Pada Kamis (9/7), Research Center for Biomedical Engineering (RCBE), Institute for Biosystems and Bioengineering (IBB) Fakultas Teknik Universitas Indonesia (FTUI) menyelenggarakan Seminar Series bertajuk “Molecular Devices Built from DNA” di Smart Meeting Room, Gedung Dekanat FTUI. Seminar ini menghadirkan Rizal Fajar Hariadi, Ph.D., Associate Professor pada Department of Physics dan Biodesign Institute, Arizona State University (ASU), Amerika Serikat, sebagai pembicara. Selain diikuti sivitas akademika FTUI, seminar ini turut dihadiri mahasiswa dari Institut Teknologi Sumatera (ITERA).
Mengawali paparannya, Hariadi mengangkat semangat biomimikri (biomimicry) pendekatan merancang teknologi dengan meniru sistem-sistem yang sudah “dirancang” alam selama jutaan tahun evolusi. Ia menjelaskan bahwa DNA, molekul yang selama ini dikenal sebagai pembawa informasi genetik, sebenarnya juga merupakan bahan baku rekayasa yang ideal: sifat termodinamika dan kinetikanya mudah diprediksi, strukturnya sudah dipahami dengan baik, harganya relatif murah, mudah dimodifikasi secara kimiawi, dan bahkan cukup besar untuk diamati langsung di bawah mikroskop.
Salah satu kisah yang dibagikan Hariadi dalam seminar ini adalah perjalanan risetnya membangun perusahaan rintisan (startup) bernama Exodigm. Ia menceritakan bahwa dalam pengembangan terapi sel untuk kanker, tantangan besar yang masih dihadapi para peneliti adalah mengetahui secara pasti sel mana yang benar-benar mampu membunuh sel tumor secara berulang, bukan sekadar sel yang teraktivasi.
“Uji potensi (potency assay) yang umum digunakan industri saat ini, menurutnya, hanya mengukur aktivasi sel, bukan kemampuannya membunuh tumor. “Kami mendeteksi sel-sel yang benar-benar membunuh tumor,” ujar Hariadi, menjelaskan bagaimana Exodigm membaca sinyal-sinyal pembunuhan sel seperti Granzyme B, RNA, dan pergerakan ion secara real-time di sinapsis imun, yaitu titik kontak antara sel imun dan sel target, tanpa merusak sel yang sedang diamati.
Untuk mewujudkan pendekatan non-destruktif ini, tim Hariadi mengembangkan teknologi bernama HALOS (Hybridization Across Lipid for Oligonucleotide Sensing). Prinsip kerjanya terinspirasi dari reseptor sel alami bernama G protein-coupled receptor (GPCR), hanya saja arah kerjanya dibalik. Jika GPCR menangkap sinyal lemah dari luar sel lalu memperkuatnya di dalam sel, HALOS dirancang sebaliknya: menangkap sinyal RNA lemah dari dalam sel dan memperkuatnya di luar sel, sehingga bisa dideteksi tanpa perlu memecah (lisis) sel maupun eksosom yang diperiksa. Ini penting karena metode deteksi RNA konvensional umumnya mengharuskan sel dihancurkan lebih dulu, sehingga sel yang sudah diperiksa tidak bisa lagi dimanfaatkan, baik untuk terapi maupun untuk diisolasi dalam keadaan hidup.
Dalam pengujian pada giant unilamellar vesicle (GUV) dan sel hidup, HALOS terbukti mampu mendeteksi RNA target dengan sinyal yang teramplifikasi hingga 8,2 kali lipat tanpa lisis sel, modifikasi genetik, maupun transfeksi. Hariadi menyebut hasil purwarupa ini telah direplikasi oleh Los Alamos National Laboratory, dengan masa aktif deteksi lebih dari empat jam dan batas deteksi sekitar 100 salinan RNA per sel. Ia menambahkan bahwa metode isolasi sel hidup yang banyak dipakai industri saat ini, seperti yang dikembangkan Miltenyi Biotec, masih mengandalkan penanda protein di permukaan sel, sementara pendekatan berbasis penanda di dalam sel seperti HALOS masih menjadi ranah yang relatif belum banyak digarap sehingga berpotensi membuka peluang baru, baik untuk diagnosis melalui eksosom (liquid biopsy) maupun untuk memilah sel-sel terbaik dalam produksi terapi sel.
