Obat Elektronik, Menghubungkan Ponsel dengan Sel Tubuh untuk Mengobati Penyakit

Obat elektronik

Kalau di zaman dahulu kita mengenal obat herbal, kemudian sekarang kita mengenal obat-obatan kimia.

Dan saat ini, dunia farmasi sedang dalam tren baru mengembangkan obat biosimilar.

Beberapa waktu lalu, para peneliti juga mengembangkan teknik biologi dan fisika dalam pengobatan, yakni Peneliti Gunakan Cahaya untuk Obati Kanker Prostat Stadium Awal.

Dan saat ini, para peneliti juga mengembangkan teknik pengobatan masa depan dengan menggunakan obat elektronik.

Obat elektronik

Sejalan dengan ini, penelitian sebelumnya juga telah dilakukan untuk mengembangkan antibiotik yang dapat diupdate melalui komputer.

Peralatan elektronika memang telah menjadi bagian dari kehidupan kita. Sebut saja ponsel, tablet, laptop, atau alat yang berhubungan langsung dengan tubuh seperti alat bantu dengar dan alat pacu jantung (defibrilator).

Semua alat ini menggunakan desain dan komponen elektronik yang sangat kecil atau yang disebut mikroelektronika.

Mikroelektronika

Mikroelektronika memang telah banyak mengubah cara kita dalam mengumpulkan, memproses dan mengirimkan informasi.

Namun perangkat tersebut masih memiliki akses yang terbatas pada dunia biologis kita: ada sebuah kesenjangan teknis.

Misalnya kita belum bisa menghubungkan ponsel ke kulit kita untuk mendapatkan informasi kesehatannya. Apakah ada infeksi? Apakah ada jenis bakteri atau virus tertentu?

Kita juga belum bisa memprogram ponsel untuk dapat menghasilkan dan menghantarkan antibiotik ke dalam tubuh.

Memang masih terdapat permasalahan dalam hal menterjemahkan komunikasi antara dunia biologi dengan dunia elektronik.

Pendeteksi penyakit

Penelitian yang baru-baru ini diterbitkan dalam Jurnal Nature Communications membawa kita pada satu langkah lebih dekat untuk mengatasi kesenjangan komunikasi tersebut.

Alih-alih mengandalkan sinyal molekul biasa, seperti hormon atau nutrisi, yang dapat mengontrol ekspresi gen itu. Sebagai gantinya peneliti menciptakan sebuah sistem “switching” sintetik dalam sel bakteri yang dapat mengenal elektron.

Teknologi baru ini memungkinkan kita untuk memprogram ponsel atau perangkat mikroelektronik lain untuk dapat mendeteksi dan mengobati penyakit.

Obat elektronik

Obat elektronik berkomunikasi dengan elektron, bukan molekul

Salah satu hambatan yang ilmuwan temui ketika mencoba untuk menghubungkan perangkat mikroelektronik dengan sistem biologis adalah terkait dengan arus informasi.

Dalam biologi, hampir semua aktivitas dilakukan dengan transfer molekul seperti glukosa, epinefrin, kolesterol dan sinyal insulin antara sel-sel dan jaringan.

Bakteri menginfeksi dan mengeluarkan molekul racun lalu menempatkannya ke kulit kita menggunakan reseptor molekul.

Untuk mengobati infeksi, kita perlu mendeteksi molekul-molekul untuk mengidentifikasi bakteri, melihat kegiatan mereka dan menentukan cara terbaik untuk menanggapinya.

Sementara perangkat mikroelektronik tidak memproses informasi melalui molekul.

Sebuah perangkat mikroelektronik biasanya mengandung silikon, emas, bahan kimia seperti boron atau fosfor dan sumber energi yang menyediakan elektron.

Komponen itu memang kurang cocok untuk berkomunikasi dengan molekul sel-sel hidup.

Elektron bebas tidak ada dalam sistem biologis sehingga hampir tidak ada cara untuk menghubungkannya dengan mikroelektronika.

Sebenarnya ada, sebuah kelompok kecil molekul yang stabil tukar-menukar elektron, yang disebut molekul “redoks”.

