Melihat Molekul yang Tidak Nampak Sebelumnya (artikel Kimia)

Melihat Molekul yang Tidak Nampak Sebelumnya

Sebuah tim ahli kimia Harvard yang dipimpin oleh X. Sunney Xie telah mengembangkan  suatu teknik mikroskopis baru untuk melihat, dengan warna, beberapa molekul dengan fluorescence yang tidak dapat terdeteksi. Teknik suhu ruangan memperbolehkan para peneliti untuk mengidentifikasi molekul tak nampak sebelumnya pada organisme hidup dan menerima aplikasi yang luasdalam pencitraan biomedical dan penelitian.

Hasil para ilmuwan dipublikasikan pada tanggal 22 Oktober dalam permasalahan lingkungan hidup. Sebagian pendanaan bagi proyek ini disediakan oleh National Science Foundation (NSF).
Fluorescence merupakan suatu fenomena yang mana suatu electron di suatu molekul menyerap energi dari cahaya dan bergerak ke tingkat energi yang lebih tinggi atau keadaan teralan. Energi dari suatu cahaya   terdiri dalam suatu unit yang disebut photon.
Setelah beberapa saat pada keadaan teralan, electron kembali pada tingkat energi sebelumnya atau keadaan dasar dengan memancarkan suatu photon abru. Energi dari photon yang dilepaskan dibebaskan pada rentang gelombang dari cahaya terlihat yang terdeteksi berlangsung hanya beberapa milyar detik.
Kebanyakan molekul – molekul berwarna penting secara biologis seperti hemoglobin — suatu pengangkut protein oksigen di sel darah merah – mnyerap cahaya tetapi tidak berpendar. Malahan, beberapa electron pada molekul – molekul tersebut melepaskan tambahan mereka tetapi energi  transien dengan mengkonversikannya ke dalam panas.
“Karena molekul –molekul tersebut tidak berpendar, mereka telah terabaikan secara harfiah oleh mikroskop optikal modern,” Xie menjelaskan.
Untuk mendeteksi molekul – molekul tidak berpendar tersebut dalam system biologi, Xie dan timnya mengembangkan suatu tipe baru mikroskopi berdasar pada stimulasi emisi.
Stimulasi emisi pertama kali dijelaskan oleh Albert Einstein pada tahun 1917, dan merupakan dasar bagi laser sekarang ini. Singkatnya, ini merupakan suatu proses dimana elektro pada keadaan teralan, dipusingkan oleh suatu photon yang mempunyai energi pasti, menurun pada keadaan dasar yang menghasilkan suatu photon tambahan.
Teknik baru mikroskopis Xie menghasilkan dan merekam sinyal emisi yang terstimulasi dengan menggunakan dua perhitungan input dan output deretan getaran yang hati – hati sekali. Pada input deretan getaran, suatu modulator mengganti intensitas eksitasi sinaran hidup dan mati pada lima megahertz, atau MHz. Modulasi menciptakan suatu sinyal emisi terstimulasi pada frekwensi yang sama. Setiap deretan mempunyai durasi getaran yang tidak disangka – sangka pendek sekitar 200 femtosecond. Satu femtosecond sebanding dengan sepermilyar dari seperjuta detik atau 10-15 detik.
Sinyal ini dihasilkan oleh molekul – molekul yang tidak berpendar yang menyediakan suatu citra yang sangat sensitif dari molekul – molekul “yang nampak” sebelumnya.
Salah satu dari beberapa aplikasi yang mungkin dari temuan ilmuwan ini adalah memetakan dengan warna pengiriman obat – obatan tidak berpendar kepada sel – sel target mereka. Kemungkinan penggunaan lainnya adalah mencitrakan struktur – struktur terkecil seperti pembuluh – pembuluh darah termasuk sel – sel darah merah dan kapiler tunggal.
Struktur dan pembuuh – pembuluh darah hemoglobin yang dinamis memerankan peranan besar di kebanyakan proses biomedical. Dua contoh proses adalah transisi tumor dari yang tidak aktif ke keadaan menular dan pengiriman oksigen ke kepala.
Teknologi pencitraan yang terbentuk dewasa ini seperti MRI dan CT scans keduanya kekurangan  resolusi spasial yang dibutuhkan untuk memisahkan kapiler – kapiler tunggal atau membutuhkan agen eksternal yang mencolok.
Label fluorescen seperti protein fluorescen hijau atau GFP secara besar – besaran digunakan untuk mengamati aktifitas biomolekul dan membedakan molekul – molekul target di suatu sell. Teknik pelabelan GFP memberikan citra yang sangat tegas. Bagaimanapun, protein yang sangat besar dapat  mengantarkan jalan kecil biological yang bagus, khusunya ketika hal ini lebih besar dari pada biomolekul – biomolekul yang berpendar.
Tim Xie memetakan pengiriman molekul obat yang tidak berpendar dan mencitrakan pembuluh – pembuluh darah tanpa label fluorescen.
Teknik terbaru mereka juga mampu dalam mencitrakan protein – protein yang tidak berpendar di sel –sel dari kelima bakteri Escherichia coli.
“Sementara studi pertama kali menggunakan eksperimen pompa – pemeriksa yang sama untuk menyediakan citra molekul – molekul berpendar dengan resolusi spasial dibandingkan dengan mikroskopi fluorescence confocal dan resolusi tinggi temporal, studi ini, untuk pertama kalinya, menggunakan mikroskopi emisi terstimulasi pada citra molekul – molekul tidak berpendar,” kata Zeev Rosenzweig, seorang direktur program di Divisi Kimiawi NSF.
Meskipun berpotensi foto-rusak, dan kekompleksitifitasan serta biaya dari system ini tetap dibutuhkan untuk ditunjukkan pada teknik tersebut guna mendapatkan pengaplikasian lebih luas, “tidak ada keraguan bahwa studi ini memerlukan cara unik untuk mencitrakan cakupan luas molekul – molekul yang saat ini tidak terakses terhadap patokan mikroskop optikal sekarang ini,” tandas Rosenzweig.
“Ini merupakan permulaan,” tambah Xie. “Banyak aplikasi menarik dari cara baru pencitraan yang dilakukan akan muncul.”