Bio Tanpa Tikus Percobaan
⑤ Kultur Sel, Organoid, dan Organ-on-a-Chip… Tiga Alternatif Pengganti Uji Coba Hewan

[비즈한국] Metode uji coba alternatif hewan (NAMs) mulai diperkenalkan di sektor industri untuk menutupi masalah etika dalam proses pengembangan obat baru serta keterbatasan uji coba hewan konvensional. Tren penggunaan teknologi kultur sel, organoid (analogi organ), dan organ-on-a-chip (cip organ) kini semakin beragam guna mengurangi atau menggantikan penggunaan subjek hewan.

Teknologi 'Kultur Sel' sebagai Pengganti Darah Kepiting Tapal Kuda

Teknologi alternatif juga dikembangkan secara aktif untuk melindungi kepiting tapal kuda, biota laut yang memerlukan perlindungan karena penurunan populasinya. Amebosit yang diekstraksi dari darah kepiting tapal kuda sangat penting dalam mendeteksi 'kontaminasi endotoksin'—yang dapat memicu demam atau syok fatal—selama proses manufaktur vaksin, alat kesehatan implan, dan preparat toksin botulinum.

Terutama akibat pandemi COVID-19, permintaan vaksin melonjak tajam. Seiring dengan pertumbuhan industri bio, kecantikan, dan perangkat medis, ratusan ribu kepiting tapal kuda ditangkap setiap tahunnya untuk pengambilan darah demi tujuan biomedis. Namun, telah dilaporkan adanya dampak ekologis di mana sebagian individu mati atau mengalami penurunan kemampuan reproduksi setelah proses pengambilan darah.

Karena penurunan populasi yang drastis akibat penangkapan berlebih, IUCN (Uni Internasional untuk Konservasi Alam) telah menetapkan beberapa spesies kepiting tapal kuda sebagai spesies terancam punah. Oleh karena itu, penggunaan metode uji coba alternatif kepiting tapal kuda mulai meluas, terutama di Uni Eropa (EU). Di negara bagian New York, Amerika Serikat, undang-undang telah disahkan untuk mengurangi kuota penangkapan komersial secara bertahap mulai tahun ini, dan melarang total penangkapan kepiting tapal kuda untuk tujuan komersial dan biomedis mulai tahun 2029.

Di luar negeri, perusahaan seperti BioMérieux dari Prancis dan Lonza dari Swiss telah mengomersialkan metode pengujian endotoksin berbasis rFC/rCR yang menggunakan teknologi rekombinan genetik. Meski memiliki keunggulan dapat memproduksi bahan pengujian tanpa mengorbankan kepiting tapal kuda, terdapat batasan yaitu diperlukannya data verifikasi tambahan untuk zat selain endotoksin standar agar bisa diterapkan di dunia industri. Metode pengujian endotoksin berbasis protein rekombinan hanya mencampurkan beberapa faktor yang disintesis secara buatan, sehingga mau tidak mau terdapat perbedaan dalam reaktivitas dan metode pengujian dibandingkan dengan metode berbasis darah kepiting tapal kuda yang konvensional.

Hal ini menjadi beban bagi perusahaan farmasi dan bio untuk menerapkannya. Diketahui bahwa biaya menjadi lebih besar dibanding metode konvensional karena mereka harus merancang ulang Standar Operasional Prosedur (SOP) untuk proses pengendalian kualitas (QC). Inilah alasan mengapa tingkat pemanfaatannya di lapangan masih rendah meskipun metode ini telah terdaftar sebagai metode uji alternatif dalam farmakope (buku standar obat) masing-masing negara.

Di Korea Selatan, CellWeVerse sedang mengembangkan bahan pengujian endotoksin berbasis teknologi kultur sel.

