Tampilan close-up rekaman mikroelektroda pada model otak, di nukleus subthalamic untuk operasi penyakit Parkinson. (Kredit: © Teeradej Srikijvilaikul | Dreamstime.com)
Teknik stimulasi otak dalam 'nirkabel' menawarkan potensi yang menjanjikan untuk penyakit neurodegeneratif
BEIJING — Penyakit Parkinson, yang menyerang jutaan orang di seluruh dunia dan merupakan penyakit otak nomor dua setelah Alzheimer, mungkin telah menemukan tandingannya dalam pengobatan baru yang inovatif. Para ilmuwan telah mengembangkan partikel mikroskopis yang, bila dikombinasikan dengan terapi cahaya, berhasil membalikkan gejala Parkinson pada tikus tanpa memerlukan operasi otak.
Orang dengan Parkinson secara bertahap kehilangan sel-sel otak yang memproduksi dopamin, suatu zat kimia penting yang membantu mengendalikan gerakan. Kehilangan ini menyebabkan gejala penyakit ini: gemetar, gerakan kaku, dan masalah keseimbangan.
Perawatan saat ini menggantikan dopamin melalui pengobatan atau menggunakan stimulasi otak dalam melalui elektroda otak yang ditanamkan melalui pembedahan untuk merangsang sel-sel sehat yang tersisa. Elektroda ini terhubung ke perangkat (mirip dengan alat pacu jantung) yang ditempatkan di bawah kulit di dada, yang mengirimkan pulsa listrik untuk mengontrol aktivitas otak yang tidak normal.
Meskipun pendekatan ini membantu mengelola gejala, pendekatan ini mempunyai kelemahan yang signifikan. Pengobatan dapat kehilangan efektivitasnya seiring berjalannya waktu, dan operasi otak memerlukan implantasi perangkat keras permanen serta membawa risiko termasuk masalah kognitif dan depresi.
Para ilmuwan di Pusat Nanosains dan Teknologi Nasional Tiongkok, yang dipimpin oleh Profesor Chunying Chen, telah menciptakan alternatif potensial dengan menggunakan nanopartikel yang dirancang khusus – partikel yang sangat kecil sehingga ribuan partikel dapat ditampung dalam lebar rambut manusia. Sistem mereka, yang dijuluki “ATB NPs,” menggabungkan tiga komponen utama:
- Cangkang emas yang merespons cahaya inframerah dengan menghasilkan panas lembut
- Molekul penargetan yang membantu partikel menempel pada sel otak tertentu
- Protein terapeutik yang memecah gumpalan protein berbahaya yang menumpuk di Parkinson
Anggap saja sebagai sistem pemanas presisi untuk otak. Ketika dokter menyuntikkan nanopartikel ini ke wilayah otak tertentu dan menyinari sinar inframerah (yang dapat menembus tengkorak dan jaringan) dari luar kepala, partikel tersebut akan memanas hingga cukup untuk mengaktifkan saklar alami yang peka terhadap panas pada sel-sel otak. Aktivasi ini membantu memulihkan fungsi sel normal sekaligus memicu sistem pembersihan alami otak untuk menghilangkan penumpukan protein beracun.
Dalam uji laboratorium, tikus dengan gejala mirip Parkinson menerima suntikan tunggal nanopartikel diikuti sesi terapi cahaya mingguan selama lima minggu. Hasilnya luar biasa. Tikus yang dirawat bergerak hampir sama baiknya dengan tikus sehat dalam berbagai tes fisik. Ketika para peneliti memeriksa jaringan otak mereka, mereka menemukan bahwa sel-sel yang sebelumnya rusak telah pulih dan kelompok protein beracun telah berkurang.
Pendekatan ini memecahkan beberapa masalah dengan pengobatan saat ini. Berbeda dengan stimulasi otak dalam, stimulasi ini tidak memerlukan perangkat keras permanen di otak. Ia juga bekerja dengan mesin otak yang sudah ada daripada memasukkan materi genetik asing. Sinar inframerah dapat diarahkan secara tepat ke wilayah otak tertentu, sehingga memungkinkan pengobatan yang ditargetkan tanpa memengaruhi area sekitarnya.
Uji keamanan menunjukkan hasil yang menjanjikan. Partikel nano tetap berada di tempatnya selama setidaknya delapan minggu tanpa menimbulkan efek samping yang nyata. Hal ini menunjukkan bahwa perawatan ringan sesekali mungkin cukup untuk mempertahankan perbaikan.
