Berdengung menembus penghalang darah-otak
Profesor Thanh Nguyen, tengah, dengan mahasiswa pascasarjana Thinh Le (kiri) dan Eli Curry (kanan), menunjukkan sampel bahan yang telah mereka kembangkan yang dapat membuatnya lebih mudah untuk mengobati penyakit otak. Kredit: Thanh Nguyen

Insinyur UConn telah merancang perangkat yang tidak beracun dan dapat terurai secara hayati yang dapat membantu obat-obatan berpindah dari pembuluh darah ke jaringan otak — rute yang secara tradisional dihadang oleh mekanisme pertahanan tubuh. Mereka menggambarkan penemuan mereka dalam edisi 23 Desember PNAS .

Pembuluh darah di otak dilapisi oleh sel-sel yang dipasang bersama dengan rapat, membentuk apa yang disebut penghalang darah-otak , yang dinding bakteri dan racun dari otak itu sendiri. Tapi penghalang darah-otak itu juga memblokir obat untuk penyakit otak seperti kanker.

“Cara yang aman dan efektif untuk membuka penghalang itu adalah ultrasound,” kata Thanh Nguyen, seorang insinyur biomedis di UConn. Gelombang ultrasonik, terfokus di tempat yang tepat, dapat menggetarkan sel-sel yang melapisi pembuluh darah cukup untuk membuka celah sementara di penghalang darah-otak yang cukup besar untuk dilewati oleh obat. Tetapi teknologi ultrasound saat ini untuk melakukan ini membutuhkan beberapa sumber ultrasound yang tersusun di sekitar tengkorak seseorang, dan kemudian menggunakan mesin MRI untuk memandu orang yang mengoperasikan ultrasound untuk memfokuskan gelombang di tempat yang tepat. Besar, sulit, dan mahal untuk dilakukan setiap kali seseorang membutuhkan dosis obat.

Ada cara lain: perangkat implan dapat menerapkan USG secara lokal di otak. Ini jauh lebih tepat dan dapat diulang, tetapi kebanyakan transduser ultrasound mengandung bahan beracun seperti timah. Dan mereka harus dikeluarkan setelah digunakan, yang membutuhkan pembedahan dan dapat membahayakan jaringan otak.

Nguyen tahu mungkin ada alat yang lebih baik untuk ini. Laboratoriumnya berspesialisasi dalam biomaterial piezoelektrik. Piezoelektrik mengubah ketegangan fisik, seperti ditekuk atau dikompresi, menjadi listrik, dan sebaliknya. Mereka adalah bahan yang sempurna untuk transduser, yang menggunakan listrik untuk menciptakan getaran.

Mahasiswa pascasarjana Nguyen, Eli Curry menemukan cara untuk memutar asam poli L-laktat (PLLA), polimer yang dapat terurai secara hayati, menjadi serat nano kecil dengan lebar hanya 200 nanometer dan panjang puluhan hingga ratusan mikron. Ketika para peneliti menerapkan tegangan tinggi selama proses pemintalan ini, serat-serat itu meregang dan menyejajarkan. Dengan demikian selaras, mereka bisa dijalin menjadi jaring. Dan penyejajaran serat mempertinggi respons piezoelektriknya, memungkinkan PLLA serat nano bergetar lebih kuat menggunakan listrik yang jauh lebih sedikit daripada film biasa dari polimer. Ini nanofibers sangat piezoelektrik memungkinkan para peneliti untuk membuat sensor implan biodegradable sensitif yang secara nirkabel dapat mengukur tekanan intra-organ. Sensor yang sama juga dapat bertindak sebagai transduser ultrasonik .

PLLA sering digunakan untuk melarutkan jahitan bedah dan merupakan bahan bio-kompatibel yang sangat aman. Dengan demikian, ketika mahasiswa pascasarjana Thinh Le menanamkan transduser PLLA ke tikus, ia menemukan bahwa transduser dengan aman terdegradasi. Yang paling penting, alat ini dapat menghasilkan USG yang terkontrol dengan baik untuk membuka penghalang darah-otak secara lokal, akibatnya membantu obat-obatan yang disuntikkan ke dalam darah mengakses jaringan otak. Perangkat ultrasonik ini bahkan dapat bertindak sebagai speaker untuk menghasilkan suara yang terdengar atau memutar musik.

“Ini adalah bukti konsep yang menarik; ini adalah transduser biodegradable pertama yang terbuat dari bahan medis umum dan aman,” kata Nguyen. Dia mengatakan tim masih perlu bekerja bagaimana mengoptimalkan intensitas untuk mendapatkan celah yang baik dalam penghalang darah-otak, cukup lebar untuk dilewati molekul obat besar, tanpa merusak pembuluh darah atau otak. Dan agar perangkat disetujui untuk digunakan pada manusia, perlu diuji untuk jangka waktu yang lebih lama, pada hewan yang lebih besar dari tikus.

oleh Kim Krieger, University of Connecticut

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *