Organ yang dikembangkan di laboratorium adalah cawan suci pengobatan regeneratif. Kami ingin penggantinya. Kami ingin kesembuhan. Tapi biologi itu berantakan. Membangun hati dalam sebuah piring lebih sulit dari yang terlihat. Terutama pipa ledeng.
Pembuluh darah. Khususnya, kapiler.
Benang mikroskopis ini sangat penting. Mereka mengirimkan oksigen. Mereka memberi makan nutrisi. Tanpa mereka, jaringan yang dikembangkan di laboratorium akan mati. Masalahnya? Mereka kecil. Kapiler hanya berukuran 0,005 milimeter. Lebih tipis dari rambut manusia sebanyak 34 kali lipat. Sel darah tidak bisa masuk secara berdampingan. Mereka pergi dalam satu file.
Selama bertahun-tahun, para ilmuwan telah berjuang untuk merekayasa jaringan ini dengan tepat. Isyarat kimia memang membantu. Anda dapat meneteskan faktor pertumbuhan ke dalam cawan petri. Tapi bahan kimia menyebar. Mereka berantakan. Anda tidak dapat mengarahkan aliran dengan resolusi tinggi.
Kini, peneliti MIT punya alat baru. magnet.
Dalam penelitian yang dipublikasikan di PNAS, tim merinci bagaimana mereka menggunakan kekuatan magnet untuk meregangkan dan memandu sel pembuluh darah ke bentuk tertentu. Ini bukan sihir. Itu mekanika.
Mekanisme Angiogenesis Magnetik
Penyiapannya terdengar sederhana tetapi membutuhkan rekayasa yang presisi.
Bayangkan sebuah mikrochip. Di dalam chip ini, sel-sel endotel tersuspensi dalam gel kolagen. Kolagen adalah protein struktural utama tubuh. Ini menyediakan perancah. Tertanam dalam campuran ini adalah magnet kecil.
Magnet eksternal mengelilingi chip. Bidang eksternal ini dapat dimanipulasi dalam tiga dimensi.
“Kemampuan untuk memprogram pertumbuhan pembuluh darah dengan petunjuk fisik memungkinkan fabrikasi yang dapat direproduksi dan diukur.”
— Ritu Raman, Insinyur Mekanik MIT
Begini cara kerjanya: Magnet luar menarik magnet dalam. Tarikan ini ditransfer ke sel. Para peneliti meregangkan jaringan kapal yang sedang berkembang maju mundur.
Kekuatan mekanis ini memicu respons biologis. Ini meningkatkan jumlah kapiler baru.
“Oleh karena itu, kita memerlukan petunjuk berpola jenis lain yang dapat membantu kita membangun jaringan dengan pembuluh yang teratur,” kata Raman. Pola kimia terlalu luas. Tarikan magnetik ditargetkan.
Bagaimana Kekuatan Mekanik Memicu Pertumbuhan
Tim tidak hanya menduga ini akan berhasil. Mereka melihat mekanismenya.
Pembentukan pembuluh darah disebut angiogenesis. Para ilmuwan mengetahui bahwa tekanan mekanis mempengaruhinya. Tapi bagaimana caranya*?
Untuk mengetahuinya, mereka menggunakan sel yang direkayasa agar tidak memiliki gen PIEZO1. Gen ini mengkode saluran ion. Bayangkan saluran-saluran ini sebagai penjaga gerbang sel. Mereka merespons tekanan fisik.
Ketika PIEZO1 dihilangkan, lebih sedikit pembuluh darah yang terbentuk. Perbedaannya sangat mencolok. Ini menegaskan bahwa aktivasi saluran ion sangat penting. Sel merasakan tarikan magnet. Mereka merespons. Mereka tumbuh.
Dengan menyesuaikan kekuatan medan magnet, para peneliti mengendalikan hasilnya. Ingin kapal yang lebih pendek? Sesuaikan tarikannya. Ingin lebih lama? Tingkatkan itu. Ingin lebih banyak cabang? Ubah arahnya.
Ini adalah tingkat kontrol yang tidak dapat ditandingi oleh metode sebelumnya.
Pencetakan 3D membantu. Namun seringkali tidak memiliki integrasi seluler yang diperlukan untuk jaringan fungsional. Penyemaian kimia bersifat pasif. Kemudi magnetik aktif.
Mengapa Ini Penting untuk Organ Buatan
Kami masih dalam tahap awal dalam proses ini. Tahap prototipe. Namun, hasil awalnya menjanjikan.
Tujuannya jelas. Jaringan yang ditanamkan. Organ yang direkayasa yang mengembalikan fungsi setelah cedera atau penyakit.
Namun jantung yang direkayasa tanpa suplai darah hanyalah sebuah kubus daging. Itu membutuhkan perfusi. Itu membutuhkan aliran.
Tim Raman menekankan bahwa jaringan sehat bergantung pada jaringan pembuluh darah yang terorganisir. Protokol canggih sering kali gagal di sini. Mereka menciptakan sel, tetapi bukan strukturnya.
Pendekatan baru ini menjembatani kesenjangan tersebut. Ia menawarkan cara untuk membuat jaringan yang tidak hanya kompatibel secara biologis, namun juga dapat berfungsi secara fungsional.
Langkah selanjutnya bukan hanya pertumbuhan. Itu fungsinya.
Para peneliti sekarang akan menguji aliran darah. Mereka perlu melihat apakah arteri dan vena yang terbentuk benar-benar dapat memompa. Jika kapiler mengantarkan oksigen di bawah tekanan. Mereka mulai dengan jaringan otot.
“Kami sekarang sedang menyelidiki bagaimana pola pertumbuhan pembuluh darah yang tepat dapat membantu meningkatkan fungsi otot,” kata insinyur biomedis Jessica Shah.
Bayangkan sepotong otot jantung yang sembuh karena mendapat suplai darah langsung. Atau cangkok kulit yang langsung menyatu karena sudah tervaskularisasi.
Fisikanya bagus. Biologinya memeriksa. Magnetnya menarik.
Tapi apakah itu akan berkembang? Bisakah kita membangun ginjal utuh dengan cara ini? Atau hanya pohon pembuluh darah di dalamnya?
Jawabannya tidak terletak pada magnetnya. Itu ada di putaran eksperimen berikutnya. Aliran darah. Perfusi nyata. Jaringan hidup.
Kami lebih dekat. Namun lapisan kapiler masih mikroskopis. Dan biologi, dengan semua alat yang kita miliki, masih tetap rumit.
