Bisnis.com, JAKARTA - Kebanyakan orang mengaitkan istilah "wearable" dengan smart watch, atau wireless earphones. Tapi bagaimana jika Anda bisa memakai bioteknologi mutakhir pada pakaian Anda, dan bisa memperingatkan Anda ketika Anda terkena sesuatu yang berbahaya?
Sebuah tim peneliti dari Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering di Harvard University dan Massachusetts Institute of Technology telah menemukan cara untuk menanamkan reaksi biologi sintetis ke dalam kain, menciptakan biosensor yang dapat dipakai yang dapat disesuaikan untuk mendeteksi patogen dan racun serta memperingatkan pemakainya.
Tim telah mengintegrasikan teknologi ini ke dalam masker wajah standar untuk mendeteksi keberadaan virus SARS-CoV-2 dalam napas pasien. Masker yang diaktifkan dengan tombol memberikan hasil dalam waktu 90 menit pada tingkat akurasi yang sebanding dengan tes PCR. Pencapaian tersebut dilaporkan dalam Nature Biotechnology.
"Kami pada dasarnya telah mengecilkan seluruh laboratorium diagnostik menjadi sensor kecil berbasis biologi sintetis yang bekerja dengan masker wajah apa pun, dan menggabungkan akurasi tinggi tes PCR dengan kecepatan dan biaya rendah tes antigen, selain masker wajah, biosensor kami yang dapat diprogram dapat diintegrasikan ke dalam pakaian lain untuk memberikan deteksi saat bepergian zat berbahaya termasuk virus, bakteri, racun, dan bahan kimia" kata Peter Nguyen, Ph.D., Ilmuwan Riset di Institut Wyss dilansir dari MedicalXpress.
Biosensor SARS-CoV-2 adalah teknologi bebas sel beku-kering yang dapat dipakai (wFDCF), sebelumnya dibuat di lab anggota dan senior Fakultas Wyss Core. Teknik ini melibatkan ekstraksi dan pengeringan beku mesin molekuler yang digunakan sel untuk membaca DNA dan menghasilkan RNA dan protein.
Unsur-unsur biologis ini stabil untuk jangka waktu yang lama dan mengaktifkannya sederhana: cukup tambahkan air. Sirkuit genetik sintetis dapat ditambahkan untuk membuat biosensor yang dapat menghasilkan sinyal yang dapat dideteksi sebagai respons terhadap keberadaan molekul target.
Para peneliti pertama kali menerapkan teknologi ini untuk diagnostik dengan mengintegrasikannya ke dalam alat untuk mengatasi wabah virus Zika pada tahun 2015. Mereka menciptakan biosensor yang dapat mendeteksi molekul RNA yang diturunkan dari patogen dan menggabungkannya dengan protein indikator berwarna atau berpendar, kemudian menyematkan sirkuit genetic menjadi kertas untuk membuat diagnostik portabel yang murah dan akurat.
Menyusul keberhasilan mereka menanamkan biosensor ke dalam kertas, selanjutnya mengarahkan pandangan mereka untuk membuatnya dapat dipakai.
"Kelompok lain telah menciptakan perangkat yang dapat merasakan biomolekul, tetapi teknik tersebut mengharuskan semua sel hidup dimasukkan ke dalam perangkat yang dapat dikenakan itu sendiri, seolah-olah pengguna mengenakan akuarium kecil. Jika akuarium itu rusak, maka serangga yang direkayasa dapat bocor ke pemakainya, dan tidak ada yang menyukai gagasan itu," kata Nguyen.
Dia dan rekan satu timnya mulai menyelidiki apakah teknologi wFDCF mereka dapat memecahkan masalah ini, secara metodis mengujinya di lebih dari 100 jenis kain yang berbeda. Kemudian, pandemi COVID-19 melanda.
"Kami mengintegrasikan wFDCF ke dalam masker wajah untuk mendeteksi SARS-CoV-2. Seluruh proyek dilakukan di bawah karantina atau jarak sosial yang ketat mulai Mei 2020," kata Luis Soenksen, Ph.D., seorang Postdoctoral Fellow di Wyss Institute.
Tim meminta setiap sumber daya yang mereka miliki untuk membuat masker wajah pendeteksi COVID-19, termasuk sakelar toehold yang dikembangkan di lab Peng Yin dan sensor SHERLOCK yang dikembangkan di lab Collins. Produk akhir terdiri dari tiga reaksi biologis kering-beku yang berbeda yang diaktifkan secara berurutan oleh pelepasan air dari reservoir melalui satu penekanan tombol.
