Peneliti menempatkan kultur jaringan berukuran 100.000 kali lipat—guna mengetahui dampak nanopartikel yang terhirup saat bernapas. Sampel jaringan paru-paru dan hati serta interaksinya pada nanopartikel dibuat ulang secara artifisial.
Penulis/editor: Rayendra L Toruan
mmINDUSTRI.co.id – Para peneliti berhasil menggabungkan dua teknologi: Chip multi-organ Humimic Chip3 serta turunannya TissUse buatan Technical University of Berlin dengan P.R.I.T.® ExpoCube® hasil pembangan Fraunhofer ITEM.
Sementara The Humimic Chip3 adalah chip seperti slide laboratorium standar berukuran 76 x 26 mm. Kultur jaringan berukuran 100.000 kali lipat dapat ditempatkan di atasnya, dengan larutan nutrisi yang dipasok ke kultur jaringan dengan pompa mikro.
Dengan cara ini, misalnya, sampel jaringan paru-paru dan hati dan interaksinya dengan nanopartikel dapat dibuat ulang secara artifisial.
Dengan demikian, memungkinkan untuk menyelidiki dampak langsung nanopartikel yang berpotensi berbahaya pada saluran pernapasan, dan pada saat yang sama, terjadi kemungkinan efek pada organ lain seperti hati.
Simulasi membantu mengoptimalkan pengembangan
Bagaimana aerosol khususnya nanopartikel, diarahkan ke sel paru-paru sedemikian rupa sehingga jumlah tertentu diendapkan pada permukaan sel?
Di sinilah keahlian para peneliti Fraunhofer SCAI berperan dan menentukan. Para peneliti mempelajari poin ini dan aspek serupa dalam sebuah simulasi. Mereka harus mengatasi tantangan khusus dalam prosesnya.
Misalnya, model fisik dan numerik yang diperlukan untuk simulasi rinci nanopartikel secara signifikan lebih kompleks daripada partikel dengan diameter lebih besar.
Hal ini pada gilirannya, menyebabkan peningkatan yang signifikan dalam waktu komputasi.
Akan tetapi, waktu dan usaha para peneliti tidaklah sia-sia, karena simulasi secara intensif komputasi membantu mengoptimalkan sistem pengujian kehidupan nyata.
Kita simak contoh berikut ini. Seperti disebutkan di atas, aerosol harus mengalir melalui garis dari mana beberapa cabang memanjang ke bawah untuk mengarahkan nanopartikel ke multi-organ chip, dengan kondisi pada titik pengambilan sampel yang seidentik mungkin.
Akan tetapi, gaya inersia nanopartikel rendah, sehingga partikel cenderung tidak bergerak ke luar dari jalur aliran yang dialihkan dan ke permukaan sel.
Gravitasi saja tidak cukup dalam kasus ini. Para peneliti menyelesaikan masalah tersebut dengan memanfaatkan fenomena termoforesis.
“Ini berkaitan dengan gaya dalam fluida dengan gradien suhu yang menyebabkan partikel bermigrasi ke sisi yang lebih dingin,” ungkap Dr. Carsten Brodbeck, Manajer Proyek di Fraunhofer SCAI.
“Dengan membiarkan aerosol mengalir melalui garis dalam keadaan panas, sementara sel-sel dibudidayakan secara alami pada suhu tubuh, nanopartikel bergerak menuju sel, yang ditunjukkan dengan jelas oleh simulasi,” Dr. Carsten Brodbeck melanjutkan.
Para peneliti juga menggunakan simulasi untuk menyelidiki bagaimana mencapai gradien suhu setinggi mungkin tanpa merusak sel dan bagaimana perangkat yang sesuai harus dibangun.
Selanjutnya, para peneliti memeriksa bagaimana perbedaan kecepatan aliran dan geometri jalur suplai akan memengaruhi penyerapan.
Distribusi suhu di perangkat pencahayaan dioptimalkan dengan memilih bahan yang berbeda, membuat penyesuaian pada geometri dan memodifikasi desain pendinginan dan pemanasan.
“Dengan menggunakan simulasi, kita dapat dengan cepat dan mudah mengubah kondisi batas dan memahami efek dari perubahan ini. Tim kami dapat melihat hal-hal yang akan tetap tersembunyi dalam eksperimen,” jelas Dr. Carsten Brodbeck.
Masalah teknologi dasar telah dipecahkan
Sekarang, prototipe awal perangkat paparan NanoCube, termasuk multi-organ chip diharapkan siap pada musim gugur di Eropa tahun 2023—eksperimen pertama dengan sistem dapat diselesaikan.
Untuk saat ini, para peneliti di Fraunhofer menggunakan partikel referensi bukan aerosol dari printer. Mereka menggunakan misalnya nanopartikel dari seng oksida atau yang dikenal sebagai “karbon hitam” yaitu pigmen hitam dalam tinta cetak.
Dalam aplikasi praktis di masa depan, sistem pengukuran harus dipasang ketika nanopartikel terhambur dari mesin printer laser.
Sistem uji inovatif untuk efek toksik
Proyek NanoINHAL akan melihat penciptaan sistem pengujian inovatif yang dapat digunakan untuk menyelidiki efek toksik nanopartikel udara pada sel-sel di saluran pernapasan dan paru-paru, serta pada organ hilir seperti hati.
Karena kombinasi dua sistem organ dalam sistem mikrofisiologis, juga dimungkinkan untuk mempelajari penyerapan dan distribusi nanopartikel dalam organisme.
Baca: Nanopartikel Mengalir Melalui Microduct, Begini Cara Peneliti di Amerika Serikat
Nanopartikel Mengalir Melalui Microduct, Begini Cara Peneliti di Amerika Serikat 