Prinsip desain serupa turut diterapkan Hariadi pada persoalan lain di bidang bedah kanker payudara. Dalam prosedur lumpectomy, ahli bedah masih sangat bergantung pada pemeriksaan patologi pascaoperasi untuk memastikan seluruh jaringan kanker telah terangkat bersih. Masalahnya, menurut Hariadi, metode ini punya banyak celah: hanya sekitar 1% permukaan jaringan yang benar-benar diperiksa, prosesnya rentan artefak akibat penanganan jaringan, dan memakan waktu 20–30 menit per sampel sementara pasien masih dalam kondisi bius dan jika tepi jaringan (margin) belakangan dinyatakan masih mengandung sel kanker, pasien harus menjalani operasi ulang.
Bersama Mayo Clinic, laboratorium Hariadi mengembangkan probe molekuler berbasis kolesterol dan siklodekstrin yang baru “menempel” sekaligus “menyala” ketika bertemu enzim yang banyak diekspresikan jaringan kanker, seperti matrix metalloproteinase (MMP). Pendekatan kondisional ganda ini diklaim mengatasi kelemahan produk serupa yang sudah lebih dulu beredar, seperti Cytalux yang probe-nya menyala terus-menerus sehingga menghasilkan tingkat positif palsu hingga 25%, atau Lumicell yang probe-nya mudah berdifusi sehingga rawan negatif palsu hingga 50% dengan harapan ahli bedah bisa mendapat gambaran tepi jaringan secara real-time saat operasi masih berlangsung.
Topik kedua yang menjadi sorotan dalam seminar ini adalah MAESTRO (Multi-Axial Entropic Spring Tweezer along a Rigid Origami), instrumen berbasis origami DNA yang dikembangkan bersama laboratorium Chenxiang Lin di Yale University. Bila alat-alat penjepit molekuler sebelumnya hanya bisa menarik satu molekul target dari satu arah, MAESTRO berbentuk cincin dengan “pegas entropik” yang memungkinkan gaya tarik diberikan dari berbagai arah sekaligus kondisi yang menurut Hariadi jauh lebih mendekati lingkungan mekanis molekul di dalam sel yang sesungguhnya serba padat dan bertekanan dari segala arah. Alat ini digunakan untuk mengamati Holliday junction, struktur persilangan empat untai DNA yang berperan penting dalam proses rekombinasi genetik dan dapat berpindah-pindah di antara dua bentuk konformasi berbeda.
Temuannya cukup menarik: ketika ditarik hanya dari satu arah, setiap molekul Holliday junction justru “terjebak” dalam pola pergerakannya masing-masing dan berperilaku berbeda-beda satu sama lain kondisi yang dalam istilah fisika statistik disebut non-ergodik. Namun begitu gaya tarik diberikan dari berbagai arah sekaligus, seluruh molekul kembali dapat menjelajahi semua kemungkinan bentuknya, atau bersifat kuasi-ergodik. Untuk menyederhanakan konsep ini kepada peserta, Hariadi mengibaratkannya seperti mengamati satu penari sepanjang malam dibandingkan memotret seluruh kerumunan penari hanya dalam satu momen: jika kedua cara pengamatan itu menghasilkan gambaran yang sama, maka sistem tersebut disebut ergodik. Temuan ini menunjukkan bahwa arah gaya yang bekerja pada sebuah molekul, bukan hanya besarnya, turut menentukan bagaimana molekul tersebut berperilaku wawasan yang relevan untuk memahami mekanika biomolekuler dalam kondisi tubuh yang sesungguhnya bersifat multi-arah.
Seminar yang berlangsung sekitar dua jam ini menjadi ajang berbagi wawasan lintas disiplin, mulai dari biofisika dan nanoteknologi DNA hingga kewirausahaan berbasis riset, bagi peserta dari FTUI maupun ITERA yang hadir. Melalui paparan Hariadi, peserta diajak melihat bagaimana molekul sekecil DNA dapat direkayasa menjadi perangkat yang menjawab persoalan nyata di dunia kesehatan, mulai dari deteksi dini kanker hingga pemantauan efektivitas terapi sel.
***
Kantor Komunikasi Publik
Fakultas Teknik Universitas Indonesia
