Motor nano terkontrol pertama kalinya dalam sel hidup

Untuk pertama kalinya, sebuah tim ahli kimia dan insinyur di Penn State University telah menempatkan motor sintetis kecil di dalam sel manusia hidup, menggerakkan mereka dengan gelombang ultrasonik dan mengarahkannya secara magnetis. Ini bukan tentang "Fantastic Voyage," tapi semirip. Motor nano, yang merupakan partikel logam berbentuk roket, bergerak-gerak di dalam sel, berputar dan memukul-mukul membran sel.

"Ketika motor nano ini bergerak dan bertemu struktur di dalam sel, sel-sel hidup menunjukkan respon mekanik internal yang tak seorang pun pernah lihat sebelumnya," kata Tom Mallouk, Profesor Evan Pugh bidang Bahan Kimia dan Fisika di Penn State. "Penelitian ini merupakan demonstrasi yang jelas bahwa dimungkinkan untuk menggunakan motor nano sintetis untuk mempelajari sel biologi dengan cara baru. Kita mungkin dapat menggunakan motor nano untuk mengobati kanker dan penyakit lainnya dengan mekanisme memanipulasi sel dari dalam. Motor nano bisa melakukan operasi intraseluler dan memberikan obat secara noninvasif ke jaringan hidup."

Temuan para peneliti akan dipublikasikan di Angewandte Chemie International Edition pada 10 Februari 2014. Selain Mallouk, rekan penulis termasuk para peneliti Penn State yaitu Wei Wang, Sixing Li, Suzanne Ahmed, dan Tony Juni Huang, serta Lamar Mair dari Fisika Medis Weinberg di Maryland USA.

Sampai sekarang, kata Mallouk, motor nano telah dipelajari hanya "in vitro" dalam alat laboratorium, tidak dalam sel-sel hidup manusia. Motor nano kimiawi bertenaga pertama dikembangkan sepuluh tahun yang lalu di Penn State oleh tim yang termasuk kimiawan Ayusman Sen dan fisikawan Vincent Crespi, selain Mallouk. "Motor generasi pertama kami memerlukan bahan bakar beracun dan mereka tidak akan bergerak dalam cairan biologis, jadi kami tidak bisa mempelajari mereka dalam sel manusia," kata Mallouk. "Keterbatasan itu adalah masalah serius." Ketika Mallouk dan fisikawan Perancis Mauricio Hoyos menemukan bahwa motor nano dapat dihidupkan dengan gelombang ultrasonik, pintu itu terbuka untuk mempelajari motor dalam sistem mahluk hidup.

Untuk percobaan mereka, tim menggunakan sel HeLa, garis sel kanker serviks abadi manusia yang biasanya digunakan dalam studi penelitian. Sel-sel ini menelan motor nano, yang kemudian bergerak dalam jaringan sel, didukung oleh gelombang ultrasonik. Pada daya ultrasonik rendah, Mallouk menjelaskan, motor nano memiliki sedikit efek pada sel-sel. Tapi ketika dayanya meningkat, motor nano beraksi, bergerak di sekitar dan menabrak organel - struktur dalam sel yang melakukan fungsi tertentu. Motor nano dapat bertindak seperti pengocok telur yang secara mendasar menghomogenkan isi sel, atau mereka dapat bertindak seperti pecut yang memukul-mukul hingga benar-benar menusuk membran sel.

Sementara getaran gelombang ultrasonik mengontrol apakah motor nano berputar atau bergerak maju, para peneliti dapat mengontrol motor lebih jauh dengan mengarahkan mereka, menggunakan gaya magnet. Mallouk dan rekan-rekannya juga menemukan bahwa motor nano dapat bergerak mandiri - independen satu sama lain - kemampuan yang penting untuk aplikasi masa depan. "Gerak Otonom dapat membantu motor nano selektif menghancurkan sel-sel yang menelan mereka," kata Mallouk. "Jika Anda ingin motor ini untuk mencari dan menghancurkan sel-sel kanker, misalnya, lebih baik membuat mereka bergerak secara independen. Anda tidak ingin massa besar dari mereka bergerak dalam satu arah."

Kemampuan motor nano untuk mempengaruhi sel-sel hidup menjanjikan bagi pengobatan, kata Mallouk. "Salah satu aplikasi impian kita adalah gaya kedokteran Fantastic Voyage, di mana motor nano akan berlayar di dalam seluruh tubuh, berkomunikasi satu sama lain dan melakukan berbagai macam diagnosa dan terapi. Ada banyak aplikasi untuk mengendalikan partikel pada skala kecil ini, dan memahami cara kerjanya itulah yang memotivasi kita sekarang."