Sebuah pertanyaan sederhana namun belum pernah dijawab sebelumnya mendorong peneliti dari University Medical Center Groningen untuk mengamati sel ragi hidup selama berjam-jam di bawah mikroskop konfokus: ke mana perginya partikel berlian nano setelah sel membelah diri? Pertanyaan itu kini terjawab, dan jawabannya jauh dari yang diperkirakan. Penelitian yang dipublikasikan di jurnal Nanomaterials pada Maret 2020 ini melibatkan drg. Aryan Morita, M.Sc., Ph.D., peneliti dari Departemen Biomedika Kedokteran Gigi FKG Universitas Gadjah Mada, yang menjadi salah satu penulis utama studi tersebut bersama tim internasional yang dipimpin Prof. Romana Schirhagl di Groningen, Belanda.
Berlian Sekecil Virus, Secemerlang Bintang
Fluorescent nanodiamonds, atau FND, adalah partikel berlian berukuran nanometer yang mampu memancarkan cahaya merah terang saat disinari laser hijau. Ukurannya hanya 70 nanometer, kira-kira seperseribu diameter rambut manusia, namun kemampuannya sebagai penanda biologis sangat menonjol: tidak seperti pewarna fluoresen biasa yang memudar dalam hitungan menit, FND tidak pernah padam. Sifat inilah yang membuat para ilmuwan tertarik menggunakannya untuk melacak proses di dalam sel hidup dalam jangka waktu panjang.
FND juga dikenal sangat aman secara biologis. Berbagai studi sebelumnya menunjukkan bahwa partikel ini tidak merusak sel mamalia. Namun, apa yang terjadi pada FND saat sel membelah diri, terutama di dalam organisme model seperti ragi Saccharomyces cerevisiae, belum pernah diteliti secara sistematis. Studi inilah yang menjadi kontribusi orisinal tim Groningen.
Ragi dipilih bukan tanpa alasan. Organisme bersel tunggal ini membelah diri secara asimetris: sel induk menghasilkan sel anak yang lebih kecil. Lebih menarik lagi, ragi memiliki mekanisme penghalang difusi di membrannya yang secara alami mencegah zat-zat berbahaya, termasuk faktor penuaan, berpindah ke sel anak. Pertanyaannya: apakah FND akan diperlakukan sama seperti “zat berbahaya” itu?
Sel Anak Justru Lebih Banyak Menerima Partikel
Tim peneliti memasukkan FND ke dalam sel ragi dengan cara menghilangkan dinding sel sementara, sebuah proses yang disebut spheroplasting, lalu membiarkan dinding sel tumbuh kembali setelah partikel masuk. Sel-sel yang telah mengandung FND kemudian dipantau selama enam jam menggunakan mikroskop konfokal buatan sendiri yang dilengkapi laser 532 nm.
Hasilnya mengejutkan. Alih-alih tertahan di sel induk seperti yang diperkirakan berdasarkan mekanisme penghalang difusi yang dimiliki ragi, partikel berlian nano justru lebih banyak ditemukan di sel anak. Data kuantitatif dari 100 sel yang diamati menunjukkan bahwa 21% FND tanpa lapisan dan 28,4% FND berlapisan lipid berpindah ke sel anak, sementara hanya 14,9% dan 21,6% yang bertahan di sel induk.
“Temuan ini berbeda dengan apa yang terjadi pada agregat protein yang diinduksi panas, di mana partikel justru cenderung tertahan di sel induk. Hal ini menunjukkan bahwa FND mungkin tidak dikenali oleh mekanisme kontrol aktif sel ragi.”
Penjelasan yang paling masuk akal, menurut tim peneliti, adalah ukuran. FND yang berdiameter 70 nm jauh lebih kecil dibandingkan agregat protein yang bisa mencapai 600 nm. Partikel yang lebih kecil lebih mudah melewati bud neck, yaitu celah sempit yang menghubungkan sel induk dan sel anak saat pembelahan berlangsung. Selain itu, FND kemungkinan tidak memiliki penanda molekuler yang dikenali oleh sistem transport aktif sel, sehingga ia lolos begitu saja tanpa “diusir” kembali ke sel induk.
Kejutan Kedua: Sebagian Besar Dikeluarkan dari Sel
Temuan yang tidak kalah mengejutkan adalah fakta bahwa sebagian besar partikel ternyata dikeluarkan dari sel. Perbandingan jumlah partikel sebelum dan sesudah pembelahan sel menunjukkan penurunan yang signifikan. Tim memperkirakan bahwa 98,35% FND tanpa lapisan dan 98,38% FND berlapisan lipid diekskresi keluar sel. Fenomena ini belum pernah dilaporkan pada sel mamalia dan tampaknya merupakan respons unik ragi terhadap kondisi tidak seimbang, misalnya saat sel dipindahkan ke medium yang berbeda komposisinya.
Peneliti juga melacak pergerakan partikel di dalam sel menggunakan analisis mean square displacement (MSD). Hasilnya: baik FND tanpa lapisan maupun FND berlapisan lipid bergerak dalam pola difusi terkurung, artinya partikel bergerak acak namun dalam ruang terbatas, tidak keluar-masuk bebas seperti molekul di larutan. Tidak ada perbedaan signifikan dalam hal perpindahan dan koefisien difusi antara keduanya. Satu-satunya perbedaan yang bermakna secara statistik adalah nilai alpha, yaitu ukuran kebebasan gerak partikel, di mana FND berlapisan lipid menunjukkan nilai yang lebih rendah karena kecenderungannya membentuk agregat di dalam sel.
Dari Ragi ke Aplikasi yang Lebih Luas
Penelitian ini bukan sekadar latihan akademik. Pemahaman tentang nasib nanopartikel di dalam sel yang membelah diri sangat penting untuk pengembangan sensor suhu dan magnetometer skala nano di dalam sel hidup, teknologi yang sedang dieksplorasi untuk memahami proses penuaan dan stres seluler.
drg. Aryan Morita, M.Sc., Ph.D., yang menyelesaikan studi doktoralnya di Groningen dengan beasiswa LPDP Kementerian Keuangan Republik Indonesia, kini membawa keahlian ini ke FKG UGM. Penelitian semacam ini membuka jalan bagi inovasi di bidang nanobiomaterial kedokteran, termasuk kemungkinan penggunaan partikel nano sebagai penanda diagnostik atau sistem pengiriman obat yang lebih presisi di masa depan.
Bahwa sel anak ragi ternyata menerima lebih banyak partikel berlian daripada sel induknya, melawan logika mekanisme perlindungan yang sudah lama diketahui, adalah pengingat bahwa biologi sel selalu menyimpan kejutan. Dan kadang, jawaban paling menarik justru datang dari organisme yang paling sederhana.
Penulis: drg. Achmad Zam Zam Aghasy, M.Kes, Hazra Alifia Muharam
Photo: Pexels
Sumber DOI: https://doi.org/10.3390/nano10030516