Sementara penelitian yang dipublikasikan di Kemajuan Ilmu Pengetahuanmewakili langkah awal menuju pengobatan potensial, dan juga membuka kemungkinan baru untuk kondisi neurodegeneratif lainnya. Seperti yang dikemukakan oleh seorang ilmuwan dalam diskusi makalahnya, pendekatan terapi stimulasi otak dalam “nirkabel” ini dapat merevolusi cara kita mengobati penyakit otak yang melibatkan agregasi protein dan disfungsi saraf.
Ringkasan Makalah
Metodologi
Para peneliti pertama kali mengembangkan dan mengkarakterisasi sistem nanopartikel mereka dalam uji laboratorium, mengkonfirmasi kemampuannya untuk menargetkan neuron dopamin dan merespons cahaya inframerah-dekat. Mereka kemudian melakukan eksperimen kultur sel ekstensif sebelum beralih ke penelitian pada hewan. Dalam percobaan pada tikus, mereka menginduksi kondisi mirip Parkinson menggunakan metode yang sudah ada dan memberikan pengobatan nanopartikel melalui suntikan yang tepat ke dalam substansia nigra. Tikus-tikus tersebut menerima perawatan cahaya inframerah-dekat setiap minggu, dan perilaku serta jaringan otak mereka dianalisis menggunakan berbagai tes dan teknik pencitraan standar.
Para peneliti secara khusus memilih untuk menargetkan reseptor TRPV1 karena reseptor tersebut secara alami diekspresikan dalam neuron dopamin, sehingga menghilangkan kebutuhan akan modifikasi genetik. Panjang gelombang inframerah dekat 808 nm dipilih karena kemampuannya menembus jaringan otak secara efektif.
Hasil
Perawatan ini menunjukkan efek terapeutik yang signifikan dalam berbagai tindakan. Tikus yang diobati menunjukkan peningkatan kinerja dalam tes motorik, termasuk keseimbangan dan koordinasi yang lebih baik. Analisis jaringan otak menunjukkan peningkatan kelangsungan hidup neuron dopamin dan penurunan kadar agregat protein beracun. Partikel nano tetap stabil di wilayah otak target dan menunjukkan distribusi minimal ke jaringan lain.
Perawatan ini tidak hanya meningkatkan fungsi motorik tetapi juga memulihkan jaringan interaktif neuron dopaminergik dan kemampuannya melepaskan dopamin, seperti yang ditunjukkan melalui berbagai analisis perilaku dan seluler.
Keterbatasan
Meskipun menjanjikan, penelitian ini dilakukan pada tikus dengan kondisi mirip Parkinson yang diinduksi secara artifisial, yang mungkin tidak sepenuhnya meniru kompleksitas penyakit manusia. Efek jangka panjangnya setelah delapan minggu tidak dievaluasi, dan pengobatannya memerlukan suntikan yang tepat ke dalam jaringan otak, sehingga menimbulkan tantangan bedah untuk penerapannya pada manusia.
Diskusi dan Kesimpulan
Penelitian ini menyajikan pendekatan baru untuk mengobati penyakit Parkinson yang menggabungkan berbagai mekanisme terapeutik dalam satu sistem. Kemampuan untuk mencapai efek terapeutik tanpa implan permanen atau modifikasi genetik merupakan kemajuan yang signifikan. Keamanan dan stabilitas nanopartikel yang ditunjukkan menunjukkan potensi kelayakan klinis.
Sistem ini juga mewakili kemajuan signifikan dalam teknologi stimulasi otak dalam non-invasif, yang menggabungkan kontrol spasial yang tepat dengan kemampuan penetrasi jaringan yang kuat. Pendekatan ini berpotensi diadaptasi untuk mengobati gangguan neurodegeneratif lain yang melibatkan agregasi protein.
Pendanaan dan Pengungkapan
Penelitian ini didukung oleh berbagai sumber pendanaan pemerintah Tiongkok, termasuk Program Penelitian dan Pengembangan Kunci Nasional Tiongkok dan Yayasan Ilmu Pengetahuan Alam Nasional Tiongkok. Para penulis menyatakan tidak ada kepentingan yang bersaing.
Informasi Publikasi
Diterbitkan di Kemajuan Ilmu Pengetahuan pada 15 Januari 2025 Judul: “Sistem stimulasi otak dalam nirkabel berbasis nanopartikel yang membalikkan penyakit Parkinson” Penulis: Junguang Wu, Xuejing Cui, Lin Bao, Guanyu Liu, Xiaoyu Wang, Chunying Chen DOI: 10.1126/sciadv.ado4927
