Ilmuwan Merancang “Usus Hidup” pada Sebuah Chip

Rabu, 28 Maret 2012 - 'Usus pada chip', yang merupakan perangkat silikon polimer seukuran stik memori komputer ini, meniru fitur-fitur 3D usus yang kompleks dalam format miniatur.

---

Para peneliti Institut Rekayasa Biologis Wyss di Universitas Harvard telah menciptakan perangkat-mikro ‘usus pada chip‘ yang dilapisi sel-sel hidup manusia, yang meniru struktur, fisiologi, dan mekanika usus manusia – bahkan mendukung pertumbuhan mikroba hidup dalam ruang luminal-nya. Sebagai alternatif yang lebih akurat untuk kultur sel konvensional dan model hewan, perangkat-mikro ini bisa membantu para peneliti memperoleh wawasan baru tentang penyakit gangguan pencernaan, seperti penyakit Crohn dan kolitis ulseratif, sekaligus berguna untuk mengevaluasi keamanan dan kemanjuran pengobatan yang dianggap potensial.
Hasil riset yang dipublikasikan secara online dalam jurnal Lab on Chip ini menjadi terobosan Institut Wyss dalam teknologi “Organ-on-Chip” yang menggunakan teknik fabrikasi-mikro untuk membangun tiruan organ hidup.
‘Usus pada chip‘, yang merupakan perangkat silikon polimer seukuran stik memori komputer ini, meniru fitur-fitur 3D usus yang kompleks dalam format miniatur. Pada bagian dalam ruang pusatnya, satu lapisan sel epitel usus manusia yang bertumbuh pada membran berpori, menciptakan penghalang usus. Membran ini menempel pada dinding-dinding sisi yang membentang dan mengendur dengan bantuan pengontrol vakum. Deformasi mekanik siklis ini meniru gerakan peristaltik mirip-gelombang yang memindahkan makanan di sepanjang saluran pencernaan. Rancangan ini juga merekapitulasi antarmuka jaringan-ke-jaringan usus, memungkinkan cairan mengalir di atas dan di bawah lapisan sel usus, meniru lingkungan-mikro luminal pada satu sisi perangkat dan aliran darah melewati pembuluh kapiler pada sisi lainnya.
Selain itu, para peneliti juga mampu menumbuhkan dan mempertahankan kelangsungan hidup mikroba usus pada permukaan sel-sel usus terkultur ini. Hal ini, dengan demikian, berguna untuk mensimulasikan beberapa fitur-fitur fisiologis yang penting dalam memahami berbagai penyakit. Kombinasi kemampuan ini bisa menjadi alat diagnostik in vitro yang berharga untuk lebih memahami penyebab dan perkembangan berbagai macam gangguan pencernaan, sekaligus membantu mengembangkan pengobatan terapi yang aman dan efektif. ‘Usus pada chip‘ juga bisa digunakan untuk menguji daya serap metabolisme dan oral terhadap obat-obatan dan nutrisi.
“Karena kebanyakan model yang tersedia bagi kita saat ini tidak merekapitulasi penyakit manusia, maka kita tidak bisa sepenuhnya memahami mekanisme di balik berbagai gangguan pencernaan. Artinya, obat-obatan dan berbagai terapi yang kita validasikan dalam model hewan seringkali gagal untuk menjadi efektif saat diujicobakan pada manusia,” kata Donald Ingber, MD, Ph.D., Direktur Pendiri Wyss yang memimpin tim riset. “Dengan memiliki model penyakit in vitro yang lebih baik dan lebih akurat, seperti ‘usus pada chip‘ ini, maka secara signifikan dapat mempercepat kemampuan kita dalam mengembangkan obat-obatan baru yang efektif, yang akan menolong para penderita terlepas dari penyakit-penyakit tersebut.”
‘Usus pada chip‘ merupakan kemajuan yang paling baru dalam portofolio perancangan model organ milik Institut Wyss. Teknologi platform mereka yang pertama dilaporkan dalam jurnal Science pada Juni 2010, mendeskripsikan ‘paru-paru pada chip‘ yang hidup dan bernafas. Pada tahun yang sama, Wyss menerima pendanaan dari Institut Kesehatan Nasional dan Administrasi Makanan dan Obat-obatan AS dalam rangka mengembangkan mesin-mikro jantung-paru untuk menguji keamanan dan kemanjuran obat pernafasan pada perpaduan fungsi jantung dan paru-paru. Pada September 2011, Wyss memperoleh pendanaan selama empat tahun dari Badan Proyek Riset Lanjutan Pertahanan dalam upaya mengembangkan ‘limpa pada chip‘ untuk mengobati sepsis, infeksi aliran darah yang umumnya sangat fatal.
Kredit: Institut Wyss untuk Rekayasa Biologis, Universitas Harvard
Jurnal: Hyun Jung Kim, Dongeun Huh, Geraldine Hamilton, Donald E. Ingber. Human gut-on-a-chip inhabited by microbial flora that experiences intestinal peristalsis-like motions and flow. Lab on a Chip, 2012; DOI: 10.1039/C2LC40074J