Teknik Baru Memungkinkan Pencetakan 3D Jaringan Otak Fungsional

Pencetakan 3D Organ

Pencetakan 3D, atau manufaktur aditif, secara perlahan merevolusi proses produksi. Ratusan bahan kini tersedia untuk dicetak secara 3D. Namun, bahan yang paling menarik mungkin bukan ditujukan untuk manufaktur, melainkan keperluan medis: jaringan biologis.

Bioprinting suatu hari nanti mungkin memungkinkan pencetakan jantung, hati, atau paru-paru manusia sesuai permintaan dan siap ditransplantasikan. Kami membahasnya dalam artikel “Organ Sesuai Permintaan: Saham Bioprinting 3D Terbaik”.

Sebuah tim peneliti telah mencapai kemajuan baru dalam bioprinting di University of Wisconsin–Madison, yang dipimpin oleh Su-Chun Zhang, profesor ilmu saraf dan neurologi. Mereka berhasil mencetak jaringan otak secara 3D yang dapat tumbuh dan berfungsi seperti jaringan otak normal. Ini merupakan terobosan besar dengan hasil yang jauh lebih baik daripada upaya pencetakan jaringan otak sebelumnya.

Bio-Ink yang Dioptimalkan

Kunci terobosan ilmiah ini adalah menyesuaikan teknik bioprinting yang biasa digunakan dengan kebutuhan khusus neuron.

Biasanya, bioprinting menumpuk sel secara vertikal dengan menggunakan bahan penyangga yang kompleks. Sebaliknya, tim Zhang memilih desain horizontal dan gel tinta biologis yang jauh lebih lunak daripada bahan yang sebelumnya digunakan.

Gel yang lebih lunak memungkinkan neuron tumbuh dan berinteraksi seperti di otak sebenarnya. Gel yang relatif tipis juga memungkinkan penetrasi oksigen yang lebih baik, sementara jaringan yang tumbuh lebih tipis dapat menyerap nutrisi dari gel secara menyeluruh.

Sumber: Cell Stem Cell

Secara keseluruhan, pendekatan ini menghasilkan jaringan yang jauh lebih menyerupai jaringan otak asli dibandingkan model yang sudah ada. Jaringan tersebut tidak hanya lebih saling terhubung, tetapi neuron juga dapat berkomunikasi secara normal, dan sel pendukung dapat ditambahkan. Sel pendukung ini bukan neuron yang terlibat dalam aktivitas saraf, tetapi berperan penting dalam menjaga fungsi dan kesehatan neuron aktif.

Alat Penelitian Baru

Dibandingkan model yang saat ini digunakan, yaitu organoid otak, jaringan otak hasil pencetakan 3D ini jauh lebih realistis dan lebih membantu dalam memahami cara kerja otak sebenarnya.

Sumber: Broad Institute

Dengan mengendalikan sepenuhnya struktur model jaringan otak, peneliti dapat menggunakan teknik ini untuk membuat model realistis kondisi seperti penyakit Alzheimer dan sindrom Down.

“Karena kami dapat mencetak jaringan sesuai desain, kami dapat memiliki sistem terdefinisi untuk melihat bagaimana jaringan otak manusia kami beroperasi. Kami dapat melihat secara sangat spesifik bagaimana sel saraf berkomunikasi satu sama lain dalam kondisi tertentu karena kami dapat mencetak tepat apa yang kami inginkan.”

Karena otak bekerja sebagai jaringan, tingkat keterhubungan yang tinggi akan sangat penting untuk memajukan penelitian dasar.

Keunggulan tambahannya adalah teknik pencetakan baru ini tidak memerlukan peralatan baru. Teknik tersebut dapat dilakukan dengan printer 3D komersial berukuran meja. Analisis neuron juga dapat menggunakan metode umum seperti pencitraan mikroskop dan elektroda, yang sudah lazim di laboratorium neurologi.

Saham Bioprinting

1. BICO Group AB

Tim Profesor Zhang menggunakan printer Cellink untuk mencetak jaringan otak secara biologis.

Pada 2021, Cellink berganti nama menjadi BICO Group setelah mengakuisisi Cytena pada 2019 dan Scienion pada 2020. Cellink tetap menjadi merek untuk bisnis bioprinting.

Bioprinting mencatat penjualan sebesar $16 juta pada kuartal ketiga 2023, di samping $28 juta dari biosains dan $12 juta dari biootomasi.

Sumber: BICO Group AB

Meskipun bukan satu-satunya pemain, Cellink jelas merupakan produsen peralatan bioprinting yang sangat maju. Pencapaian Profesor Zhang dengan mesin tersebut menunjukkan potensinya dalam penelitian neurologi, bidang yang selama ini belum banyak menggunakan bioprinting.

Dalam jangka panjang, perusahaan bioprinting kemungkinan akan berkembang dari penyedia alat penelitian menjadi pemasok terapi bioprinting perusahaan farmasi untuk pasien. Hal ini akan mengubah secara besar-besaran jumlah bioprinter yang digunakan dan, yang lebih penting, volume bahan habis pakai yang terjual setiap bulan.

Proses serupa telah terjadi pada produsen peralatan laboratorium biologi lain, termasuk mesin pengurutan genom dari PacBio (PACB) dan Illumina (ILMN), yang pada akhirnya memperoleh 80% pendapatan dari penjualan berulang bahan habis pakai.

2. Organovo

Teknologi milik Organovo menggunakan jaringan manusia yang dicetak secara 3D untuk meniru aspek penting jaringan manusia asli, termasuk komposisi, struktur, fungsi, dan kondisi penyakit.

Teknologi ini digunakan untuk menemukan molekul baru yang berpotensi terapeutik. Dengan terlebih dahulu memvalidasi kandidat molekul pada model jaringan 3D, perusahaan berharap dapat mengurangi risiko kegagalan uji klinis melalui model sel in vitro yang lebih realistis sebelum pengujian pada manusia.

Pipeline Organovo berfokus pada penyakit radang usus (IBD) dan fibrosis hati, dengan satu program pada fase 2/3 uji klinis dan satu program pada fase 1. Hasil pembuktian konsep (POC) fase 2a diperkirakan tersedia pada paruh kedua 2025.

Sumber: Organovo

Pada 2022, terdapat 2,1 juta kasus kolitis ulseratif di AS dan 13 juta kasus secara global. Penyakit ini merupakan salah satu bentuk IBD dan mewakili pasar senilai $6,6 miliar. Pasar tersebut diperkirakan terus tumbuh dengan laju pertumbuhan tahunan majemuk (CAGR) 6% hingga 2032, menjadi $12 miliar.

Karena Organovo menggunakan simulasi jaringan usus yang realistis, lengkap dengan epitel terpolarisasi dan lapisan interstisial, model in vitro tersebut kemungkinan dapat menggambarkan dengan baik bagaimana obatnya akan bekerja pada pasien.

Sumber: Organovo

Hal ini menjadikan Organovo saham yang menarik bagi investor yang ingin memanfaatkan tahap awal perkembangan bioprinting dan penggunaannya sebagai model bagi perusahaan bioteknologi untuk menemukan terapi baru.