Para peneliti mengungkap teknologi pencetakan 3D yang dapat memajukan ilmu biofilm

Para peneliti mengungkap teknologi pencetakan 3D yang dapat memajukan ilmu biofilm

Teknologi pencetakan 3D : Memerangi infeksi bakteri yang mengancam jiwa, mengurangi lendir yang menyumbat pipa, mencegah penumpukan plak pada gigi—semuanya suatu hari nanti dapat memperoleh manfaat dari teknologi baru yang dikembangkan oleh para peneliti Montana State University.

Ketika bakteri dan mikroba lain menempel pada permukaan dan menciptakan lapisan berlendir—disebut biofilm—mereka membentuk komunitas kompleks yang seringkali resisten terhadap disinfektan tradisional. Sekarang, para ilmuwan di Pusat Rekayasa Biofilm MSU sedang mengembangkan alat untuk mereplikasi mosaik mikroba sehingga perawatan inovatif dapat dipelajari.

“Kami sangat senang untuk berbagi sekilas pertama dari teknologi ini,” kata Isaak Thornton, yang mendapatkan gelar doktor di bidang teknik mesin. Thornton, bersama dengan mahasiswa doktoral mikrobiologi Kathryn Zimlich, akan mempresentasikan karya mereka selama Pertemuan Biofilm Montana tahunan di Bozeman pada 12-14 Juli, yang mengumpulkan para peneliti dan mitra industri dari seluruh dunia untuk membahas ilmu biofilm terbaru.

Selama dua tahun terakhir, Zimlich dan Thornton telah merancang dan menguji perangkat pencetakan 3D yang dapat dengan tepat menyusun kisi-kisi bakteri individu dalam hidrogel—zat bening seperti Jell-O. Memanfaatkan kemajuan dalam pencetakan 3D, para peneliti dapat memetakan mikroba dalam tetes resin hidrogel cair dan kemudian menggunakan sinar laser untuk memperkuat bahan, membangun biofilm yang belum sempurna.

“Kami dapat mengatur dan merangkum sel secara spasial tepat di tempat yang kami inginkan,” kata Thornton, yang melakukan penelitian di lab Jim Wilking, profesor di Departemen Teknik Kimia dan Biologi di Norm Asbjornson College of Engineering MSU.

Sejauh ini Zimlich dan Thornton hanya menggunakan satu spesies bakteri, tetapi dengan menggunakan printer 3D untuk melakukan banyak lintasan, masing-masing dengan spesies atau strain bakteri yang berbeda, mereka dapat mulai membuat biofilm yang lebih kompleks dan berlapis yang ditemukan di alam. Dengan menambahkan pewarna fluoresen ke bakteri, para peneliti dapat dengan mudah melihat mikroba menggunakan mikroskop khusus, memungkinkan mereka mempelajari interaksi yang terjadi di antara sel.

“Bahkan sistem biofilm yang paling sederhana pun rumit,” kata Zimlich. “Ini seperti hutan di mana ada banyak keragaman. Kami membutuhkan alat baru untuk melihat bagaimana keragaman itu berkembang dan dipertahankan.”

Diketahui bahwa lingkungan dinamis dalam biofilm dapat berkontribusi untuk membuat mikroba resisten terhadap perawatan tradisional. Bupati MSU Profesor dan peneliti biofilm lama Phil Stewart telah menunjukkan bahwa bakteri yang biasanya menyebabkan infeksi luka yang berbahaya menolak antibiotik karena sel-sel di tingkat yang lebih rendah dari biofilm terputus dari oksigen dan senyawa lain, menyebabkan mereka menjadi tidak aktif dan dengan demikian mengubah mereka biologi sehingga obat tersebut menjadi tidak efektif.

“Satu hal yang menjadi lebih jelas adalah bahwa ada potensi untuk mengobati bakteri patogen ini dengan mengubah lingkungan biofilm interaktif daripada mencoba menggunakan produk kimia yang keras,” kata Zimlich, yang penasihat penelitiannya adalah Matthew Fields, direktur Center for Biofilm Engineering. Misalnya, perawatan dapat melibatkan pengenalan bakteri tidak berbahaya yang bersaing dengan mikroba berbahaya dan mengganggu biofilm pelindung.

Mengembangkan perawatan tersebut akan membutuhkan banyak pengujian di lingkungan laboratorium yang terkontrol, di situlah alat pencetakan 3D baru masuk. “Kami pikir mungkin untuk membangun analog tentang bagaimana biofilm patogen ini terbentuk secara alami,” kata Zimlich.

Itu berpotensi menarik bagi para peserta pertemuan biofilm. Perusahaan seperti Proctor and Gamble, 3M dan Ecolab, serta NASA, sangat ingin mengembangkan cara baru untuk mengendalikan biofilm bermasalah secara efektif, menurut Paul Sturman, yang mengoordinasikan pekerjaan pusat tersebut dengan sekitar 30 mitra industrinya.

“Ini benar-benar tentang membantu mereka mengembangkan produk yang bermanfaat,” kata Sturman. “Pertemuan itu adalah cara yang bagus bagi anggota kami untuk terus mengetahui penelitian biofilm terbaru. Dan kami dapat memamerkan pekerjaan yang kami lakukan dan mampu kami lakukan.”

Sejak didirikan lebih dari 30 tahun yang lalu, Center for Biofilm Engineering telah menjadi pemimpin dunia dalam studi biofilm, memelopori pendekatan interdisipliner yang menggabungkan berbagai bidang teknik, mikrobiologi, dan bidang lain untuk memecahkan masalah dunia nyata. Itulah yang membuat Thornton tertarik pada proyek tersebut, katanya.

“Sangat menyenangkan memiliki kesempatan untuk membawa keterampilan saya di bidang teknik mesin untuk membantu ahli mikrobiologi menjawab pertanyaan generasi baru,” kata Thornton.

Zimlich setuju. “Kita harus bekerja sama,” katanya. “Saya pikir ini adalah salah satu tempat terbaik di dunia untuk mengeksplorasi pertanyaan-pertanyaan ini.”

Teknologi