Biosensor Mengaktifkan Pemantauan Oksigen Waktu Nyata untuk Organ-On-A-Chip
Konsep organ-on-a-chip menciptakan struktur biologis skala kecil yang meniru fungsi organ tertentu seperti mentransfer oksigen dari udara ke aliran darah dengan cara yang sama seperti paru-paru. Tujuannya adalah menggunakan organ-on-a-chip — juga disebut model mikrofisiologis — untuk mempercepat pengujian throughput tinggi guna menilai toksisitas atau mengevaluasi efektivitas obat baru.
Tapi sementara penelitian organ-on-a-chip telah membuat kemajuan yang signifikan dalam beberapa tahun terakhir, salah satu kendala penggunaan struktur ini adalah kurangnya alat yang dirancang untuk benar-benar mengambil data dari sistem. Cara pengumpulan data yang ada adalah dengan melakukan bioassay, histologi, atau menggunakan beberapa teknik lain yang melibatkan penghancuran jaringan. Yang dibutuhkan adalah alat yang menyediakan sarana untuk mengumpulkan data secara real time tanpa mempengaruhi operasi sistem.
Tingkat oksigen sangat bervariasi di seluruh tubuh; misalnya, pada orang dewasa yang sehat, jaringan paru-paru memiliki konsentrasi oksigen sekitar 15 persen, sedangkan lapisan dalam usus sekitar 0 persen. Hal ini penting karena oksigen secara langsung mempengaruhi fungsi jaringan. Untuk mengetahui bagaimana suatu organ akan berperilaku normal, kadar oksigen "normal" harus dipertahankan dalam organ-on-a-chip saat melakukan eksperimen. Ini berarti memantau kadar oksigen tidak hanya di lingkungan langsung organ-on-a-chip tetapi juga di jaringannya.
Untuk memenuhi tantangan ini, biosensor dikembangkan yang memungkinkan peneliti untuk melacak kadar oksigen secara real time dalam sistem organ-on-a-chip, sehingga memungkinkan untuk memastikan bahwa sistem tersebut lebih mirip dengan fungsi organ nyata. Ini penting jika organ-on-a-chip berharap untuk mencapai potensinya dalam aplikasi seperti pengujian obat dan toksisitas.
Kunci biosensor adalah gel berpendar yang memancarkan cahaya inframerah setelah terkena cahaya inframerah. Tetapi jeda waktu antara saat gel terkena cahaya dan saat memancarkan kilatan gema bervariasi, tergantung pada jumlah oksigen di lingkungannya. Semakin banyak oksigen yang ada, semakin pendek jeda waktu. Waktu jeda ini hanya berlangsung selama mikrodetik, tetapi dengan memantau waktu tersebut, peneliti dapat mengukur konsentrasi oksigen hingga sepersepuluh persen.
Agar biosensor bekerja, lapisan tipis gel harus dimasukkan ke dalam organ-on-a-chip selama pembuatannya. Karena cahaya inframerah dapat melewati jaringan, “pembaca” — yang memancarkan cahaya inframerah dan mengukur kilatan gema dari gel berpendar — digunakan untuk memantau kadar oksigen dalam jaringan berulang kali, dengan waktu jeda diukur dalam mikrodetik.
Biosensor telah berhasil diuji dalam perancah tiga dimensi menggunakan sel epitel payudara manusia untuk memodelkan jaringan sehat dan kanker. Langkah selanjutnya adalah memasukkannya ke dalam sistem yang secara otomatis melakukan penyesuaian untuk mempertahankan konsentrasi oksigen yang diinginkan.
