensi gagal mereproduksi anatomi atau fisiologi jaringan untuk studi yang informatif atau berguna.

Teknik kultur sel 3D – di sisi lain – lebih mendekati fisiologi hewan dan manusia. Dan seiring kedewasaannya, teknik ini akan membantu merancang dan mengembangkan ko-kultur. Teknik ini dapat berguna dalam merekayasa jaringan untuk pengiriman klinis dan mengembangkan model untuk skrining obat.

Kemajuan seperti itu dalam kultur sel 3D juga penting dalam penelitian seputar organoid yang berasal dari IPSC dan kecerdasan organoid. IPSC, misalnya, dapat berkembang menjadi sel apa pun yang ditemukan dalam tubuh hewan.

Teknik kultur 3D dan metode scaffold 3D, khususnya, membantu ahli biologi menumbuhkan jaringan saraf yang berasal dari IPSC secara vertikal dan horizontal, membuka jalan untuk mengembangkan jaringan interneuronal yang diamati dalam otak hewan.

Mereplikasi jaringan rumit ini membantu menyelami lebih dalam kecerdasan organoid dan mengembangkan metode yang lebih canggih.

Komputasi Reservoir Organoid Otak untuk AI

Penelitian yang dipublikasikan di jurnal Nature Electronics menunjukkan pencapaian yang tercatat dalam perangkat keras komputasi yang terinspirasi otak yang meniru struktur dan prinsip kerja otak. Peneliti percaya bahwa pengembangan ini berpotensi mengatasi keterbatasan AI saat ini. 

Penelitian tersebut, khususnya, melaporkan pendekatan perangkat keras AI yang memanfaatkan komputasi reservoir adaptif dari jaringan saraf biologis dalam organoid otak. Pendekatan ini disebut Brainoware. Ia berfokus pada melakukan komputasi dengan mengirim dan menerima informasi dari organoid otak melalui array multielektroda berkapasitas tinggi.

Sintesis Semikonduktor Organik: Membuka Horizon Baru untuk Perangkat Elektronik Super-Efisien

A tim peneliti di Departemen Kimia UNIST memfasilitasi ruang untuk lebih membuka peluang inovasi dengan mencapai terobosan dalam sintesis semikonduktor organik. Para peneliti melaporkan sintesis dan karakterisasi turunan antrasen B2N2 dengan unit BNBN yang terbentuk dengan mengubah unit BOBN pada tepi zigzag. Temuan ini diharapkan membantu mengembangkan antrasen yang lebih besar dengan banyak unit BN yang akan memiliki banyak aplikasi dalam elektronik organik. 

Menurut Songhua Jeong, penulis pertama studi ini:

“Studi kami tentang antrasen, sejenis antrasen yang secara luas diakui sebagai semikonduktor organik, telah meletakkan dasar bagi kemajuan masa depan di bidang ini.” 

Bapak Jeong selanjutnya mengatakan: 

“Ikatan BN berkelanjutan yang disintesis melalui penelitian ini memiliki potensi besar untuk aplikasi dalam semikonduktor organik.”

Dengan beragam penelitian yang membuka jalur bagi Organoid Intelligence untuk berkembang, para ahli di bidang ini mengatakan bahwa kecerdasan organoid mungkin menjadi cukup kuat untuk menggerakkan komputer kita di masa depan. 

Masa depan tidak lagi tampak tidak realistis, di mana sel otak yang ditumbuhkan di laboratorium dapat menyimpan dan mengambil kembali sejumlah besar data dengan kebutuhan energi yang lebih kecil. Dengan skala lebih lanjut yang tercapai, solusi ini bahkan dapat mengembangkan kesadaran untuk berpikir atau merasakan secara mandiri. 

Organoid Intelligence: Lokakarya dan Pendanaan

Berbagai upaya sedang berlangsung untuk memperdalam pembahasan tentang potensi organoid intelligence. 

Antara 22 hingga 24 Februari 2022, John Hopkins University menyelenggarakan lokakarya Organoid Intelligence. Tujuannya adalah membentuk komunitas OI dan merumuskan dasar untuk menjadikan OI sebagai disiplin ilmiah baru. Motivasi di balik lokakarya tersebut berasal dari keyakinan bahwa OI dapat secara radikal mengubah komputasi, penelitian neurologis, dan pengembangan obat. 

