Sebuah tim peneliti di Universitas British Columbia Okanagan (UBCO) telah mengembangkan model 3D-bioprinted yang mereplikasi struktur dan sifat mekanik jaringan paru-paru manusia. Tujuannya adalah untuk menyediakan sistem in-vitro yang dapat direproduksi untuk mempelajari penyakit pernapasan dan mengembangkan obat baru.
Model ini didasarkan pada hidrogel yang terdiri dari gelatin yang peka terhadap cahaya, gelatin yang dimodifikasi polimer, dan polietilen glikol diakrilat. Bahan bioink ini memungkinkan pencetakan berbagai jenis sel serta saluran yang meniru pembuluh darah.
“Untuk melakukan penelitian dan pengujian yang diperlukan – di mana kami mempelajari mekanisme penyakit paru-paru yang kompleks untuk menemukan target obat baru – kami harus dapat membuat model yang sebanding dengan jaringan manusia.”
“Tujuan kami adalah untuk membuat model in vitro yang lebih relevan secara fisiologis dari saluran napas manusia,” kata Dr. Emmanuel Osei, Asisten Profesor di Fakultas Sains Irving K. Barber. “Dengan mengintegrasikan komponen vaskular, kami dapat mensimulasikan lingkungan paru-paru dengan lebih baik, yang sangat penting untuk mempelajari penyakit dan menguji terapi.”
Dalam pengujian, jaringan bioprinted bereaksi serupa dengan jaringan paru-paru alami. Sebagai contoh, percobaan dengan ekstrak asap rokok menunjukkan peningkatan pelepasan sitokin pro-inflamasi – molekul pembawa pesan yang mengindikasikan proses inflamasi. Reaksi semacam itu merupakan inti dari penyakit seperti PPOK, asma, dan fibrosis paru.
Hingga saat ini, para peneliti harus bergantung pada jaringan yang disumbangkan pasien, yang membatasi kuantitas dan kualitas. Melalui bioprinting, sel yang diisolasi sekarang dapat diproses menjadi model jaringan baru dan tersedia dalam jumlah yang lebih besar untuk eksperimen. Hal ini tidak hanya meningkatkan ketersediaan tetapi juga meningkatkan komparabilitas hasil.
“Namun, seorang peneliti tidak memiliki kendali atas berapa banyak jaringan yang akan mereka terima,” jelasnya. “Mereka mungkin mendapatkan sepotong kecil jaringan, yang mereka bawa ke laboratorium dan menambahkan berbagai bahan kimia untuk pengujian. Sekarang, dengan bioprinting 3D, kami dapat mengisolasi sel dari jaringan yang disumbangkan ini dan berpotensi menciptakan jaringan tambahan dan menguji sampel untuk melakukan penelitian di laboratorium kami dan tidak bergantung atau menunggu jaringan yang disumbangkan.”
“Fakta bahwa kami mampu menciptakan model, kemudian menggunakan pemicu tertentu seperti asap rokok, untuk mendemonstrasikan bagaimana model tersebut akan bereaksi dan meniru aspek-aspek penyakit paru-paru merupakan kemajuan yang signifikan dalam mempelajari mekanisme kompleks penyakit paru-paru yang akan membantu dalam mempelajari bagaimana kita mengobatinya,” kata Dr.
“Model kami rumit, tetapi karena reproduktifitas dan sifat bio-printing yang optimal, model ini dapat diadaptasi untuk menyertakan jenis sel tambahan atau sel yang berasal dari pasien, menjadikannya alat yang ampuh untuk pengobatan yang dipersonalisasi dan pemodelan penyakit.”
Penelitian ini, yang diterbitkan dalam Bioteknologi dan Bioteknologi dan didukung oleh Mitacs dan Providence Health Care, merupakan langkah penting menuju model penyakit yang dipersonalisasi. Dalam jangka panjang, teknik ini dapat membantu menguji obat secara spesifik untuk pasien dan mempersiapkan uji klinis secara lebih efektif.
