Untaian serat otot yang panjang dan berwarna-warni telah diwarnai untuk mengamati pertumbuhan setelah implantasi ke tikus.
Insinyur biomedis dari Universitas Duke telah menumbuhkan otot kerangka hidup yang menunjukkan kemampuan untuk menyembuhkan dirinya sendiri baik di dalam laboratorium maupun di dalam hewan.
Insinyur biomedis telah menumbuhkan otot rangka hidup yang sangat mirip dengan aslinya. Itu berkontraksi dengan kuat dan cepat, menyatu dengan tikus dengan cepat, dan untuk pertama kalinya, menunjukkan kemampuan untuk menyembuhkan dirinya sendiri baik di dalam laboratorium maupun di dalam hewan.
Studi yang dilakukan di Universitas Duke menguji otot yang direkayasa secara biologis dengan benar-benar melihatnya melalui jendela di belakang tikus hidup. Teknik baru memungkinkan pemantauan waktu nyata dari integrasi dan pematangan otot di dalam hewan yang hidup dan berjalan.
Di sini, sel berjalan melalui pembuluh darah yang tumbuh menjadi serat otot buatan laboratorium setelah ditanamkan ke punggung tikus.
Baik otot yang tumbuh di laboratorium dan teknik eksperimental merupakan langkah penting menuju pertumbuhan otot yang layak untuk mempelajari penyakit dan mengobati cedera, kata Nenad Bursac, profesor teknik biomedis di Duke.
Hasilnya muncul pada minggu 31 Maret di Prosiding National Academy of Sciences Edisi Awal.
“Otot yang kami buat mewakili kemajuan penting untuk lapangan,” kata Bursac. “Ini adalah pertama kalinya otot rekayasa dibuat yang berkontraksi sekuat otot rangka neonatal asli.”
Selama bertahun-tahun menyempurnakan teknik mereka, sebuah tim yang dipimpin oleh Bursac dan mahasiswa pascasarjana Mark Juhas menemukan bahwa mempersiapkan otot yang lebih baik memerlukan dua hal — serat otot kontraktil yang berkembang dengan baik dan kumpulan sel induk otot, yang dikenal sebagai sel satelit.
Serangkaian gambar ini menunjukkan penghancuran dan pemulihan selanjutnya dari serat otot yang direkayasa yang telah terpapar racun yang ditemukan dalam bisa ular. Ini menandai pertama kalinya otot yang direkayasa terbukti memperbaiki dirinya sendiri setelah implantasi ke dalam hewan hidup.
Setiap otot memiliki cadangan sel satelit, siap untuk aktif saat cedera dan memulai proses regenerasi. Kunci keberhasilan tim adalah berhasil menciptakan lingkungan mikro—disebut relung—di mana sel punca ini menunggu panggilan mereka untuk bertugas.
“Hanya menanamkan sel satelit atau otot yang kurang berkembang tidak akan bekerja dengan baik,” kata Juhas. “Otot yang berkembang dengan baik yang kami buat menyediakan ceruk bagi sel-sel satelit untuk hidup, dan, bila diperlukan, untuk memulihkan otot yang kuat dan fungsinya.”
Untuk menguji otot mereka, para insinyur menjalankannya melalui serangkaian uji coba di laboratorium. Dengan merangsangnya dengan denyut listrik, mereka mengukur kekuatan kontraktilnya, menunjukkan bahwa itu lebih dari 10 kali lebih kuat daripada otot yang direkayasa sebelumnya. Mereka merusaknya dengan racun yang ditemukan dalam bisa ular untuk membuktikan bahwa sel-sel satelit dapat aktif, berkembang biak dan berhasil menyembuhkan serat otot yang terluka.
Kemudian mereka memindahkannya dari piring dan menjadi tikus.
Serangkaian gambar ini menunjukkan perkembangan pembuluh darah yang perlahan tumbuh menjadi serat otot rekayasa yang ditanamkan.
Dengan bantuan Greg Palmer, asisten profesor onkologi radiasi di Fakultas Kedokteran Universitas Duke, tim memasukkan otot yang tumbuh di laboratorium ke dalam ruang kecil yang ditempatkan di punggung tikus hidup. Ruangan itu kemudian ditutup dengan panel kaca. Setiap dua hari selama dua minggu, Juhas mencitrakan otot yang ditanam melalui jendela untuk memeriksa perkembangannya.
Dengan memodifikasi serat otot secara genetik untuk menghasilkan kilatan fluoresen selama lonjakan kalsium—yang menyebabkan otot berkontraksi—para peneliti dapat melihat kilatan menjadi lebih terang saat otot tumbuh lebih kuat.
“Kami dapat melihat dan mengukur secara real time bagaimana pembuluh darah tumbuh menjadi serat otot yang ditanamkan, menjadi dewasa untuk menyamai kekuatan rekan aslinya,” kata Juhas.
Para insinyur sekarang mulai bekerja untuk melihat apakah otot biomimetik mereka dapat digunakan untuk memperbaiki cedera dan penyakit otot yang sebenarnya.
“Bisakah itu membuat pembuluh darah, menginervasi, dan memperbaiki fungsi otot yang rusak?” tanya Bursac. “Itulah yang akan kami kerjakan selama beberapa tahun ke depan.”
Karya ini didukung oleh National Science Foundation Graduate Research Fellowship dan National Institute of Arthritis and Musculoskeletal and Skin Diseases (AR055226).
Publikasi : Mark Juhas, et al., “Biomimetic engineered muscle with capacity for vascular integration and functional maturation in vivo,” PNAS Early Edition, Maret 2014; DOI: 10.1073/pnas.1402723111
Gambar: Universitas Duke
