Teknologi Organoid dan Kawat Nano untuk Perbaiki Kerusakan Jantung

Setelah serangan jantung umumnya terjadi kerusakan permanen akibat terhambatnya aliran darah. Pendekatan revolusioner organoid jantung dan kawat nano mampu memperbaiki jantung yang rusak dan meningkatkan fungsi jantung hingga 69 persen.

Penyakit jantung menjadi salah satu penyebab kematian utama di dunia. Serangan jantung merupakan salah satu manifestasi umum dari penyakit ini. Hal ini terjadi ketika suplai darah ke jantung terhambat, menyebabkan kekurangan oksigen dan nutrisi dan mengakibatkan kerusakan jaringan yang tidak dapat diperbaiki.

Meskipun stent dan obat-obatan efektif dalam membuka kembali pembuluh darah yang tersumbat, namun tidak memperbaiki kerusakan jaringan jantung. Hal ini berisiko menyebabkan terjadinya komplikasi di masa depan.

Untuk mengatasi masalah tersebut para peneliti dari Medical University of South Carolina (MUSC) dan Clemson University (CU) telah memperkenalkan pendekatan inovatif terhadap perbaikan jantung dengan menggunakan organoid jantung dan kawat nano (nano wired cardiac and organoid) karena teknik ini secara signifikan mampu memulihkan fungsi jantung dalam model praklinis.

Organoid adalah versi miniatur dan sederhana dari sebuah organ yang diproduksi di laboratorium dan memiliki bentuk tiga dimensi dan anatomi yang mirip organ sungguhan. Organoid dibuat dari satu atau sejumlah sel dari suatu jaringan, dari sel punca embrionik atau dari sel induk pluripoten diinduksi (iPS), yang dapat dengan spontan membentuk susunan tiga dimensi karena kapasitas sel-sel tersebut membelah diri serta melakukan diferensiasi.

Organoid yang dikombinasikan dengan kawat nano sebagai penghantar listrik, merupakan inovasi yang diklaim berpotensi menawarkan alternatif yang efektif untuk memperbaiki jaringan jantung yang rusak. Hal ini pun menjadi alternatif bagi transplantasi jantung di masa depan.

Penelitian praklinis menunjukkan bahwa organoid jantung berkabel nano suatu hari nanti dapat memperbaiki jantung, bukan hanya mencegah kerusakan lebih lanjut. Saat ini tim bioengineer dan ilmuwan klinis di MUSC dan CU berada di titik puncak pendekatan revolusioner. Hasil ini diharapkan dapat mengubah lanskap perawatan jantung dengan memperbaiki jaringan jantung yang rusak.

Laporan penelitian tim praklinis tersebut dikemukakan pada jurnal Science Advances. Dalam penelitian yang dipimpin oleh Ying Mei, PhD, yang memiliki penunjukan bersama di CU dan MUSC dan merupakan bagian dari program CU-MUSC di bidang bioteknologi. Sementara Ryan Barrs, kandidat doktor dalam program gabungan tersebut, adalah salah satu penulis utama artikel tersebut.

"Kerusakan akibat serangan jantung biasanya dianggap permanen dan memerlukan transplantasi jantung yang jumlahnya terbatas," kata Barrs dalam artikel tersebut. "Di sini, kami mengembangkan 'jantung mini' penghantar listrik yang dapat disuntikkan ke otot jantung yang cedera untuk memulihkan fungsi pemompaannya," imbuh dia.

Atasi Kelemahan

Banyak peneliti telah mencoba memecahkan teka-teki tentang bagaimana membantu jantung memperbaiki dirinya sendiri. Salah satu strategi yang dinilai menjanjikan adalah dengan mengisi kembali sel-sel jantung yang mati dan mendorong perbaikan melalui sel induk individual yang dapat dibedakan menjadi jaringan jantung yang mempromosikan perbaikan. Sayangnya selama ini pendekatan ini selalu gagal.

"Untuk memahami alasannya kegagalannya, bayangkan lingkungan yang kacau di dalam jantung setelah serangan merupakan sebuah lanskap yang penuh dengan jaringan yang meradang dan pemompaan tanpa henti yang tidak menghasilkan sel-sel baru. Menambahkan sel induk individual sama dengan menanam pohon muda yang rapuh di tengah badai. Kemungkinannya untuk berakar sangat kecil," kata Mei memberi ilustrasi.

