Berbagai Bagian Tubuh Kini Berhasil Dikembangkan di Laboratorium

Secara tidak disadari sel-sel individual dalam tubuh manusia terus-menerus berganti saat rusak. Misalnya, lapisan luar kulit atau biasa disebut kulit ari akan terkelupas dan berganti oleh lapisan di bawahnya kira-kira setiap empat pekan.

Namun, meregenerasi organ dan bagian tubuh yang lengkap berada di luar cakupan biologi manusia menjadi sebuah tantangan. Meskipun demikian, dalam beberapa tahun terakhir, para ilmuwan telah berhasil menumbuhkan berbagai replika bagian tubuh manusia di laboratorium.

Beberapa bagian tubuh yang ditumbuhkan di laboratorium diantaranya adalah organ miniatur atau organoid, yang tumbuh dari sel sel punca atau sel induk (stem cell), dan model organ-on-a-chip, di mana sel-sel dari jaringan tertentu tumbuh pada perangkat seukuran kartu kredit yang meniru kondisi fisiologis organ dalam tubuh.

Dengan pendekatan tersebut memungkinkan para ilmuwan untuk mempelajari organ manusia selama sehat dan sakit pada tingkat akurasi yang tidak mungkin dilakukan dengan model hewan. Dengan demikian, diharapkan bahwa pendekatan ini akan membantu mempercepat pengembangan obat-obatan baru.

Tuba fallopi merupakan salah satu bagian tubuh yang berhasil ditumbuhkan di laboratorium. Pada tahun 2015, para ilmuwan menggunakan sel punca di cawan laboratorium untuk menumbuhkan lapisan seluler terdalam tuba fallopi manusia, struktur yang menghubungkan ovarium dan rahim.

Para peneliti menggambarkan organoid yang dihasilkan memiliki fitur yang sama dengan tuba fallopi berukuran asli seperti bentuknya yang khas. Mereka bahkan dapat mengidentifikasi dua jalur pensinyalan yang diperlukan untuk pertumbuhan organoid yang berkelanjutan.

Selain tuba fallopi adalah otak. Selama dekade terakhir, para peneliti telah mengembangkan versi miniatur 3D otak manusia atau “otak mini” yang semakin canggih di laboratorium. Para ilmuwan telah mengembangkan model mini otak embrionik manusia dan sumsum tulang belakang.

Otak mini yang memiliki mata sendiri dan model yang secara khusus tumbuh dari jaringan otak janin. Organoid otak bahkan sedang tumbuh di luar angkasa untuk mempelajari percepatan penuaan dan perkembangan penyakit neurologis seperti penyakit Alzheimer.

Selanjutnya adalah jantung, Pada tahun 2024, para ilmuwan menggunakan sel punca untuk menumbuhkan jantung manusia mini di laboratorium. Jantung replika ini, yang lebih kecil dari sebutir beras, memiliki pembuluh darah dan semua jenis sel yang biasanya ditemukan di jantung manusia. Jantung tersebut bahkan berdetak seperti jantung asli.

Secara terpisah, para peneliti juga mengembangkan apa yang disebut perangkat jantung-pada-chip untuk mempelajari penyakit jantung, serta bagaimana jantung sembuh setelah cedera, dan untuk mengevaluasi keamanan dan kemanjuran obat-obatan baru. Model-model tersebut juga telah dikirim ke luar angkasa untuk menguraikan bagaimana gravitasi mikro mempengaruhi jantung.

Organ Lain

Selanjutnya adalah ginjal mini. Pada tahun 2015, para ilmuwan menumbuhkan ginjal mini di laboratorium. Organoid yang berisi semua jenis sel yang ditemukan di ginjal manusia, tumbuh dari sel induk menggunakan kombinasi bahan kimia pemicu pertumbuhan.

“Organoid tersebut menyerupai ginjal janin yang sedang berkembang dan dapat digunakan untuk pengujian obat,” kata tim yang mengembangkannya dalam pernyataan terkait dikutip dari Livescience.

Para peneliti telah menumbuhkan organoid paru-paru 3D di laboratorium yang mengembangkan struktur saluran napas yang disebut bronkus dan kantung paru-paru kecil yang dikenal sebagai alveoli. Hasilnya bagian tumbuh buatan ini dapat merespons jaringan nyata.

“Paru-paru mini ini dapat meniru respons jaringan nyata dan akan menjadi model yang baik untuk mempelajari bagaimana organ terbentuk [dan] berubah seiring penyakit, dan bagaimana organ tersebut dapat merespons obat baru,” kata Jason Spence, salah satu penulis studi senior dan profesor kedokteran dalam, rekayasa biomedis, serta biologi sel dan perkembangan di Fakultas Kedokteran Universitas Michigan, dalam sebuah pernyataan.

Paru-paru mini tersebut bertahan di laboratorium selama lebih dari 100 hari.

Pada tahun 2014, para ilmuwan yang dipimpin Jim Wells, seorang profesor biologi perkembangan di Pusat Medis Rumah Sakit Anak Cincinnati berhasil menumbuhkan lambung mini di cawan laboratorium.

“Organoid tersebut membutuhkan waktu sekitar satu bulan untuk berkembang dan membentuk struktur berongga berbentuk oval” yang bagian dalamnya berlipat-lipat seperti yang terlihat di lambung manusia,” kata dia.

Lambung mungil tersebut, yang berdiameter sekitar 0,1 inci (3 milimeter), akan sangat membantu para ilmuwan yang mempelajari efek spesies bakteri tertentu yang disebut Helicobacter pylori yang menyebabkan penyakit lambung.

Pada tahun 2014, sebuah studi yang diterbitkan dalam jurnal The Lancet menggambarkan keberhasilan transplantasi vagina yang ditumbuhkan di laboratorium pada empat pasien remaja berusia antara 13 dan 18 tahun. Organoid dibuat dengan memelihara sel-sel pasien pada perancah berbentuk vagina di laboratorium.

Organoid tersebut ditransplantasikan ke pasien dengan harapan dapat memperbaiki cacat bawaan di mana vagina dan rahim tidak ada atau tidak berkembang. Para remaja tersebut diperiksa setiap tahun selama delapan tahun setelah operasi transplantasi, selama waktu tersebut organ-organ tersebut berfungsi normal, memungkinkan hubungan seksual tanpa rasa sakit, demikian laporan tim tersebut.

Hampir satu dekade kemudian, para ilmuwan mengembangkan vagina-on-a-chip pertama di dunia. Perangkat tersebut berukuran sekitar 1 inci (2,54 sentimeter) dan berisi sel manusia hidup yang dapat diinokulasi dengan bakteri yang biasanya berada di vagina manusia.

Para ilmuwan juga telah menumbuhkan penis sebagai jaringan ereksi penis di laboratorium menggunakan sel-sel dari kelinci. Penis yang ditumbuhkan ini dikembangkan pada tahun 2014, dapat ditransplantasikan ke kelinci jantan, yang kemudian berhasil kawin. Tujuannya adalah agar organoid penis ini dapat diberikan kepada pria dengan cedera pangkal paha atau kelainan bawaan, seperti tentara yang terluka dalam pertempuran.  hay/I-1