Validasi lebih lanjut atas potensi OI muncul ketika Direktorat Rekayasa National Science Foundation Amerika Serikat merencanakan satu area baru untuk program Emerging Frontiers in Research and Innovation (EFRI) pada tahun fiskal 2024, dan disebut ‘Engineering Organoid Intelligence.’ 

NSF dikenal karena mendukung penelitian ilmu pengetahuan dan rekayasa serta orang-orang yang terkait dengan menyediakan fasilitas, instrumen, dan pendanaan. NSF memiliki anggaran sebesar US$9,5 miliar pada tahun fiskal 2023. Dana ini menjangkau semua lima puluh negara bagian di AS melalui hibah yang diberikan kepada hampir 2.000 perguruan tinggi, universitas, dan institusi.

Topik ‘Engineering Organoid Intelligence’ ditujukan untuk mendukung penelitian fundamental tentang pengembangan biokomputer rekayasa melalui organoid otak. NSF mempercayai bahwa kultur Organoid akan segera memiliki antarmuka dengan elektronik untuk memberikan input dan mengekspor output ke sistem digital eksternal.

Selain universitas, institusi riset, dan departemen pemerintah, banyak perusahaan telah mengangkat tujuan untuk memajukan organoid intelligence. Kami kini akan melihat beberapa perusahaan tersebut dan upaya mereka. 

#1. Final Spark

Didirikan oleh Martin Kutter dan Fred Jordan pada tahun 2014 dan berbasis di Swiss, Final Spark memperjuangkan prosesor chip biologis yang mengonsumsi jauh lebih sedikit energi. 

As claimed by the startup, it has tested 10 juta neuron sudah dalam upayanya membangun mesin berpikir dari neuron manusia hidup yang berasal dari kulit. 

Startup ini memanfaatkan teknik kultur sel canggih untuk menunjukkan kemampuan komputasi mandiri dalam penciptaan model AI masa depan. 

#2. BiologiC and NVIDIA

BiologiC Technologies, sebuah perusahaan yang berbasis di Cambridge, Inggris, dikenal karena biokomputernya, yang perusahaan definisikan sebagai “platform bioproses otomatis yang dapat diprogram dan dikonfigurasi ulang untuk berbagai aplikasi biologis.” 

Arsitektur perangkat keras yang dipatenkan dari solusi ini memiliki empat modul inti: 

• Inti routing lanjutan membantu mengangkut cairan dan biogas melalui sistem.
• Blok input dan output membantu mengontrol pemuatan bahan mentah dan keluaran produk bio akhir.
• Model BPU membantu aktivitas bioproses seperti pertumbuhan sel, transkripsi in-vitro, dll.
• Akhirnya, modul inti sensor membantu pemantauan real-time lingkungan bioproses.

Pada 13 Maret 2023, BiologiC Technologies bergabung dengan NVIDIA (NVDA ) Inception, sebuah program yang akan membantu BiologiC mengintegrasikan edge computing dan AI ke dalam biokomputer mereka. Integrasi ini pada akhirnya akan membantu biokomputer BiologiC memberikan peningkatan revolusioner pada fasilitas pemrosesan biologi mereka dan mengurangi ancaman penyakit secara berkelanjutan, mudah diakses, dan terjangkau. 

Menurut informasi yang tersedia, CPI Enterprises berinvestasi di BiologiC. CPI berinvestasi dalam teknologi mendalam berpotensi tinggi untuk perusahaan agar dapat berkembang cepat, memainkan peran ganda sebagai investor dan penyedia dukungan teknis.

Menurut Frank Millar, chief executive CPI: 

“Setelah berkolaborasi secara dekat selama periode yang panjang, kami terkesan dengan kecepatan pelaksanaan dan daya tarik komersial BiologIC. Kami melihat keunggulan kuat dalam sistem bio-komputer BiologIC dan kemampuan untuk meningkatkan produktivitas bioproses relatif terhadap kompetisi di sektor ini.”

Pada 21 November 2023, NVIDIA melaporkan pendapatan untuk kuartal ketiga yang berakhir pada 29 Oktober 2023, sebesar $18,12 miliar, naik 206% dibandingkan tahun lalu dan naik 34% dibandingkan kuartal sebelumnya.

