Keupayaan tubuh manusia untuk menjana semula tisu dan organ sangat tidak cekap, dan kehilangan tisu dan organ manusia dapat terjadi dengan mudah disebabkan oleh perkara seperti kecacatan kongenital, penyakit, dan trauma mendadak. Apabila tisu mati (disebut nekrosis), ia tidak dapat dihidupkan kembali - jika tidak dikeluarkan atau diperbaiki ia boleh menjejaskan kawasan lain di badan, seperti tisu, organ, tulang, dan kulit di sekitarnya.
Di sinilah kejuruteraan tisu berguna. Dengan menggunakan biomaterial (bahan yang berinteraksi dengan sistem biologi badan seperti sel dan molekul aktif), tisu berfungsi dapat dibuat untuk membantu memulihkan, memperbaiki, atau mengganti tisu dan organ manusia yang rosak.
Imej Cavan / Getty ImagesSejarah Ringkas
Kejuruteraan tisu adalah bidang perubatan yang agak baru, dengan penyelidikan hanya bermula pada tahun 1980-an. Seorang jurutera dan saintis Amerika bernama Yuan-Cheng Fung mengemukakan cadangan kepada National Science Foundation (NSF) agar pusat penyelidikan dikhaskan untuk tisu hidup. Fung mengambil konsep tisu manusia dan mengembangkannya untuk diterapkan pada mana-mana organisma hidup antara sel dan organ.
Berdasarkan cadangan ini, NSF melabel istilah "kejuruteraan tisu" dalam usaha untuk membentuk bidang penyelidikan ilmiah baru. Ini menyebabkan terbentuknya The Tissue Engineering Society (TES), yang kemudiannya menjadi Tissue Engineering and Regenerative Medicine International Society (TERMIS).
TERMIS mempromosikan pendidikan dan penyelidikan dalam bidang kejuruteraan tisu dan perubatan regeneratif. Perubatan regeneratif merujuk kepada bidang yang lebih luas yang memfokuskan pada kedua-dua kejuruteraan tisu dan juga kemampuan tubuh manusia untuk menyembuhkan diri sendiri untuk mengembalikan fungsi normal pada tisu, organ, dan sel manusia.
Tujuan Kejuruteraan Tisu
Kejuruteraan tisu mempunyai beberapa fungsi utama dalam perubatan dan penyelidikan: membantu memperbaiki tisu atau organ termasuk membaiki tulang (tisu terkalsifikasi), tisu tulang rawan, tisu jantung, tisu pankreas, dan tisu vaskular. Bidang ini juga melakukan penyelidikan mengenai tingkah laku sel stem. Sel induk dapat berkembang menjadi pelbagai jenis sel dan dapat membantu memperbaiki bahagian tubuh.
Bidang kejuruteraan tisu membolehkan para penyelidik membuat model untuk mengkaji pelbagai penyakit, seperti barah dan penyakit jantung.
Sifat 3D teknik kejuruteraan membolehkan seni bina tumor dikaji dalam persekitaran yang lebih tepat. Kejuruteraan tisu juga menyediakan persekitaran untuk menguji potensi ubat baru mengenai penyakit ini.
Bagaimana ia berfungsi
Proses kejuruteraan tisu adalah satu proses yang rumit. Ia melibatkan pembentukan tisu fungsional 3D untuk membantu memperbaiki, mengganti, dan menjana semula tisu atau organ di dalam badan. Untuk melakukan ini, sel dan biomolekul digabungkan dengan perancah.
Perancah adalah struktur buatan atau semula jadi yang meniru organ sebenar (seperti ginjal atau hati). Tisu tumbuh di perancah ini untuk meniru proses atau struktur biologi yang perlu diganti. Apabila ini dibina bersama, tisu baru direkayasa untuk meniru keadaan tisu lama ketika tidak rosak atau berpenyakit.
Perancah, Sel, dan Biomolekul
Perancah, yang biasanya dibuat oleh sel-sel di dalam badan, dapat dibangun dari sumber seperti protein di dalam badan, plastik buatan manusia, atau dari perancah yang ada, seperti dari organ penderma. Dalam kes organ penderma, perancah akan digabungkan dengan sel dari pesakit untuk membuat organ atau tisu yang dapat disesuaikan yang sebenarnya mungkin ditolak oleh sistem kekebalan tubuh pesakit.
Tidak kira bagaimana ia terbentuk, struktur perancah inilah yang menghantar mesej ke sel yang membantu menyokong dan mengoptimumkan fungsi sel di dalam badan.
Memilih sel yang betul adalah bahagian penting dalam kejuruteraan tisu. Terdapat dua jenis sel stem utama.
Dua Jenis Utama Sel Stem
- Sel Stem embrio: berasal dari embrio, biasanya pada telur yang telah disenyawakan secara in vitro (di luar badan).
- Sel Stem Dewasa: terdapat di dalam badan di antara sel biasa - mereka boleh membiak dengan pembelahan sel untuk mengisi semula sel dan tisu yang mati.
Terdapat banyak kajian yang dilakukan pada sel induk pluripoten juga (sel induk dewasa yang diindikasikan untuk berperilaku seperti sel induk embrio). Secara teori, terdapat bekalan sel stem pluripoten yang tidak terhad, dan penggunaannya tidak melibatkan isu pemusnahan embrio manusia (yang menyebabkan masalah etika juga). Sebenarnya, penyelidik pemenang Hadiah Nobel melepaskan penemuan mereka mengenai sel induk dan penggunaannya.
