Kultur organ

Kultur organ adalah budidaya organ utuh atau bagian organ secara in vitro.^[1] Tehnik ini merupakan perkembangan dari metode penelitian kultur jaringan, karena penggunaan organ in vitro yang sebenarnya memungkinkan pemodelan fungsi organ yang lebih akurat dalam berbagai keadaan dan kondisi.^[2]

Tujuan utama kultur organ adalah untuk mempertahankan arsitektur jaringan dan mengarahkannya menuju perkembangan normal. Dalam teknik ini, sangat penting agar jaringan tidak pernah terganggu atau rusak. Oleh karena itu, diperlukan penanganan yang hati-hati. Media yang digunakan untuk menumbuhkan kultur organ umumnya sama dengan yang digunakan untuk kultur jaringan. Teknik untuk kultur organ dapat diklasifikasikan menjadi yang menggunakan media padat dan yang menggunakan media cair.

Teknologi kultur organ telah memberikan kontribusi pada kemajuan dalam embriologi,^[3] peradangan, kanker, dan penelitian biologi sel punca.^[2]

Pada April 2006, para ilmuwan melaporkan keberhasilan uji coba 7 kandung kemih yang ditumbuhkan secara in vitro dan diberikan kepada manusia.^[4][5] Sebuah kandung kemih telah dikultur oleh Anthony Atala dari Institut Kedokteran Regeneratif Wake Forest di Winston-Salem, Carolina Utara. Sebuah tulang rahang juga telah dikultur di Universitas Columbia dan sebuah paru-paru telah dikultur di Yale. Selain itu, juga terdapat sebuah jantung tikus yang berdetak telah dikultur oleh Doris Taylor di Universitas Minnesota serta sebuah ginjal buatan telah dikultur oleh H. David Humes di Universitas Michigan.^[6]

Sutra yang dipotong dari kepompong ulat sutra telah berhasil digunakan sebagai perancah pertumbuhan untuk produksi jaringan jantung. Jaringan jantung tidak beregenerasi jika rusak, sehingga produksi tambalan pengganti sangat menarik. Percobaan ini menggunakan sel jantung tikus dan menghasilkan jaringan jantung fungsional. Untuk menguji lebih lanjut aplikasinya pada manusia sebagai pengobatan, harus ditemukan cara untuk mengubah sel induk manusia menjadi jaringan jantung.^[7]

Pada 2015, Harald Ott berhasil menumbuhkan tungkai depan tikus.^[8] Ia sekarang bekerja di Ott Lab yang berfokus pada pembuatan jantung, paru-paru, trakea, dan ginjal bioartifisial.^[9]

Pada 2016, dilakukan uji coba lain di mana sel manusia digunakan untuk merakit jantung yang strukturnya rumit. Jantung tersebut pada akhirnya terbukti belum matang tetapi membuktikan bahwa kita selangkah lebih maju dalam membuat jantung dari sel punca.^[10][11]

Pada Januari 2017, para ilmuwan dari Institut Studi Biologi Salk berhasil menciptakan embrio babi yang sebagian DNA-nya yang penting untuk pertumbuhan organ telah dihilangkan. Mereka kemudian memasukkan sel induk manusia ke dalam embrio babi tersebut agar DNA manusia mengisi kekosongan tersebut.^[12][13]

Pada Maret 2022, penelitian dipublikasikan yang menunjukkan keberhasilan sementara implan kornea yang disebut BPCDX yang terbukti memiliki perlekatan jaringan dan migrasi sel inang yang signifikan setelah diimplan.^[14]

Kultur organ embrionik merupakan alternatif yang lebih mudah dibandingkan kultur organ normal yang berasal dari hewan dewasa. Berikut adalah empat teknik yang digunakan untuk kultur organ embrionik.

Berikut ini adalah langkah-langkah umum dalam kultur organ pada gumpalan plasma.

1. Siapkan gumpalan plasma dengan mencampurkan 15 tetes plasma dengan lima tetes ekstrak embrio dalam cawan arloji.
2. Letakkan kaca arloji di atas kapas dalam cawan petri; kapas dijaga agar tetap lembap untuk mencegah penguapan berlebihan dari cawan tersebut.
3. Letakkan sepotong kecil jaringan yang telah dipotong dengan hati-hati di atas gumpalan plasma di dalam cawan arloji.

Teknik ini sekarang telah dimodifikasi, dan digunakan alas berupa kertas lensa atau jaring rayon tempat jaringan diletakkan. Pemindahan jaringan kemudian dapat dilakukan dengan mudah menggunakan alas tersebut. Cairan berlebih dihilangkan dan jaring beserta jaringan diletakkan kembali di atas media baru.

Media yang dipadatkan dengan agar juga digunakan untuk kultur organ, dan media ini terdiri dari 7 bagian agar 1% dalam BSS, 3 bagian ekstrak embrio ayam, dan 3 bagian serum kuda. Media terdefinisi dengan atau tanpa serum juga digunakan dengan agar. Media dengan agar memberikan dukungan mekanis untuk kultur organ. Media ini tidak mencair. Organ embrionik umumnya tumbuh dengan baik pada agar, tetapi kultur organ dewasa tidak akan bertahan hidup pada media ini.

Kultur organ atau bagian tubuh hewan dewasa lebih sulit dilakukan karena kebutuhan oksigennya yang lebih besar. Berbagai organ dewasa (misalnya hati) telah dikultur menggunakan media khusus dengan peralatan khusus (ruang kultur Towell II). Karena serum terbukti beracun, media bebas serum digunakan, dan peralatan khusus tersebut memungkinkan penggunaan oksigen 95%.

