IMMUNOSENSORDAN PENGGUNAANNYA PADA DETEKSI KANKER

PROGRAM MAGISTER ILMU BIOMEDIK UNIVERSITAS INDONESIA

2015

TUGAS BIOTEKNOLOGI

Penulis :

KELOMPOK 6Andreas Adi Susilo

(NPM. 150669 )

Dedy Arnold Simorangkir

(NPM. 150669 )

Ervan Budiawan

(NPM. 150669)

RM. Agung Pranata Kusuma Atmaja

(NPM. 1506692560)

Pendahuluan

Immunosensor adalah alat yang bersifat ringkas, dengan kemampuan analitis terhadap keadaan yang memungkinkan terbentuknya kompleks antigen-antibodi, mendeteksi dan mengkonversi kompleks tersebut melalui transduser, menjadi sinyal-sinyal elektris yang dapat di proses, direkam, atau ditampilkan secara visual.

Terdapat beragam mekanisme untuk melakukan “tranduksi” yang dipakai dalam biosensor imunologis, yaitu berdasarkan pembentukan sinyalnya ( misalnya sinyal elektrokimia atau sinyal optis) ataupun berdasarkan perubahan-perubahan yang terukur (misalnya perubahan massa) yang mengikuti terbentuknya kompleks antigen-antibody.

Pendahuluan

Immunosensor bertujuan mendeteksi adanya antibody atau antigen tertentu pada cairan tubuh, terutama serum.

Namun dewasa ini juga berkembang penggunannya untuk mendeteksi senyawa maupun derivate senyawa kimia tertentu: pengukuran kuantitatif TNT pada air tanah dengan menggunakan

antibody anti-TNT.

Pengukuran kuantitatif bisphenol A (BPA) pada sampel larutan, dengan menggunakan teknik Evanescent Wave Immunosensor.

Immunosensor dapat di design untuk mendeteksi antigen atau antibody, atau keduanya, namun demikian, deteksi antibodi lebih disukai karena penggunaan antibody sebagai elemen biologis sensitive dapat menyebabkan berkurangnya afinitas antibodi tersebut sebagai konsekuensi dari penempelan antibodi ke suatu permukaan(transduser).

Contoh Diagram Immunosensor

Pendahuluan

Kelebihan immunosensor : Sangat spesifik; yaitu antbody hanya akan terikat pada antigen tertentu

saja

Antibodi spesifik memiliki afinitas yang tinggi terhadap antigennya, yang artinya ikatan tersebut amat kuat

Kekurangan biosensor : Karena di dasarkan pada reaksi antigen antibody yang spesifik, maka

kekuatan sinyal yang di teruskan pada transduser sangat tergantung pada akumulasi produk, yang biasanya sedikit dan tidak dapat diamplifikasi.

Hanya single use; sangat sulit untuk mereverse reaksi pembentukan kompleks antigrn-antibody tersebut.

Pendahuluan

Jenis-jenis antibodi yang digunakan pad biosensors : Antibodi Poliklonal; yaitu antibodi yang dimurnikan dari serum hewan.\

Antibodi Monoklonal; yaitu antibody yang diproduksi dari proses kultur sel hewan (teknik hybridoma) secara ekstra seluler.

Spesifisitas antibodi monoclonal lebih tinggi dari antibodi poliklonal, dan affinitas antibodi juga dapat dipengaruhi dari jenis sel yang memproduksinya.

Biasanya yang dipakai dalam system sensor adalah Ig G, atau bagian aktif dari fragmennya (bagian Fc)

Dengan semakin berkembangnya ilmu pengetahuan penggunaan biosensor berbasis immunologi, baik dalam praktek medis maupun dalam riset, semakin meningkat.

Trending Riset dan Kajian berbasis Immunosensor

Lab Testing vs POC (Point of Care)

Kehadiran biosensor yang ringkas, mudah digunakan, mudah dipindah-pindahkan, dan bahkan dewasa ini dapat dipakai (wearable device) memunculkan paradigm baru, yaitu apakah kita memilih tes laboratorium yang lebih rumit dengan metode Point of Care (POC), yang memberikan hasil yang lebih cepat.

Alur proses immunosensors

Jenis-jenis Transduser dalam Imunosensors Berdasarkan jenis transduser dalam system

imunosensor, dewasa ini dikenal 3 jenis transduser sebagai berikut : Electrochemical immunosensor Optical immunosensor Piezoelectric immunosensor

Electrochemical Immunosensor

Pada electrochemical immunosensors, proses pembentukan kompleks antigen-antibodi ini dikonversikan menjadi sinyal/ gelombang listrik.

Sinyal elektris ini kemudian dapat berupa beberapa bentuk : Arus listrik searah (amperometric

immunosensors),

Perbedaan tegangan potensial (potentiometric immunosensors), atau

Perubahan hambatan (conductimetric immunosensors).

Metode terbaru dan efisien : FET

FET (Field Effect Transistor)

Optical Immunosensor

Pada transduser optical biosensors, terdapat suatu elemen peka zat biologis ditempelkan pada permukaan transduser dan merespon interaksi dengan target analite baik melalui produksi sinyal optic, seperti fluorescence, ataupun penghasilkan perubahan sifat optis seperti : absorbs, pemantulan dan pembiasan, emisi, perubahan indeks refraksi, maupun jalur optis.

