Terobosan dalam Pencetakan 3D Mengubah Pengobatan Medis

Penelitian terkini memperkenalkan robot bioprinter terkecil dengan ukuran hanya 2,7 milimeter yang dirancang khusus untuk operasi pita suara. Robot ini memungkinkan dokter bedah mengaplikasikan hidrogel secara tepat untuk memperbaiki jaringan pita suara yang rusak dan mencegah jaringan parut yang mengakibatkan kesulitan berbicara. Robot ini memiliki struktur fleksibel yang meniru belalai gajah, sehingga dapat bergerak dengan presisi dalam ruang kerja sempit di dalam tenggorokan. Alat ini dikendalikan secara langsung oleh dokter melalui modul kontrol yang terpasang pada mikroskop bedah. Dengan kemampuan mencetak garis hidrogel setipis 1,2 milimeter, perangkat ini memungkinkan rekonstruksi yang akurat pada model pita suara buatan, yang dapat meningkatkan kualitas dan hasil operasi dibandingkan metode tradisional. Tim peneliti dari McGill University berniat untuk mengembangkan fitur semi-otomatis pada perangkat ini dan melakukan uji coba lebih lanjut pada hewan agar teknologi ini dapat segera diuji pada pasien manusia dan memberikan manfaat klinis nyata. Teknologi ini membuka era baru di bidang mikrobedah dan rekonstruksi jaringan halus yang dapat membantu ribuan pasien dengan gangguan suara pasca operasi menjadi lebih cepat pulih dan kembali berbicara dengan baik.

Setelah operasi pengangkatan kista atau pertumbuhan di pita suara, banyak pasien kesulitan berbicara karena jaringan yang menjadi keras dan berparut. Penggunaan hidrogel sebagai bahan penyembuh bisa membantu meniru struktur alami pita suara dan mempercepat proses penyembuhan. Namun, dokter sering mengalami kendala karena sulit melihat dan mengaplikasikan hidrogel ini dengan tepat selama operasi. Swen Groen dan timnya dari McGill University terinspirasi dari gerakan belalai gajah yang lentur dan fleksibel. Mereka mengembangkan alat bioprinter mini dengan printhead kecil berdiameter 2,7 milimeter dan lengan fleksibel yang mampu menyelinap melalui alat bedah berdiameter 1 sentimeter tanpa menghalangi pandangan dokter. Prototipe awal berdiameter 8 milimeter kemudian dikecilkan agar bisa masuk ke alat bedah. Dalam uji coba, alat ini berhasil menyemprotkan hidrogel berbahan asam hialuronat secara tepat pada pita suara buatan, yang biasanya digunakan untuk pelatihan operasi dokter bedah. Keberhasilan ini sangat penting karena selama ini bioprinting biasanya hanya bisa digunakan pada luka di permukaan tubuh, sedangkan penyembuhan luka di organ dalam tetap menjadi tantangan besar. Teknologi ini menawarkan solusi baru yang praktis dan efektif bagi dokter dalam bekerja pada luka internal seperti pita suara. Meskipun sudah menunjukkan hasil bagus di laboratorium, tantangan besar berikutnya adalah menguji alat ini di prosedur bedah nyata dan memastikan keamanan serta efektivitasnya pada pasien. Alat ini berpotensi besar untuk meningkatkan pemulihan pasien dan mengurangi komplikasi pasca operasi pita suara.

Para peneliti di University of Texas at Dallas telah mengembangkan teknologi yang memungkinkan pembuatan mahkota gigi permanen dari zirconia menggunakan printer 3D dan diproses dalam waktu singkat. Ini merupakan sebuah kemajuan besar karena mahkota zirconia dikenal karena kekuatannya yang superior dibanding material lain yang sudah digunakan saat ini. Masalah utama dalam pembuatan mahkota zirconia 3D cetak adalah proses debinding yang biasanya memakan waktu hingga 100 jam. Proses ini penting untuk menghilangkan resin yang mengikat partikel zirconia sebelum sintering atau peleburan partikel menjadi struktur padat. Jika debinding terlalu cepat, mahkota bisa retak atau rusak. Tim peneliti UT Dallas berhasil mempersingkat waktu debinding menjadi kurang dari 30 menit dengan memanfaatkan porous graphite felt dan sistem vakum untuk mempercepat pengeluaran gas dari resin yang terbakar. Dengan metode ini, risiko retak bisa diminimalisir sehingga mahkota tetap kuat dan tahan lama. Selain proses yang lebih cepat, teknologi ini juga menawarkan opsi desain yang lebih kompleks dan personalisasi lebih tinggi dibandingkan metode milled yang digunakan saat ini. Kerjasama dengan berbagai laboratorium dan perusahaan industri mendukung proses komersialisasi teknologi ini agar dapat diterapkan di klinik gigi secara nyata. Dengan pendanaan sebesar Rp 9.04 miliar ($550,000) dari National Science Foundation, tim peneliti berharap teknologi ini dapat segera melewati uji klinis dan regulasi agar pasien dapat menerima mahkota gigi permanen yang kuat dan kustom dalam satu hari saja, menyingkat waktu tunggu dari hari atau minggu menjadi hanya beberapa jam.

