Sebuah robot mikro yang mengirimkan obat secara tepat ke lokasi targetnya di dalam tubuh dan akan segera tersedia secara klinis: para peneliti di Universitas Würzburg telah berkontribusi dalam pengembangan ini melalui ETH Zurich.
Stroke terjadi ketika gumpalan darah menyumbat pembuluh darah yang memasok darah ke otak. Dua belas juta orang di seluruh dunia menderita stroke setiap tahunnya – banyak yang meninggal atau menjadi cacat, seperti kelumpuhan.
Untuk melarutkan bekuan darah, saat ini diberikan obat-obatan yang didistribusikan ke seluruh tubuh. Dosis tinggi harus diberikan untuk memastikan bahwa jumlah obat yang diperlukan mencapai bekuan darah. Namun, hal ini dapat menimbulkan efek samping yang signifikan, seperti pendarahan internal.
Menghantarkan Obat Tepatnya ke Tempat Kerja
Obat seringkali hanya dibutuhkan pada bagian tertentu di dalam tubuh. Itulah sebabnya penelitian medis telah lama mencoba mengantarkannya tepat ke tempat yang dibutuhkan – jika terjadi stroke, langsung ke sekitar bekuan darah.
Sebuah tim dari ETH Zurich kini telah mencapai terobosan yang menentukan di beberapa tingkatan dalam mencapai tujuan ini. Hasilnya telah dipublikasikan di jurnal bergengsi Sains.
Penulis publikasi ini termasuk Profesor Tessa Lühmann dari Institut Farmasi dan Kimia Makanan di Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU).
Microrobot yang Dapat Dikontrol Secara Magnetik Dikembangkan
Untuk pengangkutan obat yang ditargetkan, para peneliti mengandalkan mikrorobot – kapsul berbentuk bola yang dikembangkan sendiri. Ini terdiri dari cangkang gel yang dapat larut dan nanopartikel besi oksida. Ini memungkinkan untuk mengendalikan mikrorobot secara magnetis melalui tubuh.
'Karena pembuluh darah di otak manusia sangat kecil, kapsulnya juga harus berukuran tertentu. Tantangan teknisnya adalah kapsul sekecil itu juga harus memiliki sifat magnet yang cukup kuat,' jelas Fabian Landers, penulis pertama makalah tersebut dan peneliti pascadoktoral di Multi-Scale Robotics Lab di ETH Zurich.
Agar dokter dapat melacak bagaimana kapsul bergerak melalui pembuluh darah menggunakan pencitraan sinar-X, diperlukan zat kontras agar robot dapat digunakan. Para peneliti menggunakan nanopartikel tantalum, yang sering digunakan dalam pengobatan, untuk tujuan ini.
'Menggabungkan fungsionalitas magnetik, visibilitas pencitraan, dan kontrol presisi dalam satu mikrorobot memerlukan interaksi sempurna antara ilmu material dan robotika. Kami memerlukan waktu bertahun-tahun untuk mencapai tujuan ini,' kata Profesor ETH Bradley Nelson. Kelompok yang dipimpin oleh Profesor Salvador Pané, seorang ahli kimia di Institut Robotika dan Sistem Cerdas, mengembangkan nanopartikel besi oksida yang dibuat khusus untuk tujuan ini.
Microrobot Penuh Dengan Obat-Obatan Umum
Para peneliti berhasil memuat mikrorobot dengan obat-obatan umum untuk berbagai aplikasi. Ini termasuk obat yang melarutkan bekuan darah, antibiotik dan agen anti tumor. Obat-obatan tersebut dilepaskan oleh medan magnet frekuensi tinggi yang memanaskan nanopartikel magnetik dan melarutkan cangkang gel dan mikrorobot.
Obat yang digunakan untuk melarutkan bekuan darah adalah enzim yang disetujui oleh Badan Pengawas Obat dan Makanan AS (FDA) yang disebut aktivator plasminogen jaringan (tPA).
'Protein seperti tPA sangat sensitif. Mereka memiliki struktur tiga dimensi yang kompleks yang harus dilipat dengan sangat tepat agar molekulnya dapat berfungsi dengan baik,' jelas Tessa Lühmann. Bahkan perubahan kecil di lingkungan – seperti suhu yang berlebihan, nilai pH yang salah, atau penyimpanan yang lama – dapat merusak struktur ini: 'Enzim kemudian kehilangan aktivitasnya atau bahkan mungkin menggumpal.'
Pengujian Ekstensif di Universitas Würzburg
Untuk menangani dan menargetkan penggunaan tPA dengan lebih baik, mikrorobot tersebut diuji secara ekstensif di Institut Farmasi dan Kimia Makanan di Universitas Würzburg untuk mengetahui kompatibilitasnya dengan sistem biologis, serta aktivitas enzim yang dikandungnya dan stabilitasnya selama penyimpanan.
Kelompok Würzburg secara khusus berfokus pada pengangkutan bahan aktif yang ditargetkan.
Cangkang gel mikrorobot dilarutkan dalam tubuh melalui peningkatan suhu yang terkendali. Namun hal ini menimbulkan risiko terhadap stabilitas enzim. “Tantangan besarnya adalah menemukan kisaran suhu yang tepat di mana kapsul dapat hancur namun tPA yang sensitif tetap mempertahankan struktur dan efektivitasnya,” kata profesor JMU tersebut. Tim berhasil melakukan hal ini melalui penelitian ekstensif.
Tidak Hanya Berlaku untuk Oklusi Vaskular
Robot mikro baru ini dapat digunakan tidak hanya untuk melawan pembekuan darah, tetapi juga untuk infeksi atau tumor lokal. Pada setiap tahap pengembangan, tim peneliti telah memperhitungkan bahwa segala sesuatu yang dikembangkannya dapat digunakan di ruang operasi secepatnya. Tujuan selanjutnya adalah memulai uji klinis pada manusia sesegera mungkin.