Sinyal-sinyal optikal tersebut ditangkap oleh photodetector dan dikonversi menjadi sinyal elektris, yang kemudian di proses lebih lanjut secara elektronik.

Diagram mekanisme kerja immunosensor flouresence

Optical Immunosensor

Teknik transduksi sinyal optic pada optical immunosensor :

Piezoelectric Immunosensor

Perubahan kerapatan massa yang terjadi paska terbentuknya kompleks antigen antibodi dapat diukur dengan menggunakan transduser piezoelectric, sebagai contoh : quartz crystal microbalances atau menggunakan microcantilever, yang akan bergetar pada frekuensi tertentu saja.

Antigen atau antibodies dapat ditempelkan pada permukaan piezoelectric dan pembentukan kompleks antigen-antibody dapat dideteksi dengan terjadinya perubahan frekuensi dari vibrasi transduser tersebut.

Sensitifitas tranduser piezoelectric ini sangat tinggi.

Prinsip Kerja Immunosensors

Bagaimana cara nya kita dapat mendeteksi adanya kompleks antigen-antibodi ?

Dalam system ELISA (Enzyme Linked Immunoassorbent Assays) yang kita kenal, adanya kompleks antigen-antibodi dapat kita nilai secara kualitatif dengan perubahan visual dari produk yang kita peroleh, serta secara kuantitatif dengan mengukur konsentrasi produk tersebut.

Namun kompleks Ag-Ab ini hanya berupa perubahan kecil dalam bentuk perubahan konformasi, yang secara nyata sulit dinilai dengan sensor elektrokimia.

Dewasa ini, kompleks antigen antibodi ini dapat diukur dengan lebih baik menggunakan transduser immunosensor :  evanescent wave dan surface plasmon resonance.

Penggunaan Immunosensor dewasa ini :

Cancer Detection

Adanya kemajuan deteksi dini dan monitoring pada keganasan menyebabkan perubahan paradigma dari treatment-based medicine ke preventive medicine.

Meningkatnya angka kejadian keganasan selama beberapa dekade terakhir terutama di negara maju, dan menjadi penyebab kematian utama hamper pada semua kelompok usia.

Deteksi dini dan diagnosis dari beberapa jenis keganasan, dapat dilakukan dengan mendeteksi biomarker tertentu, misalnya CA125, dan dengan bantuan biosensor yang akurat.

Dulu : biosensor hanya untuk deteksi glukosa, laktat dan cholesterol, Dewasa ini : biosensor digunakan untuk mendeteksi biomarker, misalnya : tumor marker atau hormon.

Biomarker

adalah molekul relevan biologis, yang dihasilkan/berhubungan dengan suatu keadaan/penyakit spesifik yang dapat diukur secara kuantitatif menggunakan instrument maupun teknik laboratorium yang sesuai.

Bdapat berperan sebagai indikator dari keadaan sekarang atau yang akan datang dari suatu penyakit.

Dapat berupa proteins, fragmen protein, molecule signal, marker DNA dan sel.

Terdapat 3 kelompok : (1) diagnostic biomarkers : untuk early detection

(2) prognostic biomarkers, untuk menilai potensi malignant (ganas)

(3) predictive biomarkers, untuk membedakan rencana terapi yang sesuai.

Perkembangan biosensors untuk deteksi cancer

Dewasa ini beberapa penelitian telah mampu memunculkan banyak metode dan penggunaan biosensor mutakhir (nanotechnology dan penggunaan graphene) guna mendeteksi biomarker untuk tumor.

Beberapa diantaranya menggunakan prinsip immunosensors

Adanya beragam analyte menyebabkan spesifisitas dan sensitifitas dari suatu biosensor menjadi fokus dari penelitian-penelitian lanjutan.

Re-useable, kompaksitas, dan nilai cost effectiveness menjadi pertimbangan dalam pengembangan biosensor baru.

Contoh Penggunaan Immunosensor pada deteksi KankerAnalyte Spesific

AntibodyTransducing technique

Tumor/cancer

Prostate-specific antigen (PSA)

Anti PSA Amperometric Prostat

PSA, C-reactive protein

Cantilevers Prostat

PSA, PSA-α1-antichymotrypsin,CEA, mucin-1

Field-effect Prostat

CA 125, CA 153, CA 199, CEA

antibody OC 125, anti-CA153 Abs,

Chemiluminescence Ovarium, Uterine,Breast

AFP Functional Graphene Sheet (FGS)

Hepatobillier

Reference

Biosensors and Molecular Technologies for Cancer Diagnostics, edited by Keith E. Herold and Avraham Rasooly, CRC Press, 2012

Nanomaterial-Based Electrochemical Immunosensors for Clinically Significant Biomarkers, a review by Niina J. Ronkainen and Stanley L. Okon, www.mdpi.com/journal/materials, 2014

The Immunoassay Handbook. Third Edition, David Wild. Published by Elsevier Ltd. 2005

Advances in Immunoassay Technology : Fundamentals and Applications of Immunosensors, Carlos Moina and Gabriel Ybarra, InTech Pub : www.intechopen.com, 2012