CellWeVerse telah mengembangkan teknologi untuk memperbanyak sel imun amebosit kepiting tapal kuda—yang dikenal sangat sulit dibudidayakan—hingga lebih dari 1.000 kali lipat dalam waktu 24 hari. Cho Kun-sik, CEO CellWeVerse, menjelaskan, "Hanya dengan darah yang diambil dari satu ekor kepiting tapal kuda, kami dapat memproduksi bahan pengujian endotoksin untuk sekitar 1.000 ekor." Perusahaan juga mengembangkan agen kriopreservasi khusus dengan tingkat kelangsungan hidup di atas 95% agar sel amebosit yang sensitif dapat disimpan dalam jangka panjang. Melalui ini, ekspresi faktor inti yang diperlukan untuk pengujian endotoksin dapat tetap terjaga secara stabil meskipun setelah kultur jangka panjang.

CEO Cho mengatakan, "Karena kami mengultur langsung sel imun inti dalam darah kepiting tapal kuda untuk memasok bahan yang identik, kami dapat mempertahankan daya deteksi metode konvensional," dan menambahkan, "Hasil tes internal menggunakan purwarupa berbahan hasil kultur kami menunjukkan bahwa sensitivitasnya setara atau bahkan lebih unggul dibandingkan produk dari perusahaan global nomor satu atau dua seperti Charles River atau Lonza." Ia menekankan, "Saat ini, kami sedang menjalani prosedur verifikasi penuh di National Toxicology Institute untuk mendapatkan pengakuan resmi dan memenuhi standar regulasi."

Daewoong, SillaJen, Kangstem Biotech… Percepatan R&D dengan Teknologi ‘Organoid’

Organoid adalah model sel tiga dimensi yang dibuat dengan mengultur sel punca manusia secara 3D, sehingga menciptakan struktur dan fungsi yang menyerupai organ manusia. Berbeda dengan metode kultur sel 2D yang datar, organoid memiliki struktur tiga dimensi sehingga mampu mereplikasi karakteristik fisiologis dan interaksi antar sel manusia dengan lebih mirip.

Meskipun masih memiliki keterbatasan dalam mereplikasi respon imun sistemik atau jaringan aliran darah yang kompleks secara sempurna, organoid dinilai sebagai alternatif kuat yang dapat mengurangi perbedaan antar spesies dalam uji coba hewan.

Khususnya, karena mampu memprediksi khasiat obat dan respon toksisitas pada tingkat organ manusia sebelum kandidat obat diberikan kepada hewan, organoid diharapkan dapat berkontribusi secara signifikan dalam mengurangi jumlah hewan percobaan yang digunakan pada tahap penyaringan awal.

Daewoong Pharmaceutical juga sedang mendorong internalisasi teknologi organoid. Pada tanggal 28 lalu, mereka menerima transfer teknologi organoid hati untuk evaluasi toksisitas dari National Institute of Food and Drug Safety Evaluation di bawah Kementerian Keamanan Pangan dan Obat-obatan. Daewoong Pharmaceutical berencana memanfaatkan organoid yang mereplikasi struktur jaringan hati manusia dan ekskresi empedu untuk mengevaluasi toksisitas hati dari kandidat obat baru secara lebih presisi pada tahap non-klinis, guna meningkatkan efisiensi R&D (Penelitian dan Pengembangan).

Seorang pejabat Daewoong Pharmaceutical menjelaskan, "Sulit untuk mengungkapkan angka spesifik mengenai sensitivitas dan spesifisitas teknologi ini, tetapi kami dapat memverifikasi dari berbagai sudut indikator fungsi dan kerusakan hati utama seperti kemampuan sekresi albumin, AST (aspartat aminotransferase), dan ALT (alanin aminotransferase), bukan sekadar evaluasi kelangsungan hidup sel. Hal ini menunjukkan daya prediksi yang mendekati lingkungan tubuh manusia yang sebenarnya."

Tujuannya adalah memperluas cakupan pemanfaatan organoid. Saat ini mereka telah mengamankan teknologi untuk evaluasi toksisitas, tetapi ke depannya mereka berencana memperluas area penggunaan hingga ke evaluasi efikasi dan khasiat obat baru dengan menggabungkan teknologi organoid pemodelan penyakit. Pejabat Daewoong Pharmaceutical mengatakan, "Kami juga berencana meninjau secara aktif rencana inovasi terbuka, seperti penerapan teknologi platform eksternal yang unggul dengan daya saing global."

