Dunia kesehatan terus mengembangkan teknologi untuk mempercepat penelitian penyakit dan menemukan obat yang lebih aman. Salah satu inovasi yang menarik perhatian ilmuwan adalah organ-on-a-chip. Teknologi ini menggunakan perangkat berukuran kecil untuk meniru fungsi organ manusia, seperti paru-paru, jantung, hati, dan ginjal.
Organ-on-a-chip menawarkan pendekatan baru dalam penelitian medis. Ilmuwan dapat mengamati respons jaringan manusia terhadap obat tanpa harus langsung mengandalkan pengujian pada tubuh manusia. Teknologi ini juga berpotensi mengurangi ketergantungan terhadap pengujian hewan dalam penelitian tertentu.
Apa Itu Organ-on-a-Chip?
Organ-on-a-chip merupakan perangkat laboratorium berukuran kecil yang meniru sebagian fungsi organ manusia. Perangkat ini biasanya menggunakan bahan transparan dan memiliki saluran mikro untuk mengalirkan cairan.
Di dalam perangkat tersebut, peneliti menempatkan sel manusia yang sesuai dengan organ yang ingin mereka pelajari. Misalnya, mereka menggunakan sel paru-paru untuk membuat model paru-paru mini.
Sistem ini tidak sekadar menempatkan sel dalam wadah kecil. Para ilmuwan juga merancang lingkungan yang menyerupai kondisi tubuh manusia, seperti aliran cairan, tekanan, dan gerakan jaringan.
Dengan pendekatan tersebut, peneliti dapat mempelajari bagaimana sel merespons penyakit, obat, atau perubahan lingkungan.
Bagaimana Cara Kerja Organ-on-a-Chip?
Teknologi ini menggabungkan biologi, teknik mikrofluida, dan rekayasa jaringan. Mikrofluida merupakan teknologi yang mengatur aliran cairan dalam saluran berukuran sangat kecil.
Pertama, peneliti menyiapkan perangkat khusus dengan saluran mikro. Mereka kemudian memasukkan sel manusia ke bagian tertentu sesuai jenis organ yang ingin ditiru.
Setelah itu, sistem mengalirkan cairan yang membawa nutrisi dan zat tertentu agar sel tetap hidup. Beberapa perangkat juga memberikan rangsangan mekanis untuk meniru gerakan alami organ.
Contohnya, model paru-paru dapat meniru gerakan mengembang dan mengempis saat manusia bernapas. Sementara itu, model pembuluh darah dapat mengatur aliran cairan agar menyerupai peredaran darah.
Peneliti kemudian memberikan obat atau zat tertentu ke dalam sistem. Sensor dan pengamatan laboratorium membantu mereka melihat perubahan yang terjadi pada sel.
Jenis Organ yang Bisa Ditiru
Ilmuwan telah mengembangkan berbagai model organ-on-a-chip untuk kebutuhan penelitian.
1. Lung-on-a-Chip
Model ini meniru sebagian fungsi paru-paru, termasuk interaksi antara sel paru-paru dan pembuluh darah. Peneliti dapat menggunakannya untuk mempelajari infeksi pernapasan, peradangan, serta respons terhadap obat.
2. Heart-on-a-Chip
Model jantung menggunakan sel yang dapat berkontraksi untuk meniru sebagian aktivitas jaringan jantung. Teknologi ini membantu peneliti mempelajari efek obat terhadap denyut dan fungsi sel jantung.
3. Liver-on-a-Chip
Model hati membantu peneliti mengamati bagaimana sel hati memproses zat kimia dan obat. Hal ini penting karena hati berperan besar dalam metabolisme berbagai senyawa yang masuk ke tubuh.
4. Kidney-on-a-Chip
Model ginjal dapat meniru fungsi tertentu pada saluran penyaring ginjal. Peneliti dapat memanfaatkannya untuk mempelajari efek obat terhadap sel ginjal dan potensi kerusakan jaringan.
Manfaat Organ-on-a-Chip bagi Dunia Kesehatan
Teknologi ini memiliki sejumlah potensi yang dapat mendukung penelitian medis.
