

(© Viewfinder – stock.adobe.com)
BOSTON — Batasan berikutnya dalam perang melawan infeksi pernapasan bukanlah pil atau suntikan – melainkan semprotan. Para ilmuwan di Rumah Sakit Brigham and Women's telah mengembangkan PCANS, semprotan hidung yang berpotensi melindungi kita dari berbagai ancaman di udara, mulai dari flu biasa hingga virus penyebab pandemi.
Ini adalah terobosan yang akan menjadi musik yang menyejukkan telinga — dan paru-paru — bagi mereka yang sering berjuang melawan pilek dan batuk selama musim flu. Semprotan hidung multi-moda ini dirancang untuk menangkap, menetralkan, dan mencegah penyebaran berbagai patogen pernapasan.
Studi ini, yang diterbitkan dalam jurnal Bahan Canggihmerinci pembuatan PCANS (Pathogen Capture and Neutralizing Spray). Jika berhasil, alat ini dapat melindungi individu dari COVID-19, influenza, flu biasa, dan bahkan bakteri penyebab pneumonia.
“Pandemi COVID menunjukkan kepada kita apa yang dapat dilakukan patogen pernapasan terhadap manusia dalam waktu yang sangat singkat. Ancaman itu belum hilang,” kata salah satu penulis senior Jeffrey Karp, PhD, ketua terhormat di bidang Anestesiologi di Brigham and Women's Hospital, dalam sebuah pernyataan. “Kita tidak hanya harus menghadapi flu musiman, tetapi sekarang kita juga harus menghadapi COVID.”
Memang, infeksi influenza dan COVID-19 terus menyebabkan ribuan kematian dan ratusan ribu kasus penyakit parah setiap tahun. Bahkan infeksi yang lebih ringan mengakibatkan ketidaknyamanan dan gangguan yang signifikan pada kehidupan sehari-hari, yang mengakibatkan hilangnya hari kerja atau sekolah.
Meskipun vaksin dan masker telah memainkan peran penting dalam memerangi infeksi ini, keduanya memiliki keterbatasan. Orang yang telah divaksinasi masih dapat tertular dan menyebarkan infeksi, dan masker, meskipun bermanfaat, tidak sepenuhnya aman dan sering kali tidak dikenakan dengan benar atau tidak dikenakan sama sekali.
“Kita memerlukan cara-cara baru dan tambahan untuk melindungi diri kita dan mengurangi penularan penyakit,” tegas Karp.
PCANS menggunakan pendekatan baru untuk mencegah infeksi. Sebagian besar patogen pernapasan masuk ke sistem tubuh kita melalui hidung, menumpang tetesan kecil cairan yang kita hirup. PCANS bertujuan untuk menghentikan proses ini.


“Semprotan ini dikembangkan menggunakan bahan-bahan dari Basis Data Bahan Tidak Aktif (IID) FDA, yang sebelumnya telah digunakan dalam semprotan hidung yang telah disetujui, atau dari daftar Umumnya Diakui Aman (GRAS) FDA,” jelas penulis senior Nitin Joshi, PhD, Asisten Profesor Anestesiologi di Rumah Sakit Brigham and Women's. “Kami mengembangkan formulasi bebas obat menggunakan senyawa ini untuk memblokir kuman dengan tiga cara — PCANS membentuk matriks seperti gel yang menjebak droplet pernapasan, melumpuhkan kuman, dan menetralkannya secara efektif, sehingga mencegah infeksi.”
Dalam uji laboratorium, PCANS menunjukkan hasil yang mengesankan. Saat disemprotkan ke replika hidung manusia yang dicetak 3D, cairan tersebut menangkap dua kali lebih banyak tetesan daripada lendir saja. Yang lebih hebat lagi, cairan tersebut memblokir dan menetralkan hampir 100% dari semua virus dan bakteri yang diuji, termasuk Influenza, SARS-CoV-2, RSV, adenovirus, dan K. pneumoniae.