SillaJen menggunakan model organoid dalam proses menerima persetujuan perubahan rencana uji klinis (IND) untuk terapi kombinasi kandidat obat antikanker 'BAL0891' dari FDA Amerika Serikat pada Oktober tahun lalu. Perusahaan hanya menyerahkan data penelitian praklinis berbasis organoid sebagai pengganti data uji coba hewan untuk membuktikan validitas klinis dari terapi kombinasi tersebut. Industri menilai ini sebagai kasus langka di mana persetujuan perubahan IND dari FDA diperoleh hanya dengan data berbasis organoid.

Kangstem Biotech telah membangun model organoid kulit dan menerapkannya dalam evaluasi khasiat serta penyaringan kosmetik maupun obat penyakit kulit. Menurut perusahaan, kulit buatan konvensional memiliki keterbatasan struktural karena tidak memiliki pembuluh darah atau sistem imun, sehingga sulit memprediksi hasil respon obat. Namun, model organoid berbasis sel punca milik Kangstem Biotech mencakup pembuluh darah dan sistem imun, sehingga mampu mereplikasi dan memvisualisasikan respon yang muncul pada kulit normal seperti pada kasus atopik atau kerutan.

Eoh Hae-kwan, Direktur Eksekutif Divisi Pengembangan Bisnis Kangstem Biotech, mengatakan, "Target kami adalah ekspor teknologi ke perusahaan farmasi global. Saat ini, kami telah menandatangani kontrak dengan satu perusahaan farmasi global dan dua perusahaan farmasi/bio dalam negeri untuk menjalankan tugas CRO."

'Organ-on-a-Chip' Mereplikasi Lingkungan Organ Tubuh Manusia

Organ-on-a-chip (cip organ) adalah metode uji coba alternatif hewan generasi berikutnya yang merealisasikan struktur dan fungsi organ manusia di atas cip berbasis teknologi mikrofluida. Karena dapat menganalisis respon obat berbasis sel manusia, teknologi ini menarik perhatian karena potensinya dalam meningkatkan akurasi pemilihan kandidat awal dan evaluasi toksisitas.

Jika organoid berfokus pada penggunaan sel punca untuk menciptakan struktur 3D yang menyerupai organ, organ-on-a-chip memiliki ciri khas mereplikasi aliran yang mirip dengan aliran darah, rangsangan mekanis, dan lingkungan pergerakan obat ke dalam sel, sehingga merepresentasikan respon nyata di dalam tubuh manusia dengan lebih presisi.

Di pasar global, Emulate dan CN Bio telah mengomersialkan platform organ-on-a-chip dan memperluas penelitian bersama dengan perusahaan farmasi. Emulate telah mengembangkan platform berbasis mikrofluida yang mengontrol cairan melalui pipa halus seukuran rambut untuk mereplikasi struktur dan fungsi organ manusia, serta menyediakan berbagai model organ seperti hati, usus, dan paru-paru. CN Bio juga memanfaatkan platform PhysioMimix untuk evaluasi toksisitas hati dan penelitian metabolisme obat.

Di Korea Selatan, pengembangan teknologi organ-on-a-chip juga sedang berjalan. T&R Biofab sedang melakukan penelitian terkait replikasi jaringan dan organ-on-a-chip berbasis teknologi bioprinting 3D, sementara BioSolvix sedang mendorong pengembangan platform biomimetik yang meniru lingkungan organ tubuh manusia.

Namun, organ-on-a-chip masih menghadapi tantangan berupa standarisasi dan perolehan penerimaan regulasi. Karena struktur organ, komposisi sel, dan lingkungan fluida yang diimplementasikan oleh setiap perusahaan/lembaga penelitian berbeda-beda, standar umum untuk membandingkan hasil uji coba perlu ditetapkan. Selain itu, untuk diterapkan pada penyaringan kandidat obat dalam skala besar oleh perusahaan farmasi, diperlukan standarisasi platform, pembangunan sistem produksi massal, dan daya saing biaya.