Mengobati luka dalam saluran pencernaan seperti tukak dan perdarahan sering memerlukan operasi yang menyakitkan dan berisiko. Saat ini, alat yang kurang invasif masih sulit digunakan karena bergantung pada peralatan besar dan anestesi. Tim dari EPFL berhasil menciptakan solusi yang inovatif dan sangat praktis, yaitu sebuah kapsul kecil yang bisa ditelan dan berfungsi sebagai alat bioprinter mini. Alat yang dinamakan Magnetic Endoluminal Deposition System atau MEDS ini bekerja seperti pulpen kecil yang mengeluarkan bio-ink atau tinta hidup ke area luka di dalam tubuh. Bio-ink tersebut merupakan gel hidup yang membantu membentuk kerangka untuk pertumbuhan sel baru sehingga mempercepat penyembuhan. Aktivasi alat ini dilakukan dari luar tubuh dengan sinar laser inframerah yang aman menembus jaringan tubuh. Selain itu, posisi kapsul mini ini juga dikendalikan dengan magnet yang terpasang di lengan robotik. Dokter bisa mengarahkan kapsul persis ke lokasi luka tanpa harus melakukan sayatan besar. Percobaan awal pada jaringan lambung buatan dan pada kelinci nyata menunjukkan keberhasilan alat ini dalam menambal luka dan menghentikan perdarahan secara efektif dan aman. Keunggulan lain dari teknologi MEDS adalah bio-ink yang dapat bertahan lebih dari 16 hari di dalam tubuh, berfungsi bukan saja sebagai pelapis luka tapi juga sebagai platform yang dapat melepaskan zat-zat penyembuh dan merangsang pertumbuhan sel baru. Ini berarti luka bisa dipulihkan dari dalam tubuh dengan proses yang lebih alami dan minim komplikasi. Jika diuji lebih lanjut dan terbukti aman serta efektif, teknologi ini akan membuka bab baru dalam dunia pengobatan luka internal. Pasien tidak perlu lagi menjalani operasi invasif yang berisiko dan menyakitkan, cukup menelan pil MEDS yang canggih dan dilengkapi navigasi magnetik untuk memperbaiki luka secara presisi dan nyaman.

Para ilmuwan di MIT telah menciptakan sebuah model jaringan otak manusia 3D yang kecil bernama miBrain. Model ini menggabungkan enam jenis sel utama otak manusia seperti neuron, sel glial, dan struktur pembuluh darah dalam satu wadah hidup yang lebih realistis dibandingkan metode lama seperti kultur sel sederhana atau model hewan. Kelebihan miBrain adalah kemampuannya mereplikasi interaksi kompleks antar sel otak sekaligus mendukung studi dengan sel punca yang berasal dari pasien tertentu. Hal ini memungkinkan para peneliti untuk membuat jaringan otak mini yang sesuai dengan profil genetik seseorang, mendukung riset penyakit neurologis secara lebih akurat dan personal. Dalam demonstrasi awal, para peneliti memanfaatkan miBrain untuk meneliti varian gen APOE4 yang terkait dengan risiko Alzheimer. Mereka menemukan bahwa astrocytes dengan varian APOE4 dapat memicu reaksi imun dan penumpukan protein amyloid serta tau yang merupakan ciri khas Alzheimer, terutama lewat interaksi dengan mikroglia. Pembuatan model miBrain melewati berbagai tantangan teknis seperti mendesain matriks hidrogel yang mendukung kehidupan sel dan menyeimbangkan proporsi sel agar membentuk unit neurovaskular yang berfungsi dengan baik. Selain itu, model ini juga menciptakan penghalang darah-otak yang meniru kondisi alami di otak manusia. Para ilmuwan berencana mengembangkan miBrain lebih jauh dengan menambahkan aliran darah mikrofluida dan teknik analisis sel tunggal agar model semakin realistis. Dengan potensi untuk personalisasi berdasarkan data genetik individu, miBrain diharapkan membuka jalan bagi pengembangan obat serta terapi yang lebih efektif dan individual bagi pasien penyakit otak.