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

Sebuah tim peneliti di Departemen Kimia UNIST membuka peluang inovasi lebih lanjut dengan mencapai terobosan dalam sintesis semikonduktor organik. Para peneliti melaporkan sintesis dan karakterisasi turunan antrasen B2N2 dengan unit BNBN yang dibentuk dengan mengubah unit BOBN pada tepi zigzag. Temuan ini diharapkan membantu pengembangan asena yang lebih besar dengan beberapa unit BN untuk beragam aplikasi dalam elektronik organik.

Menurut Songhua Jeong, penulis pertama studi ini:

“Studi kami mengenai antrasen, salah satu jenis asena yang dikenal luas sebagai semikonduktor organik, telah meletakkan dasar bagi kemajuan masa depan di bidang ini.”

Jeong selanjutnya mengatakan:

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

Dengan beragam penelitian yang membuka jalan bagi perkembangan Organoid Intelligence, para ahli di bidang ini mengatakan bahwa kecerdasan organoid kelak dapat menjadi cukup kuat untuk mengoperasikan komputer.

Masa depan ketika sel otak yang ditumbuhkan di laboratorium menyimpan dan mengambil data dalam jumlah besar dengan kebutuhan energi lebih rendah kini tidak lagi tampak mustahil. Jika berhasil ditingkatkan skalanya, solusi ini bahkan dapat mengembangkan kesadaran untuk berpikir atau merasakan sendiri.

Organoid Intelligence: Lokakarya dan Pendanaan

Beragam upaya sedang dilakukan untuk membahas lebih lanjut potensi kecerdasan organoid.

Antara 22 dan 24 Februari 2022, Johns Hopkins University menyelenggarakan lokakarya Organoid Intelligence pertama. Tujuannya adalah membentuk komunitas OI dan merumuskan landasan untuk menetapkan OI sebagai disiplin ilmiah baru. Lokakarya ini didorong oleh keyakinan bahwa OI dapat mengubah komputasi, penelitian neurologis, dan pengembangan obat secara radikal.

Pengakuan lebih lanjut atas potensi OI muncul ketika Direktorat Rekayasa National Science Foundation Amerika Serikat merencanakan bidang baru untuk program Emerging Frontiers in Research and Innovation pada tahun fiskal 2024, yaitu “Engineering Organoid Intelligence”.

NSF dikenal mendukung penelitian serta tenaga ilmu pengetahuan dan rekayasa dengan menyediakan fasilitas, instrumen, dan pendanaan. NSF memiliki anggaran US$9,5 miliar pada tahun fiskal 2023. Dana tersebut menjangkau seluruh lima puluh negara bagian AS melalui hibah kepada hampir 2.000 perguruan tinggi, universitas, dan lembaga.

Topik “Engineering Organoid Intelligence” ditujukan untuk mendukung penelitian dasar mengenai pengembangan biokomputer rekayasa melalui organoid otak. NSF meyakini bahwa kultur organoid akan segera memiliki antarmuka elektronik untuk menerima masukan dan mengirim keluaran ke sistem digital eksternal.

Selain universitas, lembaga penelitian, dan instansi pemerintah, banyak perusahaan ikut mendorong kemajuan kecerdasan organoid. Berikut beberapa perusahaan tersebut beserta upayanya.

#1. Final Spark

Final Spark didirikan oleh Martin Kutter dan Fred Jordan pada 2014 dan berbasis di Swiss. Perusahaan ini mengembangkan prosesor chip biologis yang mengonsumsi jauh lebih sedikit energi.

Menurut startup tersebut, perusahaan telah menguji 10 juta neuron 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 bagi pembuatan model AI masa depan.

#2. BiologiC dan NVIDIA

BiologiC Technologies, perusahaan yang berbasis di Cambridge, Inggris, dikenal melalui biokomputernya, yang didefinisikan perusahaan sebagai “platform bioproses otomatis, dapat diprogram, dan dapat dikonfigurasi ulang untuk beragam aplikasi biologis”.

Arsitektur perangkat keras berpaten milik solusi ini memiliki empat modul inti:

• Inti perutean canggih membantu mengangkut cairan dan biogas melalui sistem.
• Blok masukan dan keluaran membantu mengendalikan pemuatan bahan baku dan keluaran bioproduk akhir.
• Modul BPU membantu aktivitas bioproses seperti pertumbuhan sel dan transkripsi in vitro.
• Modul inti sensor membantu memantau lingkungan bioproses secara waktu nyata.

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

Menurut informasi yang tersedia, CPI Enterprises berinvestasi di BiologiC. CPI berinvestasi pada perusahaan deep tech berpotensi tinggi agar dapat berkembang dengan cepat, sekaligus berperan sebagai investor dan penyedia dukungan teknis.

