Insinyur di University of California, Berkeley, telah menciptakan implan nirkabel kecil yang dapat memberikan pengukuran kadar oksigen jaringan jauh di bawah kulit secara real-time. Perangkat, yang lebih kecil dari ladybug rata-rata dan didukung oleh gelombang ultrasound, dapat membantu dokter memantau kesehatan organ atau jaringan yang ditransplantasikan dan memberikan peringatan dini tentang potensi kegagalan transplantasi.

Teknologi tersebut, yang dibuat bekerja sama dengan para dokter di Universitas California, San Francisco, juga membuka jalan bagi pembuatan berbagai sensor miniatur yang dapat melacak penanda biokimia utama lainnya di dalam tubuh, seperti pH atau karbon dioksida. Sensor ini suatu hari nanti dapat memberi dokter metode invasif minimal untuk memantau biokimia di dalam organ dan jaringan yang berfungsi.

“Sangat sulit untuk mengukur benda jauh di dalam tubuh,” kata Michel Maharbiz, seorang profesor teknik elektro dan ilmu komputer di UC Berkeley dan Investigator Biohub Chan Zuckerberg. “Perangkat ini mendemonstrasikan bagaimana, menggunakan teknologi ultrasound yang dipadukan dengan desain sirkuit terintegrasi yang sangat cerdas, Anda dapat membuat implan canggih yang masuk jauh ke dalam jaringan untuk mengambil data dari organ.”

Maharbiz adalah penulis senior dari makalah baru yang mendeskripsikan perangkat tersebut, yang muncul di jurnal Nature Biotechnology .

Oksigen adalah komponen kunci bagi kemampuan sel untuk memanfaatkan energi dari makanan yang kita makan, dan hampir semua jaringan di dalam tubuh membutuhkan pasokan yang stabil untuk bertahan hidup. Kebanyakan metode untuk mengukur oksigenasi jaringan hanya dapat memberikan informasi tentang apa yang terjadi di dekat permukaan tubuh. Hal tersebut dikarenakan metode tersebut mengandalkan gelombang elektromagnetik, seperti sinar infra merah, yang hanya dapat menembus beberapa sentimeter ke dalam kulit atau jaringan organ. Meskipun ada jenis pencitraan resonansi magnetik yang dapat memberikan informasi tentang oksigenasi jaringan dalam, pencitraan tersebut memerlukan waktu pemindaian yang lama, sehingga tidak dapat memberikan data secara real time.

Sejak 2013, Maharbiz telah merancang implan miniatur yang menggunakan gelombang ultrasonik untuk berkomunikasi secara nirkabel dengan dunia luar. Gelombang ultrasonik, yang merupakan bentuk suara yang frekuensinya terlalu tinggi untuk dideteksi oleh telinga manusia, dapat menyebar ke seluruh tubuh dengan jarak yang jauh lebih jauh daripada gelombang elektromagnetik dan telah menjadi dasar teknologi pencitraan ultrasonik dalam kedokteran. Salah satu contoh perangkat semacam itu adalah Stimdust, yang dirancang bekerja sama dengan teknik kelistrikan UC Berkeley dan asisten profesor ilmu komputer Rikky Muller, yang dapat mendeteksi dan menstimulasi pembakaran saraf listrik di dalam tubuh.

Soner Sonmezoglu, seorang peneliti pascadoktoral di bidang teknik di UC Berkeley, memimpin upaya untuk memperluas kemampuan implan dengan menyertakan penginderaan oksigen. Memasukkan sensor oksigen melibatkan pengintegrasian sumber cahaya LED dan detektor optik ke dalam perangkat kecil, serta merancang satu set kontrol elektronik yang lebih rumit untuk mengoperasikan dan membaca sensor. Tim menguji perangkat tersebut dengan memantau kadar oksigen di dalam otot domba hidup.

Sonmezoglu menunjukkan bahwa jenis sensor oksigen ini berbeda dengan oksimeter denyut yang digunakan untuk mengukur saturasi oksigen dalam darah. Sementara oksimeter denyut mengukur proporsi hemoglobin dalam darah yang teroksigenasi, perangkat baru ini dapat secara langsung mengukur jumlah oksigen dalam jaringan.

“Salah satu aplikasi potensial dari perangkat ini adalah untuk memantau transplantasi organ, karena dalam beberapa bulan setelah transplantasi organ, komplikasi vaskular dapat terjadi, dan komplikasi ini dapat menyebabkan disfungsi graft,” kata Sonmezoglu. “Ini juga dapat digunakan untuk mengukur hipoksia tumor, yang dapat membantu dokter memandu terapi radiasi kanker.”

Rekan penulis studi Jeffrey Fineman dan Emin Maltepe, yang keduanya adalah dokter anak di UCSF dan anggota Initiative for Pediatric Drug and Device Development, terlibat dalam pekerjaan ini karena potensinya untuk memantau perkembangan janin dan merawat bayi prematur.

“Pada bayi prematur, misalnya, kita sering perlu memberikan oksigen tambahan tetapi tidak memiliki pembacaan konsentrasi oksigen jaringan yang dapat diandalkan,” kata Maltepe. “Versi miniatur lebih lanjut dari perangkat ini dapat membantu kami mengelola paparan oksigen dengan lebih baik pada bayi prematur kami di ruang perawatan intensif dan membantu meminimalkan beberapa konsekuensi negatif dari paparan oksigen yang berlebihan, seperti retinopati prematuritas atau penyakit paru-paru kronis.”

Teknologi tersebut bisa lebih ditingkatkan, kata Sonmezoglu, dengan menampung sensor sehingga bisa bertahan lama di dalam tubuh. Membuat miniatur perangkat lebih lanjut juga akan menyederhanakan proses implantasi, yang saat ini membutuhkan pembedahan. Selain itu, katanya, platform optik di sensor dapat dengan mudah disesuaikan untuk mengukur biokimia lain di dalam tubuh.

“Dengan hanya mengubah platform yang kami buat untuk sensor oksigen ini, Anda dapat memodifikasi perangkat untuk mengukur, misalnya, pH, spesies oksigen reaktif, glukosa atau karbon dioksida,” kata Sonmezoglu. “Selain itu, jika kami dapat memodifikasi kemasannya menjadi lebih kecil, Anda dapat membayangkan dapat menyuntikkan ke dalam tubuh dengan jarum, atau melalui operasi laparoskopi, membuat implantasi menjadi lebih mudah.” [Sciencedaily, REO.my.id]