Membantu Pengujian Obat
Sebelum obat digunakan secara luas, peneliti harus mempelajari keamanan dan efektivitasnya. Organ-on-a-chip dapat membantu mereka melihat bagaimana jaringan manusia merespons suatu senyawa.
Misalnya, peneliti dapat menguji beberapa kandidat obat pada model hati untuk mengamati kemungkinan efek toksik. Hasilnya membantu mereka menentukan kandidat yang perlu menjalani penelitian lanjutan.
Namun, teknologi ini belum dapat menggantikan seluruh tahapan uji praklinis dan uji klinis.
Mendukung Pengobatan yang Lebih Personal
Setiap orang dapat memiliki respons berbeda terhadap obat. Faktor genetik dan kondisi biologis ikut memengaruhi reaksi tubuh.
Pada masa depan, peneliti berpotensi menggunakan sel milik pasien untuk membuat model organ mini. Mereka kemudian dapat menguji beberapa pilihan obat pada model tersebut untuk membantu memperkirakan respons pasien.
Pendekatan ini berpotensi mendukung pengembangan pengobatan yang lebih personal, meskipun penerapannya masih memerlukan validasi lebih lanjut.
Mengurangi Penggunaan Hewan dalam Penelitian
Penelitian obat selama ini menggunakan berbagai model, termasuk hewan percobaan. Namun, respons tubuh hewan tidak selalu sama dengan respons tubuh manusia.
Organ-on-a-chip menawarkan model berbasis sel manusia yang dapat membantu penelitian tertentu. Dengan demikian, teknologi ini berpotensi mengurangi kebutuhan pengujian hewan pada beberapa tahap penelitian.
Tantangan Pengembangan Organ-on-a-Chip
Meskipun memiliki potensi besar, teknologi ini masih menghadapi berbagai kendala.
Pertama, meniru organ manusia secara lengkap bukan pekerjaan mudah. Organ memiliki banyak jenis sel, pembuluh darah, jaringan pendukung, dan interaksi biologis yang kompleks. Perangkat mini belum mampu merepresentasikan seluruh fungsi tersebut.
Kedua, peneliti harus menjaga sel agar tetap hidup dan berfungsi dalam kondisi yang stabil. Kesalahan dalam mengatur nutrisi, suhu, atau aliran cairan dapat memengaruhi hasil penelitian.
Ketiga, setiap laboratorium perlu menggunakan metode pengujian yang konsisten. Tanpa standar yang sama, hasil dari satu perangkat belum tentu dapat dibandingkan secara langsung dengan hasil perangkat lain.
Selain itu, biaya pengembangan dan kebutuhan tenaga ahli masih menjadi hambatan bagi penerapan teknologi ini secara luas.
Masa Depan Organ-on-a-Chip dalam Dunia Medis
Perkembangan kecerdasan buatan dan teknologi rekayasa jaringan dapat memperluas kemampuan organ-on-a-chip. AI berpotensi membantu menganalisis data dari sensor dan menemukan pola respons sel terhadap berbagai jenis obat.
Peneliti juga mengembangkan konsep body-on-a-chip, yaitu sistem yang menghubungkan beberapa model organ dalam satu perangkat. Dengan pendekatan ini, ilmuwan dapat mempelajari bagaimana satu organ memengaruhi organ lainnya.
Sebagai contoh, obat yang masuk ke tubuh akan melewati proses metabolisme di hati sebelum memberikan efek pada bagian lain. Sistem yang menghubungkan model hati dan organ lain dapat membantu peneliti mempelajari proses tersebut.
Organ-on-a-chip menjadi bukti bahwa teknologi kesehatan tidak selalu harus berbentuk alat besar atau mesin rumah sakit. Perangkat kecil di laboratorium pun dapat membawa perubahan penting dalam penelitian medis. Jika ilmuwan berhasil meningkatkan akurasi dan konsistensinya, teknologi ini berpotensi mempercepat pengembangan obat dan membuka peluang pengobatan yang lebih sesuai dengan kebutuhan pasien.
Baca juga: Bagaimana Alat USG Bisa Melihat Sesuatu yang Tidak Terlihat Mata?
