Simulasi dengan Jaringan Manusia, Apakah Paru-paru tidak Rusak?

Bagaimana para ilmuwan melakukan simulasi dengan jaringan manusia tanpa megganggu atau merusak paru-patu? Peralatan komputer digunakan untuk meningkatkan desain eksperimen pada in vivo dan in vitro.

Penelitian lain dilakukan oleh Dr. Tanja Hansen, Kepala Kelompok Kerja Sistem Uji In-vitro yang mengungkap toksikologi senyawa volatile dengan menggunakan diketon sebagai contoh. 

Perwakilan paling terkenal dari kelompok zat ini adalah diasetil, senyawa Kimia yang secara alami ditemukan dalam mentega. 

Versi yang diproduksi secara industri digunakan untuk memberi rasa mentega pada popcorn misalnya. 

Apa yang terjadi saat orang menghirup diacetyl? Bisakah hal itu merusak paru-paru? 

Diacetyl atau diasetil merupakan senyawa organik dengan rumus kimia (CH3CO)2 yang berbentuk cairan kuning atau hijau dengan rasa mentega yang kuat. 

Kepala Departemen Toksikologi In-silico di Fraunhofer ITEM, Sylvia Escher, dan Dr. Tanja Hansen menggunakan peralatan yang dikembangkan di Fraunhofer ITEM: P.R.I.T.® ExpoCube®. 

Cara ini memungkinkan mereka untuk mensimulasikan efek zat yang mudah menguap pada sel dan jaringan.

Untuk mensimulasikan situasi di paru-paru, para ilmuwan menggunakan sel epitel bronkial manusia yang dibudidayakan pada membran di antarmuka udara-cair. 

Diasetil gas dilewatkan ke permukaan sel-sel ini dengan menggunakan P.R.I.T.® ExpoCube®. Metode biokimia kemudian digunakan untuk menguji efeknya pada sel. 

Mengikuti analisis komprehensif ekspresi gen, para peneliti dapat mengidentifikasi jenis gen yang telah diaktifkan atau dinonaktifkan oleh sel.

Mereka kemudian menggunakan data ini untuk menentukan jalur jenis sinyal yang diaktifkan di dalam sel. Cara ini mungkin jalur sinyal yang mengarah pada produksi zat pembawa pesan yang menyebabkan terjadinya peradangan.

Pada langkah selanjutnya, investigasi berlanjut ke tingkat organ. Kemudian para peneliti menggunakan bagian jaringan hidup yang dibudidayakan dari paru-paru manusia, yang memiliki banyak fungsi organ yang sebenarnya. 

Seperti pada kultur sel, bagian paru-paru sekarang terpapar diacetyl di P.R.I.T.® ExpoCube® dan kemudian dianalisis.

Untuk menyimulasikan perilaku zat yang terhirup di dalam tubuh, mitra proyek menggunakan model penghitungan kompleks yang dikenal sebagai in silico methods. 

Metode in silico dengan menggunakan komputer ini merupakan pengujian yang melibatkan penggunaan simulasi komputer dalam penelitian eksperimental. 

Cara umum metode in silico digabungkan ke dalam eksperimen adalah eksperimen perencanaan dan analisis daya, peralatan komputer yang digunakan untuk meningkatkan desain eksperimen pada in vivo dan in vitro.

Model dengan bantuan komputer ini mampu mereproduksi dengan tingkat akurasi yang tinggi cara organisme menyerap, mendistribusikan, dan mengeluarkan zat yang terhirup. 

“Dalam kombinasi, data in vitro dan in silico memberikan gambaran yang lebih akurat tentang bagaimana zat seperti diacetyl merusak paru-paru,” jelas Sylvia Escher, Kepala Departemen Toksikologi In-silico di Fraunhofer ITEM yang juga ahli kimia itu. 

Sedangkan in vitro (Latin) yang berarti dalam gelas yang digunakan sebagai percobaan biologis awal dengan melibatkan pembiakan jaringan di luar organisme hidup dilakukan dalam wadah kaca, seperti gelas kimia, tabung reaksi, atau cawan petri. Istilah ilmiah in vitro digunakan untuk merujuk pada prosedur biologis apa pun.  

Bagaimana menggunakan data zat serupa? Langkah pertama untuk memasukkan metode pilihan atau opsi dalam penilaian risiko adalah pendekatan baca-lintas. 

Jika bahan kimia baru akan disetujui sesuai dengan metode ini, tugas pertama adalah mencari zat serupa yang data toksikologinya dari pengujian hewan sudah dilakukan. 

Dalam pendekatan baca yang melintasi, data ini kemudian diterapkan ke bahan kimia baru. 

“Pendekatan ini sudah digunakan. Namun dalam praktiknya, masih sulit untuk menunjukkan bahwa dua bahan kimia sangat mirip sehingga memiliki toksisitas yang sama,” ujar Sylvia Escher yang ahli Kimia itu. 

“Inilah sebabnya mengapa pendekatan baca-lintas sering tidak diterima oleh otoritas pengatur,” imbuh Sylvia Escher. 

Dalam studi kasus, tim ahli yang mengerjakan proyek menyelidiki kelompok zat yang terkait erat dan mengumpulkan data in vitro dan in silico yang komprehensif. 

Berdasarkan kekuatan penyelidikan ini, mereka mampu menunjukkan bahwa metode alternatif sangat mampu untuk menentukan toksisitas bahan yang terkait secara struktural.

Apakah perlu konsultasi dengan otoritas pengatur? Proyek EU-ToxRisk melibatkan universitas, lembaga penelitian, dan perusahaan, dan pihak berwenang seperti instansi pemerintah. 

Konsultasi yang erat dengan ahli toksikologi yang bekerja untuk badan pengatur sangat penting jika strategi pengujian terintegrasi baru ini ingin berhasil. 

Bekerja sama dengan otoritas nasional dan Uni Eropa yang menyetujui proses yang baru dikembangkan untuk menilai toksisitas pengujian dengan menggunakan hewan sebagai percobaan perlu diganti. Bagaimana di Indonesia? 

Baca: Uji Coba Bahan Kimia bagi Manusia, Risiko Toksikologis Berbeda dengan Hewan