Tato Yang Terbuat dari Nanopartikel Emas Merevolusi Diagnostik Medis

Gagasan tentang sensor implan yang terus-menerus mengirimkan informasi tentang nilai-nilai vital dan konsentrasi zat atau obat di dalam tubuh telah memesona para dokter dan ilmuwan sejak lama. Sensor semacam itu memungkinkan pemantauan terus-menerus terhadap perkembangan penyakit dan keberhasilan terapi.

Namun, hingga saat ini sensor implan belum cocok untuk tetap berada di dalam tubuh secara permanen melainkan harus diganti setelah beberapa hari atau minggu. Di satu sisi, terdapat masalah penolakan implan karena tubuh mengenali sensor sebagai benda asing. Di sisi lain, warna sensor yang menunjukkan perubahan konsentrasi sejauh ini tidak stabil dan memudar seiring waktu.

Para ilmuwan di Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) telah mengembangkan jenis baru sensor implan yang dapat dioperasikan di dalam tubuh selama beberapa bulan.Sensor ini didasarkan pada nanopartikel emas stabil warna yang dimodifikasi dengan reseptor untuk molekul tertentu. Tertanam ke dalam jaringan polimer buatan, nanogold ditanam di bawah kulit di mana ia melaporkan perubahan konsentrasi obat dengan mengubah warnanya.

Implan melaporkan informasi sebagai "tato tak terlihat"

Kelompok penelitian Profesor Carsten Soennichsen di JGU telah menggunakan nanopartikel emas sebagai sensor untuk mendeteksi sejumlah kecil protein dalam sel aliran mikroskopis selama bertahun-tahun. Nanopartikel emas bertindak sebagai antena kecil untuk cahaya: Mereka menyerap dan menyebarkannya dengan kuat dan, oleh karena itu, tampak berwarna-warni. Mereka bereaksi terhadap perubahan di sekitarnya dengan mengubah warna. Tim Soennichsen telah mengeksploitasi konsep ini untuk penginderaan medis implan.

Untuk mencegah partikel kecil berenang menjauh atau terdegradasi oleh sel kekebalan, mereka tertanam dalam hidrogel berpori dengan konsistensi seperti jaringan. Setelah ditanamkan di bawah kulit, pembuluh darah kecil dan sel tumbuh ke dalam pori-pori. Sensor terintegrasi di dalam jaringan dan tidak ditolak sebagai benda asing. "Sensor kami seperti tato yang tidak terlihat, tidak lebih besar dari satu sen dan lebih tipis dari satu milimeter," kata Profesor Carsten Soennichsen, kepala Nanobiotechnology Group di JGU. Karena nanopartikel emas adalah inframerah, mereka tidak terlihat oleh mata. Namun, alat pengukur jenis khusus dapat mendeteksi warnanya secara noninvasif melalui kulit.

Dalam studi mereka yang diterbitkan di Nano Letters , para peneliti JGU menanamkan sensor nanopartikel emas mereka di bawah kulit tikus tak berbulu. Perubahan warna pada sensor ini dipantau setelah pemberian berbagai dosis antibiotik. Molekul obat diangkut ke sensor melalui aliran darah. Dengan mengikat reseptor spesifik pada permukaan nanopartikel emas, mereka menyebabkan perubahan warna yang bergantung pada konsentrasi obat. Berkat nanopartikel emas warna stabil dan hidrogel pengintegrasi jaringan, sensor ditemukan tetap stabil secara mekanis dan optik selama beberapa bulan.

Potensi besar nanopartikel emas sebagai sensor medis implan yang tahan lama

"Kami terbiasa dengan objek berwarna yang memutih dari waktu ke waktu. Namun, partikel nano emas tidak memutihkan tetapi mempertahankan warnanya secara permanen. Karena dapat dengan mudah dilapisi dengan berbagai reseptor yang berbeda, mereka adalah platform yang ideal untuk sensor yang dapat ditanamkan," jelas Dr. Katharina Kaefer, penulis pertama studi ini.

Konsep baru dapat digeneralisasikan dan berpotensi memperpanjang masa pakai sensor yang dapat ditanamkan. Di masa depan, sensor implan berbasis nanopartikel emas dapat digunakan untuk mengamati konsentrasi biomarker atau obat yang berbeda di dalam tubuh secara bersamaan. Sensor semacam itu dapat digunakan dalam pengembangan obat, penelitian medis, atau obat yang dipersonalisasi, seperti pengelolaan penyakit kronis.

Kerja tim interdisipliner membawa kesuksesan

Soennichsen memiliki ide untuk menggunakan nanopartikel emas sebagai sensor yang ditanamkan pada tahun 2004 ketika dia memulai penelitiannya di bidang kimia biofisik sebagai profesor junior di Mainz. Namun, proyek tersebut tidak terealisasi hingga sepuluh tahun kemudian bekerja sama dengan Dr. Thies Schroeder dan Dr. Katharina Kaefer, keduanya ilmuwan di JGU. Schroeder berpengalaman dalam penelitian biologi dan laboratorium ilmu hewan dan telah menyelesaikan beberapa tahun penelitian di AS. Kaefer sedang mencari topik yang menarik untuk gelar doktornya dan sangat tertarik pada sifat kompleks dan interdisipliner dari proyek tersebut.

Hasil awal menghasilkan tunjangan yang diberikan kepada Kaefer oleh Max Planck Graduate Center (MPGC) serta dukungan keuangan dari Stiftung Rheinland-Pfalz für Innovation. "Proyek semacam itu membutuhkan banyak orang dengan latar belakang keilmuan yang berbeda. Selangkah demi selangkah kami dapat meyakinkan lebih banyak orang tentang ide kami, "kata Soennichsen dengan senang hati. Pada akhirnya, kerja tim lintas disiplinlah yang menghasilkan keberhasilan pengembangan sensor implan fungsional pertama dengan nanopartikel emas.