#3. BioMap and MBUZAI: Upaya Bersama dalam Membuat Laboratorium Biokomputasi 

Pada 14 Maret 2023, BioMap menjalin kolaborasi strategis dengan Mohamed bin Zayed University of Artificial Intelligence (MBZUAI) untuk memperkenalkan laboratorium riset inovasi biokomputasi pertama di Timur Tengah dan memenuhi kebutuhan skenario ilmu kehidupan di wilayah tersebut. 

Kerjasama ini akan mengeksplorasi model bio-komputasi lintas-modus BioMap, xTrimo (Cross-model Transformer Representation of Interactome and Multi-Omics), dalam mencapai model ilmu kehidupan skala besar dalam generasi protein, prediksi struktur protein, prediksi fungsi sel, dan tugas ilmu kehidupan lainnya.

Fokusnya akan pada mencapai terobosan dalam protein yang dihasilkan AI (AIGP) untuk membantu kebutuhan wilayah Timur Tengah dalam kesehatan medis, desain obat, energi, dan perlindungan lingkungan.

Selain desain protein, kemampuan BioMap juga akan membantu mencapai kemampuan karakterisasi sel yang kuat, pemodelan sel imun pertama yang tepat, dan lainnya.

Didirikan bersama oleh CEO Baidu Robin Li, BioMap membantu menggabungkan AI kelas teratas dan kemampuan biotek untuk mengatasi masalah paling krusial dalam industri ilmu kehidupan, seperti penemuan target, desain obat de-novo, dan optimasi enzim.

The biological computing Chinese startup mengumpulkan lebih dari US$100 juta dalam pendanaan seri A, menurut laporan yang dipublikasikan pada Agustus 2021. Putaran tersebut dipimpin oleh CGV Capital. Investor lain termasuk Baidu, Legend Capital, Bluerun Ventures, dan Xianghe Capital.

Ke Mana Arah OI?

Tidak diragukan lagi, OI telah menarik imajinasi komunitas ilmiah. Perusahaan teknologi canggih dan para pemikir juga menginvestasikan sumber daya. Namun, bagaimana masa depan OI akan terbentuk, akan bergantung pada beberapa aspek krusial yang terkait dengan sifat perkembangannya. 

Keberhasilan OI sebagai inovasi teknologi revolusioner akan bergantung pada seberapa cepat, efisien, dan kuat ia dapat menjadi dibandingkan dengan komputasi berbasis silikon dan AI. Selain itu, standar kecepatan, efisiensi, dan daya yang ditingkatkan harus memiliki permintaan energi yang lebih rendah agar lebih menarik dan ekonomis.

Di masa depan, OI perlu menjadi benar-benar multidisiplin karena merupakan latihan yang sangat kompleks dan rumit untuk menskalakan organoid otak saat ini menjadi struktur 3D yang tahan lama. Struktur ini akan penuh dengan sel dan gen yang membantu manusia mempelajari hal-hal baru yang kompleks.

Selain itu, merancang biokomputer ideal akan memerlukan menghubungkan organoid ini dengan perangkat input dan output mutakhir, khususnya yang elektronik dilengkapi dengan sistem AI dan pembelajaran mesin kelas atas.

Peneliti di bidang ini percaya bahwa ada kebutuhan besar akan model, algoritma, dan teknologi antarmuka baru serta canggih untuk membangun komunikasi yang efektif dan bermakna dengan organoid otak ini. Untuk menghasilkan output terbaik, pembuat harus memahami bagaimana organoid belajar, menghitung, memproses, dan menyimpan data.

Lingkup data, seperti yang sudah terlihat, akan sangat besar dan masif dalam volume.

Selama periode interim, penelitian OI juga akan membantu meningkatkan pemahaman kita tentang bagaimana otak dan jaringan sarafnya yang dalam dan rumit berfungsi. Pemahaman ini akan membantu merawat pasien yang menderita penyakit neurologis dengan lebih baik.

Akhirnya, meniru kemampuan otak manusia dalam lingkungan laboratorium dapat menjadi pencapaian dengan konsekuensi yang sangat besar. Potensi penyalahgunaan dapat menjadi sangat tinggi. Oleh karena itu, sejak awal, komunitas ilmiah harus memastikan bahwa penelitian dan pengembangan seputar OI tetap sangat sensitif terhadap sistem etika masyarakat kita. Kerangka etika tidak boleh kurang dari paradigma penentu bagi OI untuk berkembang di masa depan.

Klik di sini untuk daftar saham biotek paling menjanjikan.