BIOLOGI

Deteksi Awal Kanker Paru-Paru

Para peneliti dari Universitas Northwestern dan Universitas North Shore mengembangkan metode untuk mendeteksi gejala-gejala awal kanker paru-paru dengan memeriksa sel-sel pipi manusia dengan menggunakan teknologi biofotonik.



"Dengan memeriksa lapisan pipi dengan teknologi optik ini, kita memiliki kemungkinan untuk mendeteksi awal para pasien yang memiliki resiko tinggi terkena kanker paru-paru seperti para perokok, dan mengidentifikasi orang-orang yang memerlukan uji yang lebih mahal dan mendalam dibandingkan dengan mereka yang tidak memerlukan uji tambahan," kata Hemant K. Roy, M.D. yang merupakan direktur penelitian gastroenterologi di NorthShore.

Teknik optik itu disebut spektroskopi gelombang parsial (SGP) mikroskopi dan dikembangan oleh Vadim Backman yang merupakan seorang profesor teknik biomedis di Sekolah Teknik dan Sains Terapan McCormick Northwestern. Sebelumnya Backman dan Roy menggunakan SGP untuk menilai resiko kanker usus besar dan kanker pankreas dengan hasil yang menjanjikan juga.

Penemuan mengenai kanker paru-paru tersebut dipublikasikan lewat internet pada tanggal 5 Oktober kemarin di jurnal Penelitian Kanker. Makalahnya akan dicetak pada edisi 15 Oktober.

Kanker paru-paru merupakan penyebab utama kematian karena kanker di Amerika Serikat. Tingkat kelangsungan hidup menjadi tinggi dengan bedah reseksi (pengangkatan tumor), tapi hanya jika terdeteksi pada tahap awal. Saat ini tak ada tes-tes yang disarankan bagi masyarakat untuk mendeteksi kanker paru-paru dini. Penyakit ini sudah pada tahap yang lebih tinggi ketika kebanyakan pasien kanker paru-paru menunjukkan gejala-gejala. Tingkat kelangsungan hidup lima tahun untuk pasien kanker paru hanya 15 persen.

SGP bisa mendeteksi fitur sel yang berukuran hingga 20 nanometer yang mengungkap perbedaan dalam sel-sel yang tampak normal dengan menggunakan teknik mikroskopi standar. Uji berbasis SGP memanfaatkan "efek medan" yang merupakan fenomena biologis di mana sel-sel yang terletak pada jarak tertentu dari tumor ganas atau pra-ganas mengalami perubahan molekular dan lainnya.

"Terlepas dari fakta bahwa sel-sel ini terlihat normal dengan mikroskop standar yang menggambarkan arsitektur sel pada skala mikro, sebenarnya ada perubahan besar dalam arsitektur berskala nano sel tersebut," ujar Backman. "SGP mengukur kekuatan gangguan organisasi skala nano sel tersebut yang telah kita tetapkan menjadi salah satu dari tanda-tanda awal karsinogenesis dan merupakan penanda kuat bagi keberadaan kanker dalam organ tubuh."

"SGP merupakan suatu perubahan paradigma yang dalam hal ini kita tidak perlu memeriksa tumor itu untuk menentukan keberadaan kanker," tambah Hariharan Subramanian yang merupakan rekan peneliti di laboratorium Backman yang memiliki peran penting dalam pengembangan teknologi tersebut.

Setelah menguji teknologi itu dalam percobaan skala kecil, Roy dan Backman memfokuskan studi tersebut pada para perokok karena merokok merupakan faktor resiko utama yang berhubungan dengan 90 persen para pasien kanker paru-paru. "Gagasan dasarnya ialah bahwa merokok tak hanya berdampak pada paru-paru tapi saluran nafas keseluruhan," kata Roy.

Penelitian tersebut mengikutsertakan 135 partisipan termasuk kelompok 63 perokok yang menderita kanker paru-paru dan 37 perokok yang menderita penyakit paru obstruktif kronis (PPOK), 13 perokok yang tidak terkena PPOK serta kelompok 22 orang yang bukan perokok. Penelitian ini tidak dibaurkan dengan faktor-faktor demografi seperti tingkat merokok, umur atau jenis kelamin. Yang penting tes tersebut rata-rata sensitif terhadap kanker pada semua tahap termasuk kanker awal yang bisa disembuhkan.

Para peneliti menyeka bagian dalam mulut para pasien dan kemudian sel-sel pipi ditempatkan ke dalam kaca mikroskop, diperbaiki dengan etanol lalu dipindai dengan SGP untuk mengukur kekuatan gangguan arsitektur nano sel. Hasilnya nyata meningkat (lebih dari 50 persen) pada pasien yang menderita kanker paru-paru ketimbang para perokok yang tidak menderita kanker.

Penilaian lebih jauh karakteristik-karakteristik performa "kekuatan gangguan" tersebut (sebaga penanda biologis) menunjukkan lebih dari 80 persen ketepatan dalam membedakan pasien-pasien kanker dalam ketiga kelompok tersebut.

"Hasil tersebut mirip dengan teknik skrining kanker yang sukses lainnya, seperti pap smear," ujar Backman. "Tujuan kita ialah untuk mengembangkan suatu teknik yang bisa meningkatkan pendeteksian kanker-kanker lainnya dalam rangka menyediakan perawatan dini sama seperti pap smear yang secara drastis meningkatkan rasio kelangsungan hidup bagi para penderita kanker servik."