Secara keseluruhan, biomolekul merangkumi empat kelas utama (walaupun ada kelas menengah juga): karbohidrat, lipid, protein, dan asid nukleik. Biomolekul ini membantu membentuk struktur dan fungsi sel. Karbohidrat membantu organ-organ seperti otak dan jantung berfungsi serta sistem berjalan seperti sistem pencernaan dan imun.
Protein memberikan antibodi terhadap kuman serta sokongan struktur dan pergerakan badan. Asid nukleik mengandungi DNA dan RNA, memberikan maklumat genetik kepada sel.
Penggunaan Perubatan
Kejuruteraan tisu tidak banyak digunakan untuk rawatan atau rawatan pesakit. Terdapat beberapa kes yang menggunakan teknik tisu pada cantuman kulit, pembaikan tulang rawan, arteri kecil, dan pundi kencing pada pesakit. Walau bagaimanapun, organ yang lebih besar direkayasa tisu seperti jantung, paru-paru, dan hati belum digunakan pada pesakit (walaupun ia telah dibuat di makmal).
Selain faktor risiko menggunakan teknik tisu pada pesakit, prosedurnya sangat mahal. Walaupun kejuruteraan tisu sangat berguna untuk penyelidikan perubatan, terutama ketika menguji formulasi ubat baru.
Menggunakan tisu hidup dan berfungsi di persekitaran di luar badan membantu para penyelidik membuat keuntungan dalam perubatan yang diperibadikan.
Ubat yang diperibadikan membantu menentukan sama ada sebilangan ubat berfungsi lebih baik untuk pesakit tertentu berdasarkan susunan genetik mereka, serta mengurangkan kos pengembangan dan ujian pada haiwan.
Contoh Kejuruteraan Tisu
Contoh baru-baru ini teknik kejuruteraan tisu yang dilakukan oleh National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering merangkumi kejuruteraan tisu hati manusia yang kemudiannya ditanamkan pada tikus. Oleh kerana tikus menggunakan hati sendiri, tisu hati manusia memetabolisme ubat, meniru bagaimana manusia akan bertindak balas terhadap ubat-ubatan tertentu di dalam tikus. Ini membantu penyelidik melihat kemungkinan interaksi ubat dengan ubat tertentu.
Dalam usaha untuk membuat tisu dengan jaringan yang dibina, para penyelidik menguji pencetak yang akan membuat rangkaian seperti vaskular dari larutan gula. Penyelesaiannya akan terbentuk dan mengeras pada tisu yang direkayasa sehingga darah ditambahkan ke proses tersebut, melalui saluran buatan manusia.
Akhirnya, penjanaan semula ginjal pesakit menggunakan sel pesakit sendiri adalah satu lagi projek Institut. Para penyelidik menggunakan sel dari organ penderma untuk bergabung dengan biomolekul dan perancah kolagen (dari organ penderma) untuk menumbuhkan tisu ginjal baru.
Tisu organ ini kemudian diuji berfungsi (seperti menyerap nutrien dan mengeluarkan air kencing) di luar dan kemudian di dalam tikus. Kemajuan dalam bidang kejuruteraan tisu (yang juga dapat berfungsi serupa untuk organ seperti jantung, hati, dan paru-paru) dapat membantu kekurangan penderma serta mengurangkan sebarang penyakit yang berkaitan dengan imunosupresi pada pesakit transplantasi organ.
Bagaimana Ia Berkaitan dengan Kanser
Pertumbuhan tumor metastatik adalah salah satu sebab bahawa barah adalah penyebab utama kematian. Sebelum rekayasa tisu, persekitaran tumor hanya dapat dibuat di luar badan dalam bentuk 2D. Sekarang, persekitaran 3D, serta pengembangan dan penggunaan biomaterial tertentu (seperti kolagen), memungkinkan para penyelidik melihat persekitaran tumor hingga ke persekitaran mikro sel tertentu untuk melihat apa yang berlaku pada penyakit ini apabila komposisi kimia tertentu dalam sel diubah .
Dengan cara ini, kejuruteraan tisu membantu para penyelidik memahami perkembangan kanser dan juga apa kesan pendekatan terapi tertentu pada pesakit dengan jenis kanser yang sama.
Walaupun kemajuan telah dicapai dalam mempelajari kanser melalui rekayasa tisu, pertumbuhan tumor sering dapat menyebabkan pembuluh darah baru terbentuk. Ini bererti bahawa walaupun dengan kemajuan yang telah dibuat oleh kejuruteraan tisu dengan penyelidikan barah, mungkin ada batasan yang hanya dapat dihilangkan dengan menanamkan tisu rekayasa ke dalam organisme hidup.
Dengan kanser, bagaimanapun, kejuruteraan tisu dapat membantu menentukan bagaimana tumor ini terbentuk, seperti apa interaksi sel normal, serta bagaimana sel-sel kanser tumbuh dan bermetastasis. Ini membantu penyelidik menguji ubat-ubatan yang hanya akan mempengaruhi sel barah, berbanding dengan seluruh organ atau badan.
.jpg)
