HONG KONG SAR – Media OutReach – Tim peneliti yang dipimpin oleh para ilmuwan di Hong Kong Baptist University (HKBU) telah mengembangkan sensor sel baru dengan struktur saluran mikro seperti barcode yang dengan cepat menyaring bakteri yang resistan terhadap obat dengan biaya rendah. Penemuan ini sangat cocok untuk negara-negara berkembang, di mana sejumlah besar sampel perlu segera diuji selama wabah penyakit menular.

Sensor sel dengan struktur saluran mikro seperti barcode terdiri dari dua bagian utama: zona kultur sel dan sensor sel “barcode”.

Pendekatan pengujian yang cepat dan berbiaya rendah

Antibiotik sering digunakan untuk mengobati infeksi bakteri, tetapi penggunaan yang berlebihan dan penyalahgunaan antibiotik telah menciptakan masalah resistensi obat. Antimicrobial susceptibility testing (AST) digunakan untuk mengetahui antibiotik mana yang secara efektif dapat menghambat pertumbuhan jenis bakteri tertentu secara efektif.

Namun, metode AST konvensional terlalu lambat, karena memerlukan 16 hingga 24 jam untuk hasilnya, sedangkan AST modern cepat dan mahal, serta memerlukan peralatan laboratorium yang rumit. Oleh karena itu, diperlukan strategi yang cepat dan hemat biaya untuk menyaring sampel bakteri di tempat, dengan pengujian laboratorium lanjutan yang diatur hanya untuk mereka yang diduga mengandung bakteri yang resistan terhadap obat.

Menanggapi kebutuhan ini, dipimpin oleh Dr Ren Kangning, Associate Professor Departemen Kimia di HKBU, telah mengembangkan sistem uji sensitivitas obat yang sepenuhnya otomatis yang tidak memerlukan penggunaan mikroskop. Ini terdiri dari sensor sel, dan tampilan struktur saluran mikronya mirip dengan barcode.

Kuantitas bakteri ditunjukkan oleh barcode

Saat melakukan AST dengan sistem, sampel bakteri akan disuntikkan ke dalam dan diinkubasi di zona kultur sel. Bakteri dalam sampel uji di dalam saluran mikro menunjukkan tingkat proliferasi yang berbeda tergantung pada konsentrasi antibiotik yang berbeda.

Setelah periode kultur selesai, sel-sel bakteri akan mengalir melalui “filter linier adaptif”. Sel-sel tidak akan menumpuk di sekitar nanopori di dinding samping saluran mikro, sebaliknya mereka akan didorong ke bawah oleh cairan dan dikumpulkan dari ujung saluran mikro. Sel-sel yang terakumulasi kemudian akan membentuk batang vertikal yang terlihat, yang panjangnya sebanding dengan jumlah sel bakteri yang dibiakkan di bawah konsentrasi antibiotik yang berbeda.

Ponsel yang dilengkapi dengan lensa makro kemudian dapat digunakan untuk memotret “barcode” yang dibuat oleh AST. Gambar akan dianalisis secara otomatis oleh aplikasi seluler.

Hasil konsisten dengan AST konvensional

Setelah masa kultur, jika semua “batang” sensor sel memiliki panjang yang sama, berarti antibiotik yang diuji tidak dapat menghambat pertumbuhan bakteri, dan dengan demikian sampel bakteri resisten terhadap antibiotik yang diuji. Jika panjang “batang” umumnya berbanding terbalik dengan konsentrasi antibiotik di saluran mikro, ini menunjukkan bahwa antibiotik yang diuji umumnya efektif dalam menghambat pertumbuhan bakteri, dan dengan demikian bakteri tidak resisten terhadap obat. Ketika dua “batang” yang berdekatan menunjukkan perbedaan yang tajam dalam hal panjang, ini menunjukkan bahwa efek antimikroba dari antibiotik melompat ketika konsentrasinya mencapai tingkat tertentu.

Tim peneliti menguji E. coli dan S. aureus dengan sensor sel “barcode” dan hasilnya konsisten dengan AST konvensional. Tes dapat diselesaikan dalam tiga jam, yang jauh lebih cepat daripada AST konvensional. Pendekatan mikofluida yang dikembangkan oleh peneliti lain juga dapat mencapai kecepatan yang sebanding, tetapi mereka bergantung pada instrumen yang mahal untuk analisis secara umum.

Berpotensi digunakan di wilayah terbatas sumber daya

“Sistem pengujian ‘barcode’ kami adalah alat baru yang menjanjikan dalam memerangi resistensi antimikroba. Kami berharap ini akan bermanfaat bagi skrining rutin bakteri yang resistan terhadap obat di industri makanan, tempat umum dan fasilitas kesehatan karena tidak memerlukan fasilitas klinis tingkat lanjut atau keterampilan pengujian profesional,” kata Dr Ren.

Sensor sel “barcode” memiliki biaya produksi yang rendah, dan diperkirakan di bawah satu dolar AS per buah. Tim peneliti telah mengajukan permohonan paten untuk sensor sel “barcode”. “Kami berencana untuk mengembangkan penemuan kami menjadi instrumen AST portabel, dan pada akhirnya, kami berharap dapat digunakan di daerah terbatas sumber daya,” tambah Dr Ren.

Makalah penelitian tentang penemuan baru ini diterbitkan dalam jurnal akademik internasional Biosensors and Bioelectronics. Selain peneliti dari Departemen Kimia HKBU, tim peneliti sensor sel “barcode” juga termasuk ilmuwan dari Departemen Ilmu Komputer di HKBU dan Fakultas Kedokteran di Universitas Stanford.

Keterangan Foto: Tim peneliti yang dipimpin oleh Dr Ren Kangning, Associate Professor Departemen Kimia di HKBU (kiri), merancang sistem pengujian kerentanan antimikroba (AST) yang sepenuhnya otomatis dan tanpa mikroskop. Ini memungkinkan skrining bakteri resisten obat dengan cepat dan murah dengan memindai “barcode” pada sensor sel dengan aplikasi seluler, yang ditunjukkan oleh Chan Chiu-wing, anggota tim peneliti dan mahasiswa PhD Departemen Kimia di HKBU (kanan).