Ilmuwan AS Kembangkan Alat Monitor Aktivitas Listrik Sel Jantung

OBATDIGITAL – Jantung merupakan salah satu organ tubuh manusia yang unik. Untuk melakukan aktivitasnya, mereka dikendalikan oleh aktivitas listrik sel-sel jantung. Aktivitas tersebut selama ini sulit dipantau. Namun ke depan aktvitas itu bisa dipantau berkat temuan beberapa nsinyur di University of California San Diego (UCSD), Amerika Serikat.

Mereka menciptakan alat baru yang kuat yang memantau aktivitas listrik di dalam sel jantung dengan menggunakan sensor “pop-up” kecil yang menusuk ke dalam sel tanpa merusaknya. Perangkat secara langsung mengukur pergerakan dan kecepatan sinyal listrik yang berjalan di dalam satu sel jantung. Ini merupakan perangkat pertama yang mengukur sinyal-sinyal ini di dalam sel-sel jaringan dalam 3D.

Seperti dilansir Science Daily (23/12/2021), perangkat itu dapat membantu dokter mendapatkan wawasan yang lebih rinci tentang gangguan jantung dan penyakit seperti aritmia (irama jantung abnormal), serangan jantung dan fibrosis jantung (pengerasan atau penebalan jaringan jantung).

“Mempelajari bagaimana sinyal listrik menyebar di antara sel-sel yang berbeda penting untuk memahami mekanisme fungsi sel dan penyakit,” kata ketua tim peneliti Yue Gu, ahli ilmu material dan teknik di UC San Diego.

“Ketidakteraturan sinyal ini bisa menjadi tanda aritmia, misalnya. Jika sinyal tidak dapat merambat dengan benar dari satu bagian jantung ke bagian lain, maka beberapa bagian jantung tidak dapat menerima sinyal sehingga tidak dapat berkontraksi.”

Sementara itu, rekan Gu, Sheng Xu, mengatakan bahwa alat itu dapat memperbesar pindaiannya ke tingkat sel dan mendapatkan gambar beresolusi sangat tinggi tentang apa yang terjadi di jantung; kita dapat melihat sel mana yang tidak berfungsi, bagian mana yang tidak sinkron dengan yang lain, dan menunjukkan dengan tepat di mana sinyal lemah.

“Informasi ini dapat digunakan untuk membantu menginformasikan dokter dan memungkinkan mereka untuk membuat diagnosis yang lebih baik,” kata Xu

Perangkat ini terdiri dari array 3D transistor efek medan mikroskopis, atau FET, yang berbentuk seperti ujung runcing yang tajam. FET kecil ini menembus membran sel tanpa merusaknya dan cukup sensitif untuk mendeteksi sinyal listrik — bahkan yang sangat lemah — langsung di dalam sel.

Untuk menghindari terlihat sebagai zat asing dan tetap berada di dalam sel untuk waktu yang lama, FET dilapisi dalam lapisan ganda fosfolipid. FET dapat memantau sinyal dari beberapa sel secara bersamaan. Mereka bahkan dapat memantau sinyal di dua lokasi berbeda di dalam sel yang sama.

“Itulah yang membuat perangkat ini unik,” kata Gu. “Ini dapat memiliki dua sensor FET yang menembus di dalam satu sel – dengan invasif minimal – dan memungkinkan kita untuk melihat ke arah mana sinyal menyebar dan seberapa cepat ia berjalan. Informasi terperinci tentang transportasi sinyal dalam satu sel sejauh ini belum diketahui. “

Untuk membangun perangkat, tim pertama-tama membuat FET sebagai bentuk 2D, dan kemudian mengikat titik-titik tertentu dari bentuk ini ke dalam lembaran elastomer yang telah diregangkan sebelumnya. Para peneliti kemudian melonggarkan lembaran elastomer, menyebabkan perangkat melengkung dan FET terlipat menjadi struktur 3D sehingga mereka dapat menembus ke dalam sel.

“Ini seperti buku pop-up,” kata Gu. “Ini dimulai sebagai struktur 2D, dan dengan gaya tekan itu muncul di beberapa bagian dan menjadi struktur 3D.”

Tim menguji perangkat pada kultur sel otot jantung dan pada jaringan jantung yang direkayasa di laboratorium. Eksperimen melibatkan penempatan kultur sel atau jaringan di atas perangkat dan kemudian memantau sinyal listrik yang ditangkap oleh sensor FET. Dengan melihat sensor mana yang mendeteksi sinyal terlebih dahulu dan kemudian mengukur waktu yang dibutuhkan sensor lain untuk mendeteksi sinyal, tim dapat menentukan arah perjalanan sinyal dan kecepatannya. Para peneliti mampu melakukan ini untuk sinyal yang berjalan di antara sel-sel tetangga, dan untuk pertama kalinya, untuk sinyal yang berjalan di dalam satu sel otot jantung.

Apa yang membuat ini lebih menarik, kata Xu, adalah bahwa ini adalah pertama kalinya para ilmuwan mampu mengukur sinyal intraseluler dalam konstruksi jaringan 3D. “Sejauh ini, hanya sinyal ekstraseluler, yang berarti sinyal yang berada di luar membran sel, yang diukur pada jenis jaringan ini. Sekarang, kami benar-benar dapat menangkap sinyal di dalam sel yang tertanam dalam jaringan 3D atau organoid,” katanya. dikatakan.

Eksperimen tim menghasilkan pengamatan yang menarik: sinyal di dalam sel jantung individu bergerak hampir lima kali lebih cepat daripada sinyal di antara beberapa sel jantung. Mempelajari detail semacam ini dapat mengungkapkan wawasan tentang kelainan jantung pada tingkat sel, kata Gu. “Misalnya Anda mengukur kecepatan sinyal dalam satu sel, dan kecepatan sinyal antara dua sel. Jika ada perbedaan yang sangat besar antara kedua kecepatan ini — yaitu, jika kecepatan antar sel jauh, jauh lebih kecil daripada kecepatan intraseluler — – maka kemungkinan ada yang salah pada sambungan antar sel, kemungkinan karena fibrosis,” jelasnya.

Ahli biologi juga dapat menggunakan perangkat ini untuk mempelajari transportasi sinyal antara organel yang berbeda dalam sel, tambah Gu. Perangkat seperti ini juga dapat digunakan untuk menguji obat baru dan melihat bagaimana obat itu memengaruhi sel dan jaringan jantung.