Menurut Frank Millar, kepala eksekutif CPI:

“Setelah bekerja sama erat dalam waktu yang panjang, kami terkesan dengan kecepatan pelaksanaan dan kemajuan komersial BiologIC. Kami melihat keunggulan besar dalam sistem biokomputer BiologIC dan kemampuannya meningkatkan produktivitas bioproses dibandingkan pesaing di sektor ini.”

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

#3. BioMap dan MBZUAI: Upaya Bersama Membangun Laboratorium Biokomputasi

Pada 14 Maret 2023, BioMap menjalin kerja sama strategis dengan Mohamed bin Zayed University of Artificial Intelligence (MBZUAI) untuk menghadirkan laboratorium riset inovasi biokomputasi pertama di Timur Tengah dan memenuhi kebutuhan bidang ilmu hayati di kawasan tersebut.

Kerja sama ini akan mengeksplorasi model biokomputasi lintas-modal BioMap, xTrimo (Cross-model Transformer Representation of Interactome and Multi-Omics), untuk membangun model ilmu hayati berskala besar dalam pembuatan protein, prediksi struktur protein, prediksi fungsi sel, dan tugas ilmu hayati lainnya.

Fokusnya adalah mencapai terobosan dalam protein yang dihasilkan AI (AIGP) untuk memenuhi kebutuhan Timur Tengah dalam bidang kesehatan, perancangan obat, energi, dan perlindungan lingkungan.

Selain perancangan protein, kemampuan BioMap juga akan membantu menghadirkan karakterisasi sel yang kuat, pemodelan presisi pertama atas sel imun, dan lainnya.

BioMap, yang turut didirikan CEO Baidu Robin Li, menggabungkan kemampuan terbaik dalam AI dan bioteknologi untuk mengatasi masalah terpenting dalam industri ilmu hayati, seperti penemuan target, perancangan obat de novo, dan optimalisasi enzim.

Startup biokomputasi asal Tiongkok ini mengumpulkan lebih dari US$100 juta dalam pendanaan Seri A menurut laporan Agustus 2021. Putaran tersebut dipimpin CGV Capital, dengan investor lain termasuk Baidu, Legend Capital, Bluerun Ventures, dan Xianghe Capital.

Ke Mana Arah OI?

OI tidak diragukan lagi telah memikat komunitas ilmiah. Perusahaan teknologi canggih dan para ahli juga menanamkan sumber daya. Namun, bentuk masa depan OI akan bergantung pada beberapa aspek penting yang berkaitan dengan sifat perkembangannya.

Keberhasilan OI sebagai inovasi teknologi revolusioner akan bergantung pada seberapa cepat, efisien, dan kuat teknologi ini dibandingkan komputasi berbasis silikon dan AI. Selain itu, peningkatan kecepatan, efisiensi, dan daya harus disertai kebutuhan energi yang lebih rendah agar OI lebih menarik dan hemat biaya.

Di masa depan, OI perlu benar-benar bersifat multidisiplin karena meningkatkan skala organoid otak saat ini menjadi struktur 3D yang tahan lama merupakan pekerjaan yang sangat rumit. Struktur tersebut akan dipenuhi sel dan gen yang membantu manusia mempelajari hal-hal baru dan kompleks.

Selain itu, pembuatan biokomputer ideal memerlukan penghubungan organoid ini dengan perangkat masukan dan keluaran mutakhir, terutama perangkat elektronik yang dilengkapi sistem AI dan pembelajaran mesin tingkat lanjut.

Para peneliti meyakini bahwa model, algoritma, dan teknologi antarmuka baru yang canggih sangat dibutuhkan untuk membangun komunikasi yang efektif dan bermakna dengan organoid otak. Agar menghasilkan keluaran terbaik, pengembang perlu memahami bagaimana organoid belajar, menghitung, memproses, dan menyimpan data.

Cakupan data, sebagaimana sudah terlihat, akan sangat besar.

Sementara itu, penelitian OI juga akan meningkatkan pemahaman tentang cara kerja otak beserta jaringan neurologisnya yang dalam dan rumit. Pemahaman ini akan membantu memberikan perawatan yang lebih baik kepada pasien penyakit neurologis.

Terakhir, mereplikasi kemampuan otak manusia di lingkungan laboratorium dapat menjadi pencapaian dengan konsekuensi sangat besar. Potensi penyalahgunaannya pun dapat tinggi. Karena itu, sejak awal komunitas ilmiah harus memastikan penelitian dan pengembangan OI tetap sangat peka terhadap sistem etika masyarakat. Kerangka etika harus menjadi paradigma utama agar OI dapat berkembang di masa depan.

Klik di sini untuk melihat daftar saham bioteknologi paling menjanjikan.