Efektivitas PCANS juga ditunjukkan dalam penelitian pada hewan. Pada tikus, satu dosis semprotan hidung efektif memblokir infeksi dari virus influenza pada 25 kali dosis yang mematikan. Kadar virus di paru-paru berkurang lebih dari 99,99%, dan penanda peradangan di paru-paru hewan yang diobati tetap normal.
“Kemampuan formulasi untuk menonaktifkan spektrum patogen yang luas, termasuk virus influenza PR8 yang mematikan, menunjukkan efektivitasnya yang tinggi,” tambah penulis senior Yohannes Tesfaigzi, PhD, Profesor Kedokteran AstraZeneca di Bidang Penyakit Pernapasan dan Peradangan di Rumah Sakit Brigham and Women. “Dalam studi model tikus yang ketat, pengobatan profilaksis dengan PCANS menunjukkan kemanjuran yang luar biasa, dengan tikus yang diobati menunjukkan perlindungan lengkap, sedangkan kelompok yang tidak diobati tidak menunjukkan manfaat tersebut.”
Salah satu aspek PCANS yang paling menjanjikan adalah potensinya untuk perlindungan jangka panjang. Dalam pengujian pada tikus, semprotan hidung menunjukkan waktu tinggal setidaknya delapan jam di rongga hidung. Kehadiran yang lama ini berpotensi meminimalkan kebutuhan untuk aplikasi ulang yang sering, menjadikannya pilihan yang nyaman untuk penggunaan sehari-hari.
Meskipun hasil ini tidak diragukan lagi menggembirakan, penting untuk dicatat bahwa PCANS belum diuji pada manusia. Langkah selanjutnya kemungkinan melibatkan penelitian hewan yang lebih besar dan, akhirnya, uji klinis pada manusia untuk memastikan keamanan dan kemanjurannya pada manusia.
Jika terbukti efektif pada manusia, PCANS dapat memiliki implikasi yang luas bagi kesehatan masyarakat. PCANS dapat berfungsi sebagai garis pertahanan pertama terhadap patogen pernapasan, terutama dalam situasi di mana vaksin tidak tersedia atau bagi individu yang tidak dapat divaksinasi. Semprotan tersebut dapat bermanfaat terutama bagi populasi berisiko tinggi, seperti petugas kesehatan, lansia, atau mereka yang memiliki sistem kekebalan tubuh yang terganggu.
Selain itu, kesederhanaan formulasi PCANS dan penggunaan bahan-bahan yang mudah didapat membuatnya menjadi kandidat yang menjanjikan untuk peningkatan skala cepat dan distribusi global. Ini bisa menjadi krusial dalam menanggapi ancaman pandemi di masa mendatang dengan cepat.
Para peneliti juga meneliti apakah PCANS dapat memblokir alergen, yang berpotensi membuka jalan baru untuk meredakan alergi. Fleksibilitas ini menggarisbawahi potensi dampak luas dari semprotan hidung inovatif ini.
Meskipun masih banyak pekerjaan yang harus dilakukan sebelum PCANS mencapai lemari obat kita, pengembangannya merupakan langkah maju yang signifikan dalam perjuangan kita melawan penyakit pernapasan — dan dunia tempat kita semua bisa bernapas sedikit lebih lega.
Ringkasan Makalah
Metodologi
Para peneliti menggunakan pendekatan komprehensif untuk mengembangkan dan menguji PCANS. Mereka mulai dengan menyaring berbagai biopolimer, surfaktan, dan alkohol untuk mengetahui kemampuannya membentuk penghalang fisik, menetralkan patogen, dan menangkap droplet pernapasan. Mereka menggunakan teknik seperti pengukuran reologi, uji transmembran, dan uji plak untuk mengevaluasi sifat-sifat ini.
