Insinyur yang bekerja pada sel buatan untuk penghantaran obat mengadaptasi strategi biologis yang memakai pulsa kalsium untuk aksi mekanis cepat. Dalam beberapa organisme bersel tunggal, tanda kalsium memicu kontraksi sangat cepat, sedangkan ATP kemudian dipakai untuk memompa kalsium kembali dan mengatur ulang sistem. Tim penelitian yang dipimpin Georgia Tech memindahkan ide ini ke jaringan protein buatan tanpa motor ATP.
Para peneliti mengekstrak dan memurnikan protein pengikat kalsium Tcb2 dari sumber biologis. Dalam kondisi laboratorium, Tcb2 membentuk jaringan serat yang berkontraksi saat kalsium dilepaskan. Mereka mengendalikan pelepasan kalsium dengan chelator sensitif cahaya — sebuah molekul yang menyimpan kalsium sampai bagian tertentu diterangi — lalu memproyeksikan pola cahaya seperti bintang dan lingkaran sehingga jaringan merakit dan berkontraksi menurut pola tersebut. Dengan illuminasi terpulsa, jaringan dapat menjalani siklus kontraksi berulang sekitar 150 kali, dengan kecepatan kontraksi sekitar 0,4 mikrometer per detik, dan mampu menggerakkan partikel mikroskopis.
Untuk memahami dan mengoptimalkan kontrol, tim membuat model komputer dan memakai simulasi serta pembelajaran penguatan untuk menghasilkan pola cahaya yang mendorong atau menarik jaringan sesuai tujuan mereka. Kerja ini berasal dari laboratorium Saad Bhamla; Bhamla menjelaskan bahwa desain silia ini menggunakan ATP untuk mengisi ulang cadangan kalsium lalu melepaskan kalsium sesuai permintaan, analoginya seperti "Prius" dibanding mesin bensin murni. Studi ini sebagian dibiayai oleh National Science Foundation. Sumber: Georgia Tech.
- Xiangting Lei ikut memimpin studi dan menjelaskan mekanisme cahaya-kalsium.
- Carlos Floyd membantu pengembangan model dan pembelajaran penguatan.
Kata-kata sulit
- pulsa kalsium — sinyal cepat berupa kenaikan ion kalsium sel
- chelator — molekul yang menahan ion kalsium sampai dilepas
- pembelajaran penguatan — metode komputer untuk belajar lewat umpan balik
- memurnikan — menghilangkan kotoran sehingga bahan menjadi murni
- illuminasi terpulsa — pencahayaan singkat berulang yang dikontrol waktunya
- jaringan protein — susunan serat protein yang membentuk struktur
Tips: arahkan kursor, fokus, atau ketuk kata yang disorot di dalam teks untuk melihat definisi singkat sambil membaca atau mendengarkan.
Pertanyaan diskusi
- Apa keuntungan menggunakan jaringan protein buatan yang bekerja tanpa motor ATP dibanding sistem yang memakai ATP? Berikan alasan sederhana.
- Bagaimana kontrol cahaya dan chelator sensitif cahaya bisa membantu aplikasi penghantaran obat di tubuh manusia? Sebutkan kemungkinan manfaat atau kendala.
- Pembelajaran penguatan digunakan untuk menghasilkan pola cahaya. Menurut Anda, apa tantangan utama ketika menerapkan metode komputer seperti itu pada eksperimen laboratorium?
Artikel terkait
Starter Sourdough Bantu Peneliti Pahami Koeksistensi Mikroba
Peneliti dari Tufts University memakai starter sourdough untuk mempelajari bagaimana mikroba hidup bersama. Mereka membuat model dari pengukuran pertumbuhan dan memperbaikinya dengan memasukkan siklus pemberian makan starter.
Headphone Pintar Memisahkan Suara Mitra di Tempat Bising
Sebuah tim mengembangkan headphone pintar yang memakai kecerdasan buatan untuk mengikuti ritme percakapan dan mengisolasi suara mitra sehingga lebih mudah didengar di tempat bising. Prototipe dipresentasikan di Suzhou dan kode sumbernya tersedia untuk diunduh.
