Teknologi 3D Printing Inovatif untuk Kesehatan dan Keberlanjutan

Cedera tulang belakang seringkali menyebabkan kerusakan permanen karena sel saraf mati dan serabut saraf tidak dapat tersambung kembali, menyebabkan kelumpuhan. Metode pengobatan yang ada saat ini belum bisa membalikkan kerusakan ini, sehingga banyak pasien hidup dengan keterbatasan fungsi. Peneliti dari Universitas Minnesota mengembangkan teknologi baru bernama organoid scaffold, yaitu kerangka 3D yang diprint secara khusus dan mengandung saluran mikro yang diisi dengan sel progenitor saraf tulang belakang yang dapat berkembang menjadi berbagai tipe sel saraf. Saat diuji pada tikus dengan tulang belakang yang benar-benar terputus, scaffold ini memungkinkan sel-sel tersebut tumbuh menjadi neuron yang menghubungkan kedua sisi tulang belakang, memperbaiki jaringan yang rusak dan memungkinkan hewan-hewan ini memperoleh kembali fungsi motorik yang sempat hilang. Sel-sel baru ini terintegrasi dengan sirkuit saraf yang sudah ada dengan lancar dan memperkuat koneksi, membuktikan bahwa scaffold tidak hanya menopang kelangsungan hidup sel tetapi juga mendorong penyambungan ulang saraf yang penting bagi pemulihan. Meskipun penelitian ini masih dalam tahap awal, hasilnya menunjukkan harapan baru dalam terapi cedera tulang belakang. Tim peneliti berencana untuk mengskalakan produksi dan melakukan uji klinis pada manusia di masa depan, membuka jalan bagi pengobatan yang dapat mengembalikan mobilitas dan kemandirian bagi pasien.

Teknologi cetak 3D memiliki potensi besar sebagai terobosan dalam manufaktur, tetapi tantangan lingkungan masih menghambat kemajuannya. Kebanyakan printer masih bergantung pada plastik berbasis petroleum yang sulit terurai dan tidak ramah lingkungan, sementara alternatif plastik yang lebih hijau memiliki kelemahan berupa kerapuhan yang membatasi kegunaannya untuk bagian yang memerlukan kekuatan tinggi. Untuk menghadapi dilema ini, tim gabungan dari MIT CSAIL dan Hasso Plattner Institute mengembangkan SustainaPrint, sebuah sistem inovatif yang menggabungkan perangkat lunak dan perangkat keras. Sistem ini menjalankan simulasi untuk memprediksi area dalam desain 3D yang paling banyak menerima tekanan dan hanya memperkuat area tersebut dengan plastik berperforma tinggi, sementara bagian lainnya dicetak dengan plastik ramah lingkungan seperti filamen PLA ramah lingukan maupun daur ulang. Dalam pengujian, penggunaan hanya 20 persen plastik kuat pada area yang tepat dapat mengembalikan hingga 70 persen kekuatan print sepenuhnya dari plastik kuat. Mereka mencetak berbagai objek seperti cincin, gantungan dinding, dan pot tanaman dengan tiga metode berbeda: seluruhnya plastik ramah lingkungan, seluruhnya plastik kuat, dan metode hybrid dari SustainaPrint. Beberapa hasil cetakan hybrid bahkan lebih kuat daripada cetakan penuh dari plastik kuat, membuktikan keunggulan pendekatan ini dalam kondisi tertentu. SustainaPrint juga dirancang agar mudah diakses dan dipelajari, dengan antarmuka sederhana yang memungkinkan pengguna mengunggah model 3D untuk dianalisis. Selain itu, alat uji yang dibuat dari komponen murah dan modul yang dapat dicetak 3D juga disediakan untuk mengukur kekuatan hasil cetak. Semua perangkat lunak dan alat ini akan dibuka secara bebas sebagai open-source sehingga dapat diadaptasi dan digunakan oleh banyak pihak, terutama untuk pendidikan di sekolah. Para peneliti berharap teknologi ini dapat diterapkan dalam manufaktur industri dan skala distribusi dimana stok bahan bervariasi kualitasnya. Dengan SustainaPrint, masa depan teknologi cetak 3D tidak perlu lagi memilih antara kekuatan dan keberlanjutan karena keduanya bisa dimaksimalkan secara simultan.