Tim tersebut kemudian mengoptimalkan formulasi melalui pengujian berulang, dengan fokus pada faktor-faktor seperti kemampuan semprot, daya lekat mukosa, dan retensi hidung. Mereka menggunakan model in vitro dan in vivo untuk menilai kemanjuran PCANS, termasuk pengujian pada kultur sel, model 3D rongga hidung manusia, dan studi pada tikus.
Hasil Utama
Studi ini menghasilkan beberapa hasil yang signifikan. Secara in vitro, PCANS menunjukkan pengurangan lebih dari 99,99% dalam pengangkutan dan netralisasi berbagai patogen, termasuk virus influenza A, SARS-CoV-2, dan E. coli. Semprotan tersebut menunjukkan waktu tinggal setidaknya 8 jam di rongga hidung tikus. Dalam model influenza tikus, satu dosis pra-paparan PCANS menghasilkan tingkat kelangsungan hidup 100%, dibandingkan dengan 0% pada kelompok kontrol, dan menghasilkan kadar virus yang tidak terdeteksi di paru-paru. Formulasi tersebut juga menunjukkan stabilitas yang sangat baik selama 60 hari dalam kondisi penyimpanan yang dipercepat.
Keterbatasan Studi
Keterbatasan utama dari penelitian ini adalah kurangnya uji coba pada manusia. Meskipun hasil di laboratorium dan model hewan cukup menjanjikan, efektivitas dan keamanan PCANS pada manusia masih perlu dibuktikan. Selain itu, penelitian ini terutama berfokus pada influenza dan SARS-CoV-2, dan meskipun patogen lain diuji secara in vitro, pengujian yang lebih ekstensif terhadap berbagai patogen pernapasan akan bermanfaat. Efek jangka panjang dari penggunaan PCANS secara teratur pada kesehatan hidung dan sistem pernapasan juga perlu diselidiki.
Diskusi & Kesimpulan
Para peneliti menekankan bahwa PCANS merupakan pendekatan multimoda yang baru untuk pencegahan infeksi pernapasan. Mereka menyoroti potensinya sebagai pelengkap vaksin, terutama untuk patogen yang baru muncul atau dalam situasi di mana vaksin tidak tersedia saat ini. Studi ini menunjukkan bahwa PCANS dapat bermanfaat khususnya bagi populasi berisiko tinggi atau dalam situasi dengan risiko paparan yang meningkat.
Para peneliti juga mencatat potensi peningkatan skala dan distribusi global yang cepat karena kesederhanaan formulasi dan penggunaan bahan-bahan yang tersedia secara luas. Namun, mereka menekankan perlunya penelitian lebih lanjut, terutama pada model hewan yang lebih besar dan uji coba pada manusia, untuk sepenuhnya memvalidasi keamanan dan kemanjuran PCANS.
Pendanaan & Pengungkapan
Penelitian ini didukung oleh pendanaan dari Gillian Reny Stepping Strong Center for Trauma Innovation di Brigham and Women's Hospital, dan Department of Anesthesiology, Perioperative, and Pain Medicine di Brigham and Women's Hospital. Beberapa penulis, termasuk John Joseph, Helna Mary Baby, Yohannes Tesfaigzi, Jeffrey Karp, dan Nitin Joshi, memiliki paten tertunda berdasarkan formulasi PCANS. Brigham and Women's Hospital telah melisensikan teknologi tersebut kepada Akita Biosciences, yang telah mengomersialkan PCANS sebagai Profi Nasal Spray.
Joshi dan Karp adalah konsultan berbayar, anggota dewan penasihat ilmiah, dan pemegang saham di Akita Biosciences. Perusahaan, BWH, Joshi, dan Karp dapat memperoleh keuntungan finansial jika kekayaan intelektual tersebut divalidasi lebih lanjut. Karp juga pernah menjadi konsultan berbayar atau pemegang saham untuk beberapa perusahaan bioteknologi lainnya.