Reaksi pertama memotong membran virus SARS-CoV-2 untuk mengekspos RNA-nya. Reaksi kedua adalah langkah amplifikasi yang membuat banyak salinan untai ganda gen pengkode Spike dari RNA virus. Reaksi terakhir menggunakan teknologi SHERLOCK berbasis CRISPR untuk mendeteksi setiap fragmen gen Spike, dan sebagai tanggapan memotong molekul probe menjadi dua bagian yang lebih kecil yang kemudian dilaporkan melalui strip uji aliran lateral.
Apakah ada fragmen Spike yang tersedia untuk dipotong tergantung pada apakah pasien memiliki SARS-CoV-2 dalam napas mereka. Perbedaan ini tercermin dalam perubahan pola garis sederhana yang muncul pada bagian pembacaan perangkat, mirip dengan a tes kehamilan t-home.
Masker wajah wFDCF adalah tes asam nukleat SARS-CoV-2 pertama yang mencapai tingkat akurasi tinggi yang sebanding dengan tes RT-PCR standar emas saat ini saat beroperasi sepenuhnya pada suhu kamar, menghilangkan kebutuhan untuk memanaskan atau mendinginkan instrumen dan memungkinkan penyaringan cepat sampel pasien di luar laboratorium.
"Karya ini menunjukkan bahwa teknologi biologi sintetik beku-kering, bebas sel kami dapat diperluas ke perangkat yang dapat dikenakan dan dimanfaatkan untuk aplikasi diagnostik baru, termasuk pengembangan diagnostik masker wajah. Saya sangat bangga dengan bagaimana tim kami bersatu selama pandemic untuk menciptakan solusi yang dapat diterapkan untuk mengatasi beberapa tantangan pengujian dunia" kata Collins, Ph.D., yang juga Profesor Teknik & Sains Medis Termeer di MIT.
Diagnostik masker wajah dalam beberapa hal yang harus mampu mengatasi banyak tantangan untuk membuat teknologi mereka benar-benar dapat dipakai, termasuk menangkap tetesan zat cair dalam perangkat yang fleksibel dan tidak mencolok dan mencegah penguapan.
Diagnostik masker wajah menghilangkan komponen elektronik demi kemudahan pembuatan dan biaya rendah, tetapi mengintegrasikan elemen yang lebih permanen ke dalam sistem membuka berbagai kemungkinan aplikasi lain.
Dalam makalah mereka, para peneliti menunjukkan bahwa jaringan kabel serat optik dapat diintegrasikan ke dalam teknologi wFCDF mereka untuk mendeteksi cahaya fluoresen yang dihasilkan oleh reaksi biologis, yang menunjukkan deteksi molekul target dengan tingkat akurasi yang tinggi.
Sinyal digital ini dapat dikirim ke aplikasi smartphone yang memungkinkan pemakainya untuk memantau paparan mereka terhadap berbagai macam zat.
"Teknologi ini dapat dimasukkan ke dalam jas lab untuk ilmuwan yang bekerja dengan bahan atau patogen berbahaya, scrub untuk dokter dan perawat, atau seragam responden pertama dan personel militer yang dapat terpapar patogen atau racun berbahaya, seperti gas saraf," kata Nina Donghia, Ilmuwan Staf di Institut Wyss.
Tim secara aktif mencari mitra manufaktur yang tertarik untuk membantu memungkinkan produksi massal diagnostik masker wajah untuk digunakan selama pandemi COVID-19, serta untuk mendeteksi bahaya biologis dan lingkungan lainnya.
"Kecerdasan dan dedikasi tim ini untuk menciptakan alat yang berguna untuk memerangi pandemi mematikan saat bekerja di bawah kondisi yang belum pernah terjadi sebelumnya sangat mengesankan. Tetapi yang lebih mengesankan adalah bahwa biosensor yang dapat dipakai ini dapat diterapkan pada berbagai macam ancaman kesehatan di luar SARS- CoV-2, dan kami di Wyss Institute sangat ingin berkolaborasi dengan produsen komersial untuk mewujudkan potensi itu," kata Don Ingber, MD, Ph.D., Direktur Pendiri Wyss Institute.