Molekul ini dapat mengangkut elektron, seperti melalui kawat. Perbedaannya adalah dalam kawat, elektron dapat mengalir bebas. Sedangkan molekul redoks harus menjalani reaksi kimia – reaksi oksidasi atau reduksi – untuk transfer elektron.

Cara aktifkan dan nonaktikan obat elektronik

Memanfaatkan sifat elektronis dari molekul redoks, peneliti merekayasa genetika bakteri untuk merespon hal itu.

Peneliti berfokus pada molekul redoks yang bisa diprogram oleh elektroda dari perangkat mikroelektronik.

Perangkat dapat menghentikan oksidasi maupun reduksi molekul.

Elektron disuplai oleh sumber energi yang khas dalam elektronik seperti baterai.

Peneliti ingin sel bakteri dapat mengaktifkan dan menonaktifkan ketika diberikan tegangan. Tegangan ini teroksidasi secara alami oleh molekul redoks, yaitu pyocyanin. 

Oksidasi elektrik dari pyocyanin ini memungkinkan kita untuk mengontrol sel yang direkayasa. Mengaktifkan atau menonaktifkannya sehingga akan mensintesis (atau tidak) protein fluorescent.

Kita bisa dengan cepat mengidentifikasi apa yang terjadi di dalam sel-sel ini karena protein memancarkan warna hijau.

Kita juga dapat menangkap sinyal elektrik dari sekelompok sel yang menunjukkan aktivitasnya.

Peneliti membuat sel-sel yang dapat mengendalikan sintesis dari molekul sinyal yang berdifusi ke sel tetangga, dan pada gilirannya menyebabkan perubahan aktivitasnya.

Arus listrik yang dihidupkan pada sel-sel bakteri yang “diprogram” itu memproses sinyal biologis alami untuk mengubah aktivitas sel di dekatnya.

Hal ini menjadi lebih menarik, karena peneliti dapat menunjukkan bahwa mereka dapat mengaktifkan ekspresi gen tertentu maupun mematikannya.

Dengan membalik polaritas pada elektroda, pyocyanin teroksidasi menjadi tereduksi (tidak aktif).

Kemudian, sel-sel yang diaktifkan itu direkayasa untuk cepat kembali ke status awal mereka.

Dengan cara ini, peneliti menunjukkan kemampuan untuk memprogram aktivitas elektrik menjadi aktif atau nonaktif berulang kali. 

Menariknya, saklar on dan off yang diaktifkan oleh pyocyanin cukup lemah. Dengan molekul redoks lain, ferricyanide, peneliti menemukan cara untuk memperkuat seluruh sistem sehingga ekspresi gen sangat kuat, lagi mematikan. Seluruh sistem itu kuat, berulang dan tidak berpengaruh negatif terhadap sel.

Penelitian saat ini berhubungan dengan pekerjaan sebelumnya yang dilakukan di University of Maryland, di mana peneliti telah menemukan cara untuk merekam informasi biologis ke perangkat.

Upaya komunikasi molekul ini digunakan untuk mengidentifikasi patogen, memantau tekanan darah dari penderita schizophrenia dan bahkan menentukan perbedaan melanin dari orang-orang dengan rambut berwarna merah.

Selama hampir satu dekade, tim Maryland telah mengembangkan metodologi pemanfaatan molekul redoks untuk mengidentifikasi keadaan biologis, dengan langsung menulis informasinya ke perangkat secara elektrokimia.

Barangkali sekarang lah saatnya untuk mengintegrasikan teknologi ini. Menggunakan komunikasi molekular untuk mengidentifikasi keadaan biologis lalu mentransfernya ke perangkat.

Sumber :

www.scientificamerican.com

You may also like...

2 Responses

  1. 30 September 2017

    […] Baca juga penelitian menarik : Obat Elektronik, Menghubungkan Ponsel dengan Sel Tubuh untuk Mengobati Penyakit […]

  2. 19 July 2018

    […] Baca juga : Obat Elektronik, Menghubungkan Ponsel dengan Sel Tubuh untuk Mengobati Penyakit […]

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.