Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Sel Membangun Polimer Komposit Hidup untuk Aplikasi Biomedis

Insinyur biomedis di Duke University telah menunjukkan bahwa kelas bahan komposit terjalin yang disebut jaringan polimer semi-interpenetrasi (sIPNs) dapat diproduksi oleh sel hidup. Pendekatan ini dapat membuat bahan serbaguna ini lebih kompatibel secara biologis untuk aplikasi biomedis seperti sistem pengiriman obat yang tertunda waktu.

Penelitian ini muncul secara online pada 8 Juni di jurnal Nature Communications.

IMAGES
Gambar: cdn.idntimes.com

Konsep sIPN telah ada selama lebih dari 100 tahun dan telah digunakan di suku cadang otomotif, peralatan medis, senyawa cetakan, dan plastik rekayasa. Ide umumnya adalah untuk satu atau lebih polimer untuk berkumpul di sekitar perancah polimer lain sedemikian rupa sehingga mereka menjadi saling bertautan. Meskipun polimer tidak terikat secara kimia, mereka tidak dapat dipisahkan dan membentuk bahan baru dengan sifat yang lebih besar daripada jumlah sederhana bagian-bagiannya.

Metode tradisional untuk pembuatan sIPN biasanya melibatkan produksi bagian penyusun yang disebut monomer dan mencampurnya bersama-sama dalam kondisi kimia yang tepat untuk mengontrol perakitannya ke dalam jaringan besar dalam proses yang disebut polimerisasi.

"Ketika berfungsi, ini adalah platform fantastis yang dapat menggabungkan berbagai fungsi ke dalam lapisan yang dirakit sendiri untuk aplikasi biomedis atau lingkungan," kata Lingchong You, profesor teknik biomedis di Duke. "Tetapi prosesnya seringkali tidak biokompatibel seperti yang Anda inginkan. Jadi kami pikir mengapa tidak menggunakan sel hidup untuk mensintesis lapisan kedua agar biokompatibel mungkin?"

Dalam makalah baru, Zhuojun Dai, mantan postdoc di lab You yang sekarang menjadi profesor di Institut Biologi Sintetis Shenzhen, menggunakan platform yang telah dikembangkan lab selama beberapa tahun yang disebut "swarmbots" untuk melakukan hal itu.

Swarmbots adalah sel hidup yang diprogram untuk menghasilkan molekul biologis di dalam dindingnya dan kemudian meledak begitu populasinya mencapai kepadatan tertentu. Dalam hal ini, mereka diprogram untuk menghasilkan monomer yang disebut elastin-like polypeptides (ELPs) yang menyatu dengan fitur fungsional yang disebut SpyTag dan SpyCatcher. Kedua struktur molekul ini membentuk sistem kunci-dan-kunci, yang memungkinkan ELP untuk merakit sendiri menjadi rantai polimer ketika dicampur. Saat mereka tumbuh, polimer ini menjerat diri dengan mikrokapsul polimer yang mengandung sel untuk membentuk sIPNs.

Setiap monomer dapat berisi beberapa SpyTags atau SpyCatcher dan juga dapat digabungkan ke protein yang menghasilkan pembacaan atau memiliki fungsi tertentu. Ini seperti membuat pagar rantai dari banyak gelang jimat kecil yang memiliki ruang untuk gesper dan jimat.

Para peneliti pertama-tama memprogram sel untuk mengisi fitur yang dapat diakses ini dengan protein fluoresen untuk membuktikan bahwa sistem dapat menguncinya pada tempatnya. Setelah demonstrasi yang sukses itu, mereka mengalihkan perhatian mereka ke rekayasa sistem pengiriman obat yang berguna dengan penemuan baru mereka.

"Anda bisa mengganti penanda fluorescent dengan apa pun yang memiliki fungsi yang ingin Anda tampilkan," kata You. "Kami memutuskan untuk menyentuh antibiotik karena itu salah satu fokus lain dari lab kami."

Antibiotik beta-laktam, seperti penisilin dan turunannya, adalah beberapa antibiotik yang paling umum digunakan di dunia. Mereka juga sering digunakan secara berlebihan dan dapat memiliki efek negatif seperti menghancurkan mikrobioma alami yang hidup di dalam usus kita.

Untuk mendemonstrasikan satu cara di mana sIPN baru mereka dapat berguna, para peneliti mengisi tempat yang dapat diakses dengan beta-laktamase, yang dapat menurunkan antibiotik beta-laktam. Dengan menyuntikkan sIPN yang baru difungsikan ke tikus, para peneliti menunjukkan bahwa platform tersebut dapat secara perlahan melepaskan molekul pelindung yang berumur pendek untuk membantu mikrobioma usus tikus menangkal efek samping negatif dari antibiotik.

"Tidak ada yang menggunakan sel hidup sebagai pabrik untuk memproduksi monomer secara real-time untuk sIPN sebelumnya," kata You. "Demonstrasi pembuktian prinsip menunjukkan bahwa, kita tidak hanya dapat membuat jenis bahan fungsional ini dengan sel hidup, tetapi juga dapat menunjukkan fungsi yang relevan secara medis."

Powered By NagaNews.Net