“Senter Molekuler” Kecil Ini Dapat Mengubah Deteksi Penyakit Otak

Teknik “senter molekuler” baru memungkinkan wawasan non-invasif mengenai patologi otak, sehingga menerangi masa depan penelitian neurologis.

• Alat ini dapat menjangkau jauh ke dalam otak dengan kerusakan minimal, sehingga disebut sebagai perangkat invasif minimal. Ini memancarkan sinar cahaya ultra-tipis.
• Dengan menerangi jaringan saraf, cahaya memberikan informasi rinci tentang komposisi kimianya, memungkinkan deteksi perubahan molekuler yang disebabkan oleh tumor atau lesi lainnya.
• Dikenal sebagai “senter molekuler”, alat ini saat ini digunakan dalam berbagai penelitian, namun para ilmuwan berharap alat ini pada akhirnya dapat diterapkan pada perawatan pasien.
• Temuannya dirinci dalam jurnal Metode Alam.

Teknologi “Senter Molekuler” yang Revolusioner

Mempelajari perubahan molekuler di otak yang disebabkan oleh kanker dan kelainan neurologis tanpa prosedur invasif telah lama menjadi tantangan dalam penelitian biomedis. Kini, para ilmuwan telah mengembangkan teknik inovatif yang menggunakan probe ultra-tipis untuk memasukkan cahaya ke dalam otak tikus, sehingga memungkinkan analisis molekuler secara mendetail. Temuan tersebut dipublikasikan hari ini (31 Desember) di jurnal Metode Alammerupakan hasil kolaborasi peneliti internasional, termasuk tim dari Spanish National Cancer Research Center (CNIO) dan Spanish National Research Council (CSIC).

Para peneliti menyebut inovasi ini sebagai “senter molekuler” karena menerangi jaringan saraf dan mengungkap komposisi kimianya. Pendekatan ini memungkinkan para ilmuwan untuk mendeteksi perubahan molekuler yang terkait dengan tumor otak—baik primer maupun metastasis—serta cedera seperti kerusakan otak traumatis.

Invasi Minimal, Wawasan Maksimal

Itu senter molekuler adalah sebuah probe yang tebalnya kurang dari 1 mm, dengan ujung yang lebarnya hanya satu mikron—sekitar seperseribu milimeter—dan tidak terlihat dengan mata telanjang. Ini dapat dimasukkan jauh ke dalam otak tanpa menyebabkan kerusakan (sebagai perbandingan, rambut manusia berdiameter antara 30 dan 50 mikron).

Ini probe senter belum siap untuk diuji pada pasien, dan untuk saat ini, ini merupakan alat penelitian yang “menjanjikan” pada model hewan yang memungkinkan “pemantauan perubahan molekuler yang disebabkan oleh cedera otak traumatis, serta mendeteksi penanda diagnostik metastasis otak dengan tingkat tinggi ketepatan,” jelas penulis makalah tersebut.

Pekerjaan ini telah dilakukan oleh konsorsium NanoBright Eropa, yang mencakup dua kelompok Spanyol: kelompok yang dipimpin oleh Manuel Valiente, yang mengepalai Kelompok Metastasis Otak CNIO, dan Laboratorium Sirkuit Neuronal CSIC dari Institut Cajal, yang dipimpin oleh Liset Menéndez de la kebanggaan. Kedua tim bertanggung jawab atas penelitian biomedis di NanoBright, sementara kelompok dari institusi Italia dan Prancis telah mengembangkan instrumentasinya.

Pergeseran Paradigma dalam Teknik Studi Otak

Menggunakan cahaya untuk mengaktifkan atau merekam fungsi otak merupakan pencapaian luar biasa, namun ini bukanlah teknik baru. Misalnya, apa yang disebut teknik optogenetik memungkinkan untuk mengontrol aktivitas neuron individu dengan cahaya. Namun, metode ini memerlukan pengenalan gen ke dalam neuron untuk membuatnya peka terhadap cahaya. Dengan teknologi baru yang diperkenalkan oleh NanoBright, otak dapat dipelajari tanpa perubahan sebelumnya, yang menunjukkan perubahan paradigma dalam penelitian biomedis.

Nama teknis dari metode yang menjadi dasar senter molekuler baru adalah spektroskopi getaran. Ia bekerja dengan memanfaatkan sifat cahaya yang dikenal sebagai efek Raman: ketika cahaya berinteraksi dengan molekul, ia menyebar secara berbeda bergantung pada komposisi dan struktur kimianya. Hal ini memungkinkan untuk mendeteksi sinyal unik, atau spektrum, untuk setiap molekul. Spektrum tersebut kemudian bertindak sebagai tanda molekuler, memberikan informasi tentang komposisi jaringan yang diterangi.

