Sebuah partikel intan berukuran 70 nanometer — lebih kecil dari satu sel darah merah — disuntikkan ke dalam sel ragi hidup. Di dalam sel itu, intan tersebut bukan sekadar menumpang. Ia bekerja sebagai sensor, menangkap sinyal magnetik dari molekul-molekul berbahaya yang selama ini nyaris mustahil diukur secara langsung. Itulah inti dari penelitian yang melibatkan drg. Aryan Morita, M.Sc., Ph.D., dosen Departemen Biomedika Kedokteran Gigi Universitas Gadjah Mada, bersama tim dari Universitas Groningen, Belanda, dan École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Swiss. Penelitian ini, yang telah dipublikasikan dalam sebuah makalah ilmiah, menjadi yang pertama di dunia menggunakan teknik diamond magnetometry untuk mengukur radikal bebas pada sel hidup secara langsung dan real-time.
Musuh Kecil yang Sulit Ditangkap
Radikal bebas adalah molekul tidak stabil yang dihasilkan tubuh sebagai bagian dari proses metabolisme normal. Dalam jumlah terkendali, mereka berperan penting: membantu komunikasi antar sel, melawan patogen, bahkan terlibat dalam cara kerja banyak obat-obatan. Namun saat berlebihan, mereka merusak DNA, protein, dan membran sel — proses yang diyakini menjadi salah satu mekanisme utama penuaan.
Masalahnya, radikal bebas sangat sulit diukur. Mereka hadir dalam konsentrasi yang sangat rendah, hanya berkisar nanomolar hingga mikromolar, dan usianya sangat singkat sebelum bereaksi dengan molekul lain. Teknik konvensional seperti pewarna fluoresen organik hanya bisa mendeteksi riwayat paparan radikal — bukan kondisi yang sedang terjadi saat ini. Teknik lain seperti MRI konvensional membutuhkan miliaran atom untuk menghasilkan sinyal yang dapat terbaca, sehingga resolusinya tidak cukup tajam untuk melihat apa yang terjadi di dalam satu sel tunggal.
“Kami menggunakan teknik baru yang disebut diamond magnetometry. Melalui efek kuantum, cacat pada intan mengubah sinyal resonansi magnetik menjadi sinyal optik. Ini pertama kalinya teknik ini digunakan untuk mengukur radikal bebas di sel hidup.” — drg. Aryan Morita, M.Sc., Ph.D., Departemen Biomedika Kedokteran Gigi, FKG UGM
Intan Nano sebagai Sensor Kuantum
Tim peneliti memanfaatkan fenomena fisika kuantum yang terdapat pada cacat struktural di dalam kristal intan, yang disebut nitrogen vacancy (NV) center. Cacat ini sangat sensitif terhadap medan magnet di sekitarnya — termasuk sinyal magnetik lemah yang dihasilkan oleh radikal bebas.
Cara kerjanya: partikel intan fluoresen (fluorescent nanodiamonds/FNDs) berdiameter 70 nm dimasukkan ke dalam sel ragi hidup. Sel-sel ini kemudian diamati menggunakan setup mikroskop konfokal buatan sendiri. Dengan menembakkan pulsa laser hijau ke intan dan mengukur waktu relaksasi NV center (disebut nilai T1), tim dapat mengetahui seberapa banyak radikal bebas ada di sekitar intan pada saat itu juga. Semakin pendek nilai T1, semakin tinggi beban radikal bebas di dalam sel.
Keunggulan metode ini dibanding teknik konvensional sangat signifikan. Pengukuran dilakukan pada sel yang sama, di lokasi yang sama, sebelum dan sesudah intervensi biologis. Tidak ada kebutuhan untuk membandingkan sel yang berbeda sebagai kontrol. Intan juga tidak mengalami photobleaching seperti pewarna organik, sehingga bisa digunakan untuk pengamatan jangka panjang.
Empat Galur Ragi, Empat Kisah Metabolisme
Penelitian ini menggunakan empat jenis sel ragi Saccharomyces cerevisiae: galur normal (tipe liar) dan tiga mutan dengan metabolisme yang berbeda. Mutan sod1Δ kehilangan gen yang mengkode enzim superoksida dismutase, sehingga tidak bisa menetralisir radikal bebas secara efektif. Mutan tor1Δ dan pex19Δ justru dikenal memiliki umur hidup yang lebih panjang dari normal, meski mekanismenya belum pernah dijelaskan dengan jelas.
Hasilnya cukup mengejutkan. Semua mutan menunjukkan beban radikal bebas lebih tinggi dibanding tipe liar. Mutan sod1Δ bereaksi dengan memproduksi lebih banyak radikal saat diberi tekanan oksidatif melalui hidrogen peroksida (H₂O₂). Sebaliknya, tor1Δ dan pex19Δ justru menunjukkan penurunan radikal bebas setelah diberi H₂O₂ — artinya kedua mutan ini lebih tahan terhadap stres oksidatif.
Temuan paling menarik datang dari pengamatan proses penuaan. Sel pex19Δ yang sudah menua ternyata memiliki beban radikal bebas yang lebih rendah dibanding kondisi mudanya. Ini memberikan penjelasan biologis yang selama ini belum ada: mengapa sel-sel dengan mutasi pex19Δ bisa hidup lebih lama. Aktivasi superoksida dismutase sebagai respons terhadap peningkatan hidrogen peroksida diduga menjadi kuncinya.
Penelitian ini juga membuktikan bahwa penambahan antioksidan L-asam askorbat (vitamin C) secara nyata mengurangi beban radikal bebas di dalam sel. Pada sel tor1Δ dan pex19Δ, antioksidan bahkan mampu menahan lonjakan radikal bebas saat sel diberi stres kimia — efek yang tidak terlihat pada tipe liar maupun sod1Δ.
Dari Sel Ragi ke Masa Depan Biomedis
Ragi dipilih bukan tanpa alasan. Banyak proses penuaan dan respons stres pada ragi ternyata mirip dengan yang terjadi pada sel manusia. Ragi juga bisa menua dengan dua cara sekaligus: secara replikatif (dengan membelah diri) dan secara kronologis (dengan bertahan dalam kondisi tidak aktif) — keduanya relevan untuk memodelkan berbagai jenis penuaan sel manusia.
Implikasi penelitian ini jauh melampaui laboratorium biologi dasar. Kemampuan untuk mengukur radikal bebas secara langsung di sel tunggal, dalam kondisi hidup, secara real-time, membuka jalan baru untuk mengevaluasi cara kerja obat-obatan, memahami mekanisme penyakit yang melibatkan stres oksidatif — mulai dari penyakit kardiovaskular, kanker, hingga respons imun — dan menguji efektivitas antioksidan pada skala yang belum pernah bisa dilakukan sebelumnya.
Bagi dunia kedokteran gigi, di mana stres oksidatif berperan dalam patogenesis berbagai kondisi mulai dari penyakit periodontal hingga lesi mukosa mulut, teknologi sensor kuantum semacam ini menyimpan potensi yang belum sepenuhnya terbayang. Intan yang biasa kita kenal sebagai perhiasan kini bisa menjadi alat diagnostik yang mengintip langsung ke dalam sel — dan apa yang ditemukannya mungkin akan mengubah cara kita memahami penuaan itu sendiri.
Penulis: drg. Achmad Zam Zam Aghasy, M.Kes, Hazra Alifia Muharam
Foto: Freepik
