Sumber ilustrasi: Magnific
12 Agustus 2026 16.25 WIB – Sains & Technology
_________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Desanomia [12.08.2026] Apakah anda tahu atau pernah menggunakan Printer 3-D? Peralatan yang satu ini mampu membuat berbagai benda, mulai dari model roket, aksesori permainan, patung, komponen logam, hingga bola basket. Perkembangan teknologi membuat fungsi pencetakan tiga dimensi kini bergerak jauh melampaui benda mati. Para ilmuwan kini mulai menggunakan sel hidup sebagai “tinta” untuk membangun jaringan biologis seperti kulit, tulang rawan, pembuluh darah, bahkan bagian tubuh manusia.
Teknologi tersebut dikenal sebagai bioprinting 3-D. Prinsip dasarnya menyerupai pencetakan tiga dimensi konvensional, yaitu membangun suatu bentuk secara bertahap berdasarkan rancangan digital. Perbedaannya terletak pada bahan yang digunakan. Alih-alih plastik atau logam, bioprinter menggunakan sel hidup yang harus tetap bertahan selama proses pencetakan.
Proses tersebut jauh lebih rumit dibandingkan sekadar mengganti tinta printer dengan sel. Sel tidak dapat begitu saja disemprotkan lapis demi lapis kemudian diharapkan menyatu menjadi jaringan atau organ yang berfungsi. Sel membutuhkan lingkungan pendukung yang memungkinkan mereka mempertahankan bentuk, memperoleh nutrisi, dan berinteraksi dengan sel di sekitarnya.
Para ilmuwan menggunakan bahan yang disebut bioink untuk mengatasi persoalan tersebut,. Bioink merupakan campuran sel hidup dengan gel lunak yang dirancang untuk melindungi sel sekaligus menjaga struktur hasil pencetakan. Ryan Martin dari Virginia Commonwealth University menjelaskan bahwa bioink dapat dibayangkan seperti Jell-O, yaitu bahan lembut dan lentur yang mampu mempertahankan bentuk sambil menjaga sesuatu yang berada di dalamnya.
Gel yang digunakan biasanya berupa hidrogel yang dibuat dari bahan seperti alginat dan kolagen. Alginat berasal dari rumput laut, sedangkan kolagen merupakan protein yang secara alami terdapat dalam kulit dan tulang manusia. Kedua bahan tersebut membantu menciptakan lingkungan yang lebih menyerupai jaringan biologis.
Bioink juga mengandung berbagai komponen tambahan yang membentuk matriks kompleks di sekitar sel. Ankita Pramanick, insinyur biomedis dari Utrecht University, menjelaskan bahwa matriks tersebut membantu meniru lingkungan yang secara alami mengelilingi sel di dalam tubuh.
Kemampuan mempertahankan kehidupan sel menjadi tantangan utama dalam proses bioprinting. Sel harus melewati nosel yang sempit, mengalami tekanan mekanis, dan menghadapi perubahan suhu selama pencetakan. Karena itu, komposisi bioink harus dirancang agar mampu melindungi sel dari berbagai kondisi tersebut.
Setelah dicetak, struktur biologis biasanya ditempatkan dalam inkubator yang menjaga suhu, kelembapan, nutrisi, dan kondisi lain yang diperlukan bagi pertumbuhan sel. Sel kemudian dapat matang, menguat, dan berinteraksi satu sama lain hingga membentuk jaringan yang lebih menyerupai jaringan asli, seperti tulang rawan pada sendi atau kulit berlapis yang mengandung pembuluh darah.
Para insinyur kini mengembangkan beberapa teknik berbeda untuk mencetak jaringan hidup. Metode yang digunakan bergantung pada jenis jaringan yang ingin dibuat, ketebalannya, jenis sel, serta tingkat kerumitan struktur yang dibutuhkan.
Salah satu metode yang paling umum adalah ekstrusi. Martin menjelaskan bahwa dalam metode tersebut bioink didorong keluar melalui nosel dengan prinsip yang mirip seperti pasta gigi keluar dari tabung. Mesin mengontrol jumlah dan kecepatan tinta yang keluar sehingga jaringan dapat dibangun lapis demi lapis.
