Metode baru untuk mengidentifikasi perbedaan halus dalam sel imun tubuh.

Diagnosis awal sangat krusial dalam pencegahan serta pengobatan berbagai penyakit. Banyak kondisi dapat diidentifikasi tidak hanya berdasarkan tanda-tanda fisik, tetapi juga melalui perubahan di tingkat seluler dan molekuler.

Pada umumnya, deteksi dini penyakit kronis, terutama di level sel, memberi pasien peluang lebih baik untuk mendapatkan pengobatan yang efektif. Memantau perubahan awal di tingkat sel juga dapat sangat meningkatkan hasil pengobatan kanker.

Dalam konteks ini, seorang profesor dari Universitas Rhode Island dan mantan mahasiswa Ph.D. melakukan analisis mengenai pemahaman perbedaan yang lebih halus antara dua sel yang mirip.

Daniel Roxbury, Profesor Teknik Kimia di Universitas Rhode Island, bersama peneliti baru lulus Acer Nadeem, baru saja menerbitkan sebuah bukti konsep yang menunjukkan bagaimana karbon nanotube dapat dipadukan dengan pembelajaran mesin untuk mendeteksi perbedaan kecil antara sel-sel kekebalan yang serupa.

Sel yang mereka pelajari adalah makrofag M1 dan M2, yang berfungsi melawan infeksi serta penyembuhan luka. Penelitian lebih lanjut dalam bidang ini berpotensi membantu dalam deteksi dini penyakit seperti kanker.

Karbon nanotube memiliki ukuran yang sangat kecil, bahkan ribuan dari mereka bisa masuk ke dalam sel hidup. Mereka juga memiliki sifat fluoresen yang memungkinkan mereka memancarkan cahaya optik saat terkena cahaya inframerah.

“Dengan menambahkan nanotube ke dalam sel, kita dapat menggunakan cahaya yang dipancarkan untuk mendeteksi perbedaan kecil antara sel-sel yang mirip,” ujar Roxbury.

Karbon nanotube memancarkan cahaya inframerah yang bervariasi. Dengan menganalisis variasi dalam cahaya inframerah yang dipancarkan, mereka dapat mendeteksi berbagai perubahan dalam sel, termasuk tingkat pH dan konsentrasi protein. Penelitian menunjukkan bahwa pH yang tinggi dapat terkait dengan peningkatan risiko tumor.

Sementara karbon nanotube umumnya digunakan dalam aplikasi bahan majemuk dan serat karbon, Roxbury dan Nadeem menggunakannya dengan cara baru di universitas untuk membedakan antara sel sehat dan tidak sehat.

Nadeem bertugas mengembangkan sensor baru berbasis karbon nanotube untuk mendeteksi protein darah guna membantu identifikasi kanker.

“Di dalam sel terdapat jutaan protein, lipid, dan gula yang berbeda,” jelas Nadeem. “Oleh karena itu, saat memulai proyek ini, kami tidak yakin apakah kami akan benar-benar melihat sesuatu melalui nanotube karena konsentrasi protein dan ion yang beragam di dalam sel.”

Bagi Nadeem, tantangan ini sangat menarik. Meneliti metode untuk mendeteksi beberapa penyakit umum sedini mungkin sangat penting baginya, terutama karena latar belakang keluarganya yang memiliki riwayat penyakit Alzheimer. Ia ingin mengembangkan metode yang lebih baik untuk deteksi dini penyakit tersebut.

“Saya ingin menemukan cara untuk mendiagnosis penyakit neurodegeneratif dan kanker dalam tahap awal,” ungkap Nadeem.

Roxbury dan Nadeem melakukan eksperimen in vitro yang melibatkan penempatan sel hidup di atas substrat, menambahkan karbon nanotube, dan kemudian menggunakan mikroskop inframerah untuk mengamati cahaya yang dipancarkan dari setiap sel.

Kamera tersebut menghasilkan jutaan titik data. Setiap titik data mencerminkan aktivitas sel; sel sehat memancarkan jenis cahaya tertentu, sementara sel yang tidak sehat mengeluarkan pola cahaya yang berbeda.

“Analisis data merupakan proses yang memakan waktu lebih lama,” kata Nadeem. “Di sinilah pembelajaran mesin berperan, karena kami memperoleh lebih dari 4 juta titik data.”

Integrasi pembelajaran mesin memungkinkan para peneliti untuk memfilter jutaan titik data, memberikan pemahaman menyeluruh tentang kondisi di tingkat sel, seperti keasaman yang tinggi atau rendah.

“Sebagai kelanjutan dari penelitian Aceer, sekarang kami berupaya membedakan antara sel kanker dan non-kanker,” kata Roxbury. “Kami telah menunjukkan kemampuan untuk membedakan sel kekebalan, sekarang kami mencoba menemukan perbedaan antara sel kanker payudara dan jaringan sehat.”

Meskipun masih akan memakan waktu sebelum pengujian ini dapat diterapkan pada hewan, potensi penggunaannya sangat luas. Nanotube dapat digunakan dalam tubuh manusia untuk membantu deteksi dini berbagai penyakit, termasuk kanker dan Alzheimer, sehingga membuat proses diagnosis menjadi lebih cepat dan murah.

“Setiap penyakit memiliki biomarker yang berbeda, bahkan pada tahap awal,” kata Nadeem. “Oleh karena itu, ada potensi besar untuk menggunakan teknologi ini sebagai alat diagnostik awal untuk berbagai penyakit.”