“Kita Dapat Melihat Perubahan Molekuler di Otak yang Disebabkan oleh Patologi atau Cedera”

“Teknologi ini,” jelas Manuel Valiente, “memungkinkan kita mempelajari otak dalam keadaan alaminya tanpa memerlukan perubahan sebelumnya. Selain itu, hal ini memungkinkan kita menganalisis semua jenis struktur otak, tidak hanya struktur otak yang telah ditandai atau diubah secara genetik, seperti yang diperlukan pada teknologi sebelumnya. Dengan spektroskopi vibrasi kita dapat melihat perubahan molekuler apa pun di otak ketika ada kelainan.”

Spektroskopi Raman sudah digunakan dalam bedah saraf, namun dengan cara yang lebih invasif dan kurang tepat. “Penelitian telah dilakukan mengenai penggunaannya selama operasi tumor otak pada pasien,” catat Valiente. “Di ruang operasi, setelah sebagian besar tumor diangkat melalui pembedahan, probe spektroskopi Raman dapat dimasukkan untuk menilai apakah masih ada sel kanker di area tersebut. Namun, hal ini hanya dilakukan jika otak sudah terbuka dan rongganya cukup besar. “Senter molekuler” yang relatif besar ini tidak sesuai dengan penggunaan invasif minimal pada model hewan hidup.”

Teknik Minimal Invasif untuk Menganalisis Metastasis

Probe yang dikembangkan oleh konsorsium NanoBright sangat tipis sehingga kerusakan apa pun yang ditimbulkannya ketika dimasukkan ke dalam jaringan otak dianggap dapat diabaikan, sehingga disebut sebagai “invasif minimal”.

Penulis menyarankan penerapan spesifik di Metode Alam. Kelompok Valiente di CNI, telah menggunakan senter molekuler dalam model eksperimental metastasis otak: “Seperti yang terjadi pada pasien, kami telah mengamati bagian depan tumor melepaskan sel-sel yang dapat lolos dari pembedahan,” kata Valiente. “Perbedaannya dengan teknologi yang ada sekarang adalah kami sekarang dapat melakukan analisis ini dengan cara yang minimal invasif, terlepas dari apakah tumornya dangkal atau dalam.”

Untuk tim CNIO, salah satu tujuannya saat ini adalah untuk menentukan apakah informasi yang diberikan oleh penyelidikan dapat “membedakan berbagai entitas onkologis, seperti jenis metastasis, berdasarkan profil mutasinya, berdasarkan asal usul utamanya, atau dari berbagai jenis tumor otak.”

Kecerdasan Buatan untuk Mengidentifikasi Penanda Diagnostik

Tim Cajal Institute telah menggunakan teknik ini untuk mempelajari area epileptogenik di sekitar cedera otak traumatis. “Kami dapat mengidentifikasi profil getaran berbeda di wilayah otak yang sama yang rentan terhadap serangan epilepsi, bergantung pada apakah hal tersebut terkait dengan tumor atau trauma. Hal ini menunjukkan bahwa tanda molekuler pada area ini dipengaruhi secara berbeda dan dapat digunakan untuk membedakan entitas patologis yang berbeda menggunakan algoritma klasifikasi otomatis, termasuk kecerdasan buatan,” jelas Listet Menéndez de la Prida.

“Integrasi spektroskopi getaran dengan modalitas lain untuk merekam aktivitas otak dan analisis komputasi tingkat lanjut menggunakan kecerdasan buatan akan memungkinkan kita mengidentifikasi penanda diagnostik baru dengan presisi tinggi,” peneliti CSIC menyimpulkan. “Ini akan memfasilitasi pengembangan neuroteknologi canggih untuk aplikasi biomedis baru.”

Referensi: “Fotometri serat getaran: spektroskopi Raman invasif minimal bebas label dan bebas reporter jauh di dalam otak tikus” oleh Filippo Pisano, Mariam Masmudi-Martín, Maria Samuela Andriani, Elena Cid, Mohammadrahim Kazemzadeh, Marco Pisanello, Antonio Balena, Liam Collard, Teresa Jurado Parras, Marco Bianco, Patricia Baena, Francesco Tantussi, Marco Grande, Leonardo Sileo, Francesco Gentile, Francesco De Angelis, Massimo De Vittorio, Liset Menendez de la Prida, Manuel Valiente dan Ferruccio Pisanello, 31 Desember 2024, Metode Alam.
DOI: 10.1038/s41592-024-02557-3