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
Recommended