Bagaimana “Mawar Gurun” Dapat Mengubah Pemberian Obat Selamanya
Para peneliti telah menciptakan partikel berbentuk bunga yang secara efisien mengantarkan obat ke area sasaran di tubuh. Partikel-partikel ini dapat dilacak dan dikendalikan melalui teknik pencitraan medis, dan menjanjikan pengobatan kanker dan penyakit kardiovaskular setelah pengujian awal yang berhasil pada tikus.
Para ilmuwan telah mencari cara untuk mengantarkan obat ke target tertentu di dalam tubuh selama bertahun-tahun. Misalnya, memberikan obat kanker langsung ke tumor, memastikan obat tersebut hanya bekerja di lokasi tertentu tanpa menimbulkan efek samping di seluruh tubuh. Penelitian sedang dilakukan untuk mengidentifikasi partikel pembawa yang dapat mengikat bahan aktif.
Partikel-partikel ini harus memenuhi persyaratan tertentu, antara lain tiga persyaratan berikut: pertama, harus mampu menyerap sebanyak mungkin molekul zat aktif; kedua, mereka harus dapat dipandu melalui aliran darah dengan menggunakan teknik sederhana seperti USG; dan ketiga, perjalanan mereka melalui tubuh harus dapat dilacak dengan prosedur pencitraan non-invasif. Poin terakhir ini adalah satu-satunya cara untuk memverifikasi apakah obat telah berhasil diberikan.
Kemajuan dalam Desain Partikel untuk Kedokteran
Menemukan solusi tunggal yang memenuhi semua persyaratan ini merupakan suatu tantangan. Namun, tim peneliti yang dipimpin oleh ETH Zurich telah memperkenalkan kelas partikel khusus yang memenuhi semua kriteria tersebut. Partikel-partikel ini tidak hanya efektif, tetapi juga terlihat mencolok secara visual di bawah mikroskop, menyerupai bunga kertas kecil atau mawar gurun. Mereka terdiri dari kelopak yang sangat tipis yang tersusun menjadi bunga. Partikel bunga ini berdiameter satu hingga lima mikrometer, sedikit lebih kecil dari sel darah merah.
Bentuknya memiliki dua keunggulan utama. Pertama, partikel bunga mempunyai luas permukaan yang sangat besar dibandingkan dengan ukurannya. Ruang di antara kelopak bunga yang padat hanya selebar beberapa nanometer dan berfungsi seperti pori-pori. Ini berarti mereka dapat menyerap zat aktif terapeutik dalam jumlah yang sangat besar. Kedua, kelopak bunga menyebarkan gelombang suara, atau dapat dilapisi dengan molekul yang menyerap cahaya sehingga dapat dengan mudah terlihat menggunakan pencitraan ultrasonografi atau optoakustik.
Temuan ini telah dilaporkan oleh kelompok yang dipimpin oleh Daniel Razansky dan Metin Sitti dalam sebuah penelitian yang diterbitkan di Materi Lanjutan. Razansky adalah Profesor Pencitraan Biomedis dengan jabatan ganda di ETH Zurich dan Universitas Zurich. Sitti adalah pakar dalam bidang mikro-robotika dan, hingga saat ini, adalah seorang profesor di ETH Zurich dan Institut Max Planck untuk Sistem Cerdas di Stuttgart sebelum pindah ke Universitas Koç di Istanbul.
Potensi Penerapan dan Penelitian Masa Depan
“Sebelumnya, para peneliti terutama menyelidiki gelembung gas kecil sebagai metode transportasi melalui aliran darah menggunakan ultrasound atau metode akustik lainnya,” kata Paul Wrede, salah satu penulis studi dan mahasiswa doktoral di kelompok Razansky. “Kami sekarang telah menunjukkan bahwa mikropartikel padat juga dapat dipandu secara akustik.” Keuntungan partikel bunga dibandingkan gelembung adalah bahwa partikel tersebut dapat diisi dengan molekul bahan aktif dalam jumlah yang lebih besar.
Para peneliti menunjukkan bahwa partikel bunga dapat mengandung obat kanker dalam percobaan cawan petri. Mereka juga menyuntikkan partikel tersebut ke dalam aliran darah tikus. Dengan menggunakan ultrasound terfokus, mereka mampu menjaga partikel-partikel tersebut pada posisi yang telah ditentukan dalam sistem peredaran darah. Ini berhasil meskipun sirkulasi darah cepat di sekitar partikel. Ultrasonografi terfokus adalah teknik dimana gelombang suara dikonsentrasikan pada titik tertentu. “Dengan kata lain, kami tidak hanya menyuntikkan partikel dan berharap yang terbaik. Kami sebenarnya mengendalikan mereka,” kata Wrede. Para peneliti berharap teknologi ini suatu hari nanti dapat digunakan untuk memberikan obat pada tumor atau gumpalan yang menyumbat pembuluh darah.
Partikel-partikel tersebut dapat dibuat dari berbagai bahan dan memiliki lapisan yang berbeda-beda tergantung pada kegunaannya dan prosedur pencitraan pilihan para peneliti untuk mengendalikan posisi partikel. “Prinsip kerja yang mendasarinya didasarkan pada bentuknya, bukan bahan pembuatnya,” kata Wrede. Dalam studinya, para peneliti menyelidiki partikel bunga yang terbuat dari seng oksida secara detail. Mereka juga menguji partikel yang terbuat dari polimida dan material komposit yang terdiri dari nikel dan senyawa organik.
Kini, para peneliti ingin menyempurnakan konsep mereka. Mereka berencana untuk melakukan lebih banyak tes pada hewan terlebih dahulu, setelah itu teknologi tersebut dapat bermanfaat bagi pasien penyakit kardiovaskular atau kanker.
Referensi: “Struktur Nano Hierarki sebagai Agen Multifungsi yang Dapat Dimanipulasi Secara Akustik dalam Aliran Fluida Dinamis” oleh Dong Wook Kim, Paul Wrede, Hector Estrada, Erdost Yildiz, Jelena Lazovic, Aarushi Bhargava, Daniel Razansky dan Metin Sitti, 14 Oktober 2024, Materi Lanjutan.
DOI: 10.1002/adma.202404514