Untuk mencetak kulit, misalnya, para ilmuwan dapat terlebih dahulu mencetak fibroblas, yaitu sel yang membentuk bagian dalam kulit. Setelah itu, keratinosit ditambahkan sebagai lapisan berikutnya untuk membentuk lapisan pelindung bagian luar. Struktur gabungan kemudian dimatangkan di dalam inkubator.
Metode ekstrusi cocok untuk jaringan yang relatif tebal dan membutuhkan struktur yang jelas, seperti kulit dan tulang rawan. Namun, teknik tersebut memiliki kelemahan karena prosesnya relatif lambat dan tekanan ketika sel melewati nosel dapat menyebabkan stres pada sel.
Alternatif lain adalah bioprinting inkjet. Teknik tersebut bekerja seperti printer kantor yang menyemprotkan tetesan tinta ke permukaan, tetapi menggunakan tetesan bioink berisi sel hidup. Metode ini lebih cepat dan memberikan tekanan yang lebih ringan terhadap sel dibandingkan ekstrusi.
Bioprinting inkjet paling cocok digunakan pada matriks yang sangat cair dan struktur yang tipis. Karena itu, metode tersebut sering digunakan untuk mencetak lapisan sel yang menyerupai permukaan bagian dalam pembuluh darah.
Metode lain bahkan memungkinkan seluruh struktur dicetak hampir sekaligus. Dalam teknik tersebut, laser diarahkan ke dalam tabung berputar yang berisi gel peka cahaya dan sel. Cahaya kemudian mengeraskan material pada lokasi tertentu hingga membentuk struktur tiga dimensi yang diinginkan.
Pendekatan tersebut memungkinkan jaringan pembuluh darah kecil dengan berbagai percabangan dicetak dalam hitungan detik. Kecepatan menjadi faktor penting karena semakin singkat waktu pencetakan, semakin sedikit pula waktu yang dihabiskan sel di luar lingkungan yang ideal.
Kemajuan bioprinting mulai menghasilkan aplikasi nyata. Pada 2022, seorang pasien menerima telinga cetak 3-D yang dibuat menggunakan sel tubuhnya sendiri. Pada akhir 2025, dokter juga berhasil menanamkan kornea hasil bioprinting kepada seorang pasien yang sebelumnya dikategorikan buta secara hukum.
Pencetakan kulit menjadi salah satu bidang yang berkembang paling cepat. Pada 2025, sebuah uji coba di Australia menggunakan kulit hasil bioprinting untuk menangani pasien luka bakar. Pasien pertama yang menerima pencangkokan tersebut kemudian menunjukkan bahwa jaringan hasil cetak berhasil digunakan pada bagian kakinya.
Meski demikian, tidak semua jaringan memiliki tingkat kesulitan yang sama. Tulang jauh lebih kompleks karena terdiri atas campuran mineral keras dan sel hidup. Para ilmuwan telah berhasil membuat perancah tulang melalui pencetakan 3-D untuk membantu sel tulang tubuh tumbuh dan mengisi bagian yang rusak, tetapi tulang manusia lengkap yang mengandung sel hidup belum berhasil dicetak untuk penggunaan klinis.
Tantangan menjadi jauh lebih besar ketika ilmuwan mencoba mencetak organ kompleks seperti jantung atau ginjal. Jaringan dengan ketebalan lebih dari beberapa milimeter mengalami persoalan mendasar karena sel di bagian tengah mulai kekurangan oksigen dan nutrisi tidak lama setelah proses pencetakan selesai.
Penyebabnya adalah keterbatasan difusi. Oksigen hanya mampu bergerak beberapa milimeter ke dalam jaringan. Jika jaringan terlalu tebal, sel yang berada di bagian tengah dapat mati sebelum oksigen dan nutrisi mencapainya.
Persoalan ini dapat dibayangkan seperti kota besar dengan penduduk sangat padat tetapi tidak memiliki jalan. Truk pembawa makanan tidak dapat mencapai penduduk di bagian dalam, sementara truk pengangkut sampah tidak dapat membawa limbah keluar. Dalam jaringan biologis, pembuluh darah berfungsi sebagai jaringan jalan tersebut.