"Jantung sering kali menekan sel induk ke dalam pembuluh darah, sehingga menimbulkan potensi efek samping dan inefisiensi," papar Mei. "Selain itu, sel tunggal menghadapi lingkungan yang tidak bersahabat di jantung, terutama setelah serangan jantung, sehingga mengurangi kelangsungan hidup dan efektivitasnya," imbuh dia seperti dikutip dari Scitech Daily.

Mei dan tim interdisiplinernya menghasilkan strategi baru dengan teknologi organoid dan kawat nano tersebut. Tujuannya adalah mengatasi kelemahan pendekatan masa lalu yang selalu gagal. Mereka telah mengembangkan struktur seluler yang lebih tangguh untuk mengelilingi sel jantung yang berasal dari sel induk yang disebut organoid jantung.

"Anggap saja mereka sebagai kumpulan sel struktural yang terjalin erat yang lebih mungkin bertahan dalam lingkungan jantung yang penuh tantangan. Dengan membuat sel-sel ini menjadi jaringan mikro kecil seperti jantung, kita dapat menciptakan struktur yang lebih berkelanjutan dan tahan, mampu menahan perubahan lingkungan yang tiba-tiba," kata Mei.

Untuk menilai kemampuan organoid dalam menyembuhkan kerusakan jantung dalam model praklinis, Mei berkolaborasi dengan para ahli terapi sel dan penyakit jantung di MUSC, termasuk Hongjun Wang, PhD, Kristine DeLeon-Pennell, PhD, dan Donald Menick, PhD.

Dalam penelitian pada hewan ini, menyuntikkan organoid jantung ini langsung ke jantung menghasilkan pemulihan 39 persen dari fungsi yang hilang akibat simulasi serangan jantung. Temuan ini menunjukkan bahwa perangkat sel lebih dari sekedar pencegahan kerusakan lebih lanjut dan berkontribusi terhadap perbaikan jaringan yang sudah rusak.

Tim interdisipliner masih belum puas dan ingin melangkah lebih jauh. "Kami menyadari bahwa diperlukan lapisan rekayasa lain untuk memastikan integrasi yang tepat dengan jaringan inang," kata Mei.

Kawat nano silikon merupakan penghantar listrik yang baik. Kabel biokompatibel kecil ini, yang tidak terlihat dengan mata telanjang, memperkuat organoid, mensinkronkannya dengan sinyal listrik jantung asli.

Sinyal listrik membantu sel-sel yang berkumpul untuk bergerak serempak, menjadikannya lebih efektif dalam berintegrasi dan memompa dengan jaringan jantung yang ada. Dengan kawat nano, terjadi peningkatan fungsi jantung yang menakjubkan atau sebesar 69 persen pada penelitian tersebut.

Organoid jantung manusia berkabel nano dapat mewakili lompatan maju dalam perawatan jantung karena tidak hanya mencegah kerusakan jantung lebih lanjut, namun juga secara aktif memperbaiki kerusakan yang telah terjadi.

"Studi kami adalah yang pertama menunjukkan dalam model praklinis bahwa kombinasi nanoteknologi dan teknologi organoid menjanjikan perbaikan kerusakan jaringan setelah serangan jantung," kata Mei.

Ia mengungkapkan, saat ini tim sekarang fokus pada peningkatan dan penyempurnaan teknik ini. Pertama, berencana untuk menyelidiki lebih dekat bagaimana kawat nano meningkatkan terapi organoid jantung. Kedua melakukan penelitian, pengujian, dan validasi lebih lanjut juga diperlukan untuk menjadikan metode ini kenyataan klinis. Jika penelitian tersebut terus menunjukkan potensi dari pendekatan baru ini, Mei berharap pendekatan tersebut dapat diuji dalam uji klinis pada dekade berikutnya.

"Tujuan utama kami adalah memberikan terapi yang lebih efektif dan mudah diakses dibandingkan transplantasi jantung untuk menyembuhkan luka jantung," kata Mei. hay/I-1