Diabetes tipe 1 terjadi ketika sel pulau pankreas tidak mampu memproduksi insulin yang cukup, sehingga penderita harus mengandalkan suntikan insulin seumur hidup. Terapi transplantasi sel pulau pankreas dari donor kadaver dapat membantu, namun terbatas oleh ketersediaan donor dan masalah efek samping obat penekan kekebalan tubuh yang diperlukan agar tubuh penerima tidak menolak sel. Untuk mengatasi masalah ini, perusahaan Sana Biotechnology menggunakan teknologi pengeditan gen CRISPR untuk mengubah sel pulau pankreas agar tidak dikenali oleh sistem kekebalan tubuh penerima tanpa harus menggunakan obat penekan imun. Sel yang diedit ini juga dilengkapi protein CD47 yang mencegah sel ini diserang oleh sistem kekebalan. Pada uji coba pertama pada satu pasien diabetes tipe 1, sel hasil editan CRISPR ini berhasil mengeluarkan insulin selama beberapa bulan tanpa memerlukan obat imunosupresan. Meskipun demikian, dosis yang diberikan masih rendah dan belum cukup untuk membebaskan pasien dari kebutuhan insulin sepenuhnya. Perusahaan lain seperti Vertex Pharmaceuticals dan Reprogenix Bioscience juga sedang mengembangkan terapi berbasis sel punca, namun keduanya masih memerlukan obat penekan kekebalan karena sel-sel tersebut belum dilengkapi kemampuan menghindari serangan imun tubuh. Ini menjadi keunggulan utama dari pendekatan Sana. Meskipun masih di tahap awal, penelitian ini menjadi terobosan besar karena menunjukkan kemungkinan membuat terapi diabetes tipe 1 efektif tanpa risiko efek samping berbahaya dari obat penekan imun, membuka jalan bagi pengobatan baru yang lebih aman dan jangka panjang.

Sebuah tim yang terdiri dari enam mahasiswa sarjana di Swiss berhasil mengembangkan prototip printer 3D logam berkecepatan tinggi dalam waktu sembilan bulan. Mesin ini menggunakan teknologi rotating laser powder bed fusion (LPBF) yang berbeda dari printer tradisional yang berjalan secara berlapis-lapis dan berhenti-berhenti saat proses mencetak dilakukan. Keistimewaan printer ini adalah kemampuannya untuk mencetak bagian-bagian silinder logam dengan kecepatan jauh lebih cepat dibandingkan printer LPBF biasa. Selain itu, teknologi ini memungkinkan pencetakan dua jenis logam secara bersamaan, misalnya bagian dalam roket yang menggunakan inti tembaga dan lapisan luar paduan nikel, semuanya dalam satu proses tanpa perlu tahap tambahan yang rumit. Sistem gas inert yang ditiupkan secara khusus melintasi zona fusi mencegah oksidasi dan menjaga kualitas hasil cetakan, sementara kotoran seperti jelaga dan cipratan dipisahkan secara otomatis lewat sistem penghisap. Hal ini membantu menjaga lingkungan cetak tetap bersih dan hasil akhir bagian logam menjadi lebih kuat dan tahan lama. Prototip ini sudah dapat memproduksi komponen turbin stator dengan diameter hingga 20 sentimeter, dan rencana ke depan adalah meningkatkan skala produksi dan berkolaborasi dengan industri untuk menerapkan teknologi ini secara luas. Inovasi ini terutama ditujukan untuk mendukung proyek-proyek kedirgantaraan seperti pembuatan nozzle roket tahan kondisi ekstrem ruang angkasa. Teknologi baru ini menjanjikan peningkatan besar dalam proses manufaktur komponen logam yang lebih cepat, lebih efisien, dan lebih kompleks, yang akan sangat membantu perkembangan teknologi kedirgantaraan, otomotif listrik, dan sektor energi masa depan.