Karena itu, menciptakan sistem pembuluh darah merupakan salah satu tantangan terbesar dalam bioprinting organ. Pembuluh darah harus mampu membawa oksigen dan nutrisi ke setiap bagian jaringan sekaligus mengangkut limbah keluar agar sel tetap hidup.
Salah satu pendekatan yang sedang dikembangkan menggunakan sacrificial ink atau tinta pengorbanan. Tinta tersebut dicetak dalam pola menyerupai pembuluh darah, kemudian jaringan hidup dibangun di sekelilingnya. Setelah jaringan mengeras, tinta sementara tersebut dilarutkan sehingga menyisakan saluran kosong yang dapat dialiri darah.
Para ilmuwan juga berusaha mencetak pembuluh darah secara langsung bersamaan dengan proses pembentukan jaringan. Kemampuan tersebut dianggap penting untuk menciptakan jaringan tebal yang dapat bertahan hidup dalam jangka panjang.
Pada September 2025, para peneliti memperkenalkan sistem bioprinting 3-D bernama GRACE yang menawarkan pendekatan baru terhadap persoalan tersebut. Pramanick dari Utrecht University menjelaskan bahwa teknologi tersebut mampu mencetak pembuluh darah secara langsung di sekitar jaringan yang sedang dibuat.
GRACE menggunakan sistem penglihatan komputer untuk menentukan posisi sel. Informasi tersebut kemudian dianalisis menggunakan kecerdasan buatan untuk menentukan pola pembuluh darah yang paling efektif dalam mengantarkan darah kaya oksigen ke seluruh bagian jaringan.
Setelah pola ditentukan, sistem dapat mencetak struktur berbentuk pipa dalam hitungan detik. Kecepatan tersebut menjadi keunggulan penting dibandingkan teknik konvensional yang dapat membutuhkan waktu berjam-jam untuk membangun jaringan pembuluh darah lapis demi lapis.
Namun, mencetak organ manusia lengkap masih menghadapi banyak persoalan. Martin menjelaskan bahwa para ilmuwan masih harus menciptakan jaringan pembuluh darah yang stabil dengan struktur menyerupai pohon, mulai dari arteri besar hingga kapiler yang sangat kecil, kemudian memastikan semuanya dapat terhubung secara sempurna dengan sistem pembuluh darah pasien.
Perkembangan bioink, peningkatan kecepatan pencetakan, serta kemampuan mencetak pembuluh darah terus mempersempit jarak antara jaringan eksperimental dan organ yang dapat digunakan pada manusia. Telinga, kulit, dan kornea menunjukkan bahwa beberapa aplikasi bioprinting telah bergerak dari laboratorium menuju penggunaan klinis, sementara jantung, ginjal, dan organ kompleks lainnya masih membutuhkan pengembangan panjang.
Bioprinting 3-D menunjukkan bagaimana teknologi pencetakan berkembang dari pembuatan benda mati menuju konstruksi jaringan hidup menggunakan sel sebagai bahan utama. Berbagai metode telah memungkinkan pencetakan kulit, tulang rawan, pembuluh darah awal, telinga, dan kornea, tetapi keberhasilan mencetak organ utuh sangat bergantung pada kemampuan membangun sistem pembuluh darah yang dapat memasok oksigen dan nutrisi ke seluruh jaringan. Dengan perkembangan sistem seperti GRACE, pertanyaan mengenai bioprinting mulai bergeser dari apakah teknologi tersebut mampu menghasilkan organ pengganti menjadi kapan organ yang sepenuhnya berfungsi dapat benar-benar dicetak dan digunakan pada manusia.
Diolah dari artikel:
“Explainer: What is bioprinting?” oleh Tejasri Gururaj. (njd)
Note: This article was made as part of a dedicated effort to bring science closer to everyday life and to inspire curiosity in its readers.
Link: https://www.snexplores.org/article/explainer-what-is-bioprinting