Dalam pendekatan ini, eksplan ditempatkan di atas alas kertas lensa atau rayon asetat, yang diapungkan di atas serum dalam cawan arloji. Alas rayon asetat dibuat mengapung di atas serum dengan cara melapisi keempat sudutnya dengan silikon.

Demikian pula, daya apung kertas lensa ditingkatkan dengan cara diberi perlakuan silikon. Pada setiap rakit, biasanya ditempatkan 4 atau lebih eksplan.

Dalam kombinasi teknik rakit dan gumpalan, eksplan pertama-tama ditempatkan pada rakit yang sesuai, yang kemudian diletakkan di atas gumpalan plasma. Modifikasi ini memudahkan penggantian media, dan mencegah tenggelamnya eksplan ke dalam plasma cair.

Metode grid, yang awalnya dirancang oleh Trowell pada 1954, menggunakan potongan kawat kasa atau lembaran baja tahan karat berlubang berukuran 25 mm x 25 mm yang tepinya ditekuk untuk membentuk 4 kaki dengan tinggi sekitar 4 mm.

Jaringan tulang umumnya ditempatkan langsung di atas grid, tetapi jaringan yang lebih lunak seperti kelenjar atau kulit terlebih dahulu ditempatkan di atas rakit, yang kemudian diletakkan di atas grid.

Kisi-kisi itu sendiri ditempatkan dalam ruang kultur yang diisi dengan medium cair hingga setinggi kisi; ruang tersebut disuplai dengan campuran O₂ dan CO₂ untuk memenuhi kebutuhan O₂ yang tinggi pada organ mamalia dewasa. Modifikasi dari metode kisi asli banyak digunakan untuk mempelajari pertumbuhan dan diferensiasi jaringan dewasa dan embrionik.

Organ hasil kultur dapat menjadi alternatif organ dari orang lain (yang masih hidup atau sudah meninggal). Hal ini bermanfaat karena ketersediaan organ transplantasi (yang berasal dari orang lain) semakin menurun di negara-negara maju. Keuntungan lainnya adalah organ hasil kultur, yang dibuat menggunakan sel induk pasien sendiri, memungkinkan transplantasi organ di mana pasien tidak lagi memerlukan obat imunosupresif.^[15]

• Hasil dari kultur organ in vitro seringkali tidak dapat dibandingkan dengan hasil dari studi in vivo (misalnya studi tentang kerja obat) karena obat dimetabolisme secara in vivo tetapi tidak secara in vitro.

• Kultur sel
• Kultur jaringan
• pencetakan bio 3D

1. ^ Hoshino, Takao (1981-01-01), Fedoroff, Sergey; Hertz, Leif (ed.), Cellular Aspects of Human Brain Tumors (Gliomas), Advances in Cellular Neurobiology (dalam bahasa Inggris), vol. 2, Elsevier, hlm. 167–204, doi:10.1016/B978-0-12-008302-2.50010-9, ISBN 9780120083022, diakses tanggal 2023-03-06
2. ^ ^{a b} Al-Lamki, Rafia S.; Bradley, John R.; Pober, Jordan S. (2017). "Human Organ Culture: Updating the Approach to Bridge the Gap from In Vitro to In Vivo in Inflammation, Cancer, and Stem Cell Biology". Frontiers in Medicine. 4: 148. doi:10.3389/fmed.2017.00148. ISSN 2296-858X. PMC 5601956. PMID 28955710.{{cite journal}}: Pemeliharaan CS1: DOI bebas tanpa ditandai (link)
3. ^ McClelland, Kathryn S.; Bowles, Josephine (2016-04-01). "Culturing murine embryonic organs: Pros, cons, tips and tricks". Differentiation. New and Old Techniques in Cell and Developmental Biology (dalam bahasa Inggris). 91 (4): 50–56. doi:10.1016/j.diff.2016.01.008. ISSN 0301-4681. PMID 26988290.
4. ^ "Lab-grown bladder shows big promise", New Scientist, 2006, issue 2546, https://www.newscientist.com/channel/health/mg19025464.200-labgrown-bladder-shows-big-promise.html
5. ^ Atala, Anthony; Bauer, Stuart B; Soker, Shay; Yoo, James J; Retik, Alan B (April 2006). "Tissue-engineered autologous bladders for patients needing cystoplasty". The Lancet (dalam bahasa Inggris). 367 (9518): 1241–1246. doi:10.1016/S0140-6736(06)68438-9. PMID 16631879.
6. ^ "Already cultured organs to date (2011)". Diarsipkan dari asli tanggal 2018-03-12. Diakses tanggal 2011-07-03.
7. ^ Max-Planck-Gesellschaft (2012, January 27). Heart of silk: Scientists use silk from the tasar silkworm as a scaffold for heart tissue. ScienceDaily. Retrieved January 29, 2012, from https://www.sciencedaily.com/releases/2012/01/120127135943.htm
8. ^ World’s first biolimb: Rat forelimb grown in the lab
9. ^ Ott Lab: projects
10. ^ Lab grown heart
11. ^ Lab grown heart ref 2
12. ^ Human-pig embryos created by scientists in breakthrough for organ transplants
13. ^ Human-Pig Hybrid Created in the Lab
14. ^ Nair, D. S.; Seiler, M. J.; Patel, K. H.; Thomas, V.; Camarillo, J. C.; Humayun, M. S.; Thomas, B. B. (2021). "Tissue Engineering Strategies for Retina Regeneration". Applied Sciences. 11 (5): 2154. doi:10.3390/app11052154. PMC 8896578. PMID 35251703.{{cite journal}}: Pemeliharaan CS1: DOI bebas tanpa ditandai (link)
15. ^ Growing organs in the lab