Berandasehat.id – Mendeteksi penyakit gusi membutuhkan kursi dokter gigi dan pemeriksaan visual, itu pun sering kali hanya mendeteksi masalah setelah kerusakan jaringan dimulai. Untuk mengalihkan perawatan dari reaktif ke proaktif, para peneliti di Texas A&M University telah merekayasa biosensor perekat jaringan yang dapat dikenakan yang mendeteksi biomarker peradangan di mulut dengan presisi molekuler.

Infeksi mulut dapat menyebabkan masalah kesehatan serius, seperti penyakit gusi dan kehilangan gigi, dan dapat menjadi lebih parah jika tidak diobati. Kemampuan untuk mendiagnosis infeksi dengan cepat sebelum gejala muncul dapat menggeser perawatan kesehatan mulut dari respons reaktif ke tindakan antisipatif

Dr. Chenglin Wu, profesor madya teknik sipil dan lingkungan, mengembangkan dan menguji sensor multi-lapisan yang dapat berfungsi di lingkungan mulut yang basah dan tetap menempel saat berbicara dan makan. Lapisan penginderaan khusus dari patch tersebut menargetkan protein tumor necrosis factor-alpha (TNF-α), biomarker kunci untuk peradangan.

Lapisan penginderaan graphene-MXene dapat mengikat probe spesifik yang hanya menempel pada protein target. Lapisan ini memiliki konduktivitas bawaan, dan ketika molekul seperti protein target terikat, perubahan muatan dapat diukur. Hal ini memungkinkan deteksi yang sangat sensitif pada tingkat femtogram per mililiter (fg/mL), menurut studi yang dipublikasikan di jurnal Science Advances.

“Sebagai konteks, pasien dengan infeksi virus mungkin menunjukkan gejala pada 10 juta atau 1 miliar salinan virus per mililiter,” kata Wu. “Sensor kami dapat mendeteksi 100 hingga 150 per mililiter.”

Studi ini menunjukkan deteksi hanya pada 18,2 fg/mL. Untuk memberikan perspektif, satu kuadriliun femtogram, yaitu angka 1 diikuti oleh 15 angka nol, sama dengan hanya 1 gram.

Mencapai sensitivitas ini bisa menjadi tantangan, terutama jika biomarker yang tidak diinginkan juga terdeteksi. Namun, lapisan luar membantu meningkatkan selektivitas patch.

Hidrogel perekat jaringan juga memiliki lapisan hidrogel permeabel selektif yang membantu menyaring molekul yang tidak diinginkan.

“Kolaborator saya di Michigan State University merekayasa lubang yang sangat kecil yang hanya akan memungkinkan biomarker yang lebih kecil untuk melewatinya,” kata Wu. “Menggabungkan hal itu dengan probe yang sangat selektif yang terpasang pada lapisan penginderaan menghasilkan selektivitas yang akurat.”

Dr. Shaoting Lin, asisten profesor teknik mesin di Michigan State, membantu mengembangkan hidrogel perekat jaringan dan hidrogel permeabel selektif. Adhesi jaringan yang kuat juga membantu akurasi lapisan penginderaan.

“Pengukuran penginderaan dapat dipengaruhi secara signifikan oleh pergerakan dinamis jaringan,” kata Lin. “Ikatan jaringan yang lebih kuat memungkinkan kinerja penginderaan yang lebih andal terlepas dari regangan.”

Lapisan permeabel selektif bertindak seperti kisi-kisi jala, hanya memungkinkan molekul berukuran tertentu untuk lewat. Interaksi kimia antara lapisan dan biomarker juga dapat berkontribusi pada selektivitas.

“Kami secara sistematis menguji beberapa biomolekul dengan ukuran yang serupa,” kata Lin. “Karena interaksi antara biomolekul dan jaringan polimer di sekitarnya, ada peningkatan selektivitas yang membedakan transportasi biomolekul yang berbeda.”

Masa depan pekerjaan Lin melibatkan studi tentang berbagai interaksi ini untuk kemungkinan merekayasa hidrogel spesifik yang berinteraksi dengan biomolekul tertentu untuk menargetkan berbagai penanda biologis yang berbeda.

Menguji konsep dan aplikasi klinis

Para peneliti menguji patch non-invasif dengan bantuan Dr. Jeffrey Cirillo, seorang Profesor Regents di Departemen Patogenesis dan Imunologi Mikroba di Fakultas Kedokteran Texas A&M. Sementara Lin dan Wu merekayasa bahan patch, kontribusi Cirillo berpusat pada sisi biologis dan mengevaluasi aplikasi klinis.

“Laboratorium saya memiliki banyak pengalaman bekerja dengan pasien dan berbagai model serta sistem hewan,” kata Cirillo. “Dalam hal ini, kami memutuskan untuk menggunakan kelinci percobaan karena relatif mudah untuk dikerjakan dan memiliki sejumlah karakteristik yang mirip dengan manusia, khususnya dengan peradangan mulut.”

“Protein TNF-α adalah sitokin yang hampir selalu terlibat dalam peradangan yang terkait dengan infeksi jaringan lunak,” kata Cirillo. “Tujuannya adalah untuk melihat apakah sistem jenis ini memungkinkan deteksi cepat di tempat perawatan.”

Dr. Hajime Sasaki, profesor madya kedokteran gigi di Universitas Michigan, menyadari pentingnya mendeteksi TNF-α di rongga mulut dan menawarkan wawasan berharga tentang biomarker dan penyakit gigi.

Hewan dalam penelitian ini hanya digunakan untuk menunjukkan bahwa konsep tersebut berhasil. Uji klinis di masa mendatang pada hewan, dan akhirnya manusia, akan menjadi langkah selanjutnya untuk sistem ini.

Studi di masa mendatang juga dapat mengadaptasi jenis biosensor ini untuk bagian tubuh lain dan untuk biomarker yang berbeda, mengingat fleksibilitas bahan yang digunakan. (BS)