Para ilmuwan telah berhasil membuat jantung buatan dari sel punca (sel induk), yang ukurannya sebesar biji wijen yang dikenal sebagai kardioid. Meskipun demikian, objek ini dapat berdenyut secara otomatis termasuk ruang berongganya, mirip seperti jantung manusia.
Model kardioid ini secara spontan membangun dirinya sendiri. Yang harus dilakukan para ilmuwan hanyalah membujuk ‘sel induk pluripotent’ menggunakan enam jalur pensinyalan. Suatu teknik dalam pemberian sinyal yang telah dikenal sebagai cara untuk mengoordinasikan perkembangan jantung dalam embrio manusia.
Berbagai penelitian lainnya telah berhasil menumbuhkan organoid, yaitu versi miniatur sederhana dari sebuah organ yang diproduksi di laboratorium dan memiliki bentuk tiga dimensi dan anatomi yang mirip organ sungguhan. Misalnya organoid mata, otak, usus yang semuanya dapat mengatur dirinya sendiri menggunakan cara pensinyalan yang serupa.
“Ini bukan karena kami menggunakan sesuatu yang berbeda dari peneliti lain, tetapi kami hanya menggunakan semua sinyal yang tlah diketahui,” jelas ahli biologi Sasha Mendjan dari Akademi Ilmu Pengetahuan Austria di Wina.
Sinyal-sinyal ini diketahui menyebabkan diferensiasi sel induk, memungkinkan organ buatan ini untuk mengembangkan lapisan yang berbeda ketika dikontrol dengan ketat.
“Rekayasa jaringan sangat berguna untuk banyak hal seperti, misalnya jika ingin melakukan pengukuran kontraksi,” kata Mendjan. Namun di alam, organ tidak dibangun dengan cara ini.
Di dalam embrio, organ berkembang secara spontan melalui proses yang disebut pengorganisasian diri. Selama perkembangan, blok pembangun seluler berinteraksi satu sama lain, bergerak dan berubah bentuk saat struktur organ muncul dan tumbuh.
“Pengorganisasian mandiri adalah sebagaimana alam membentuk kepingan kristal salju atau burung berperilaku dalam kawanannya. Ini sulit untuk direkayasa karena tampaknya tidak terencanakan, tetapi masih ada sesuatu yang sangat teratur dan kuat yang keluar,” katanya.
“Pengorganisasian diri organ jauh lebih dinamis, dan banyak hal yang terjadi yang tidak kami mengerti. Kami pikir ‘keajaiban tersembunyi’ dari perkembangan ini, hal-hal yang belum kami ketahui, adalah alasan mengapa saat ini penyakit tidak dimodelkan dengan baik.”
Saat sel berdiferensiasi, sel-sel itu mulai membentuk lapisan terpisah, mirip dengan struktur dinding jantung. Setelah satu minggu, organoid ini mengatur dirinya sendiri menjadi struktur tiga dimensi yang memiliki rongga tertutup, suatu lintasan pertumbuhan spontan yang serupa dengan jantung manusia. Selain itu, tim menemukan jaringan mirip dinding kardioid berkontraksi secara ritmis untuk memeras cairan di sekitar bagian dalam rongga.
Tim juga menguji bagaimana kardioid merespons kerusakan jaringan. Mereka menggunakan batang baja yang dingin untuk membekukan bagian dari jantung mini tersebut dan mematikan banyak sel di lokasinya. Kematian sel biasanya teramati setelah cedera seperti serangan jantung. Sesaat kemudian, tim menemukan fibroblas jantung – sejenis sel yang bertanggung jawab untuk penyembuhan luka – mulai bermigrasi ke lokasi cedera dan menghasilkan protein untuk memperbaiki kerusakan.
“Kami ingin menghasilkan model jantung manusia yang berkembang lebih alami dan karenanya dapat memprediksi penyakit,” kata Mendjan. “Dengan cara ini, perusahaan akan lebih terbuka untuk membawa lebih banyak obat ke dalam uji klinis karena mereka jauh lebih yakin dengan hasil uji coba.”
Tim tersebut memiliki rencana untuk menumbuhkan organoid jantung dengan banyak ruang seperti yang dijumpai pada jantung manusia yang sebenarnya. Banyak penyakit jantung bawaan terjadi ketika bilik lain mulai terbentuk, jadi model yang terdiri dari berbagai bilik akan membantu dokter lebih memahami bagaimana cacat berkembang pada janin.
Penelitian ini telah dipublikasikan di jurnal Cell.