SGP memerlukan pengujian validasi berskala besar. Jika SGP tetap terbukti efektif dalam uji klinis pendeteksian dini kanker, Backman dan Roy yakin bahwa SGP berpotensi untuk digunakan sebagai metode pra-skrining yang mengidentifikasi pasien-pasien dengan resiko tinggi yang mungkin membutuhkan uji yang lebih komprehensif seperti bronkoskopi atau CT scan kecil.

Jaringan Otak Mirip Internet atau Piramida?

Otak telah dipetakan hingga bagian yang terkecil, tapi masih saja tak seorang pun mengetahui bagaimana semua bagian berkomunikasi satu dengan lainnya.



Sebuah penelitian di Proceedings of the National Academy of Sciences mengambil langkah besar dalam mengungkap jaringan otak dengan meneliti bagian kecil otak tikus seperti yang dilansir oleh ScienceDaily.

Jaringan koneksi otak sebelumnya dikira terlalu rumit untuk digambarkan, tapi biologi molekular dan metode komputasi telah berkembang ke titik di mana National Institutes of Health mengumumkan sebuah rencana bernilai 30 juta dolar untuk memetakan "connectome" manusia.

Studi tersebut menunjukkan kekuatan metode baru untuk melacak sirkuit otak.

Ahli neurologi USC College Richard H. Thompson dan Larry W. Swanson menggunakan metode tersebut untuk melacak sirkuit yang berhubungan dengan kenikmatan makanan.

Sirkuit itu muncul sebagai pola-pola lingkaran putaran yang mengindikasikan bahwa setidaknya di bagian otak tikus ini, diagram jaringan nampak seperti jaringan terdistribusi.

Para ahli neurologi terbagi antara mereka dengan pandangan tradisional bahwa otak terorganisasi secara hirarki yang kebanyakan bagiannya mensuplai pusat-pusat yang lebih tinggi dari kesadaran, dan mereka yang dengan pandangan lebih baru yaitu bahwa otak merupakan jaringan datar yang mirip internet.

"Kami mulai di satu tempat dan melihat koneksinya. Hal itu membawa kepada suatu rangkaian yang sangat rumit dari putaran dan sirkuit. Itu bukan diagram yang bersifat organisasi. Tak ada atas dan bawah," kata Swanson yang merupakan anggota National Academy of Sciences dan Profesor di Milo Don and Lucille Appleman bagian Sains Biologi di USC College.

Penelitian pelacakan sirkuit otak lainnya saat ini hanya memfokuskan pada sinyal, satu arah, satu lokasi.

"Kita dapat melihat hingga empat hubungan dalam satu sirkuit pada hewan yang sama pada waktu yang sama. Itu merupakan inovasi teknologi kami," kata Swanson.

Model Internet akan menjelaskan kemampuan otak untuk mengatasi lebih banyak kerusakan lokal, kata Swanson.

"Anda dapat melumpuhkan hampir setiap bagian Internet dan bagian lainnya tetap bekerja."

"Biasanya ada jalur alternatif di sepanjang sistem saraf. Sangat sulit untuk mengatakan bahwa setiap bagian secara total sangat penting," kata Swanson.

Bantahan pertama Swanson tentang model distribusi dari otak muncul dalam bukunya Brain Architecture: Understanding the Basic Plan (Oxford University Press, 2003).

Penelitian PNAS nampaknya mendukung pandangannya.

"Ada model alternatif. Itu belum dibuktikan, tapi mari kita pikirkan kembali cara tradisional tentang bagaimana otak bekerja," katanya.

"Bagian korteks otak yang anda pikir sangat penting bukanlah satu-satunya bagian saraf yang menentukan tingkah laku kita."

Misteri Hibernasi

Pada musim dingin, para beruang memperlambat metabolisme lebih dari yang dapat diprediksi oleh suhu tubuh mereka.



Jangan menilai seekor beruang dari suhu badannya, demikian seperti yang diindikasikan oleh data pertama mengenai fisiologi hibernasi.

Ada sesuatu yang terjadi pada hibernasi beruang hitam yang memperlambat rasio metabolisme lebih dari yang bisa dijelaskan oleh suhu tubuh yang rendah, menurut laporan ahli fisiologi ekologi Øivind Tøien dari Universitas Alaska Fairbanks.

Pada musim dingin Alaska, para beruang hitam yang secara dekat dipantau, menurunkan suhu tubuh mereka rata-rata hanya 5,5 derajat Celsius, seperti yang dilaporkan oleh Tøien dan rekan-rekannya dalam edisi 18 Februari jurnal Science. Kalkulasi standar fisiologi memprediksikan bahwa dingin yang seperti itu akan memperlambat metabolisme sekitar 65 persen rasio istirahat nonhibernasi. Akan tetapi metabolisme para beruang tersebut melambat bahkan ke zona penghematan energi yang rata-rata hanya 25 persen dari rasio dasar musim panas.

Hal seperti itu sejauh ini belum ditemukan dalam penelitian pada mamalia lainnya yang melakukan hibernasi, tutur rekan peneliti Brian M. Barnes yang juga dari Universitas Alaska Fairbanks.

Hibernasi mamalia penting bagi penelitian medis manusia, kata ahli fisiologi ekologi Hank Harlow dari Universitas Wyoming di Laramie. Dengan mendasarkan pada mekanisme yang ingin sekali dimengerti oleh para ilmuwan, beruang hitam meluangkan waktu lima hingga tujuh bulan tanpa makan, minum atau buang air kecil. Akan tetapi tak seperti orang-orang yang hanya meluangkan waktu di tempat tidur atau luar angkasa, mamalia-mamalia yang melakukan hibernasi tersebut tidak kehilangan kekuatan otot atau massa tulang mereka. "Beruang memang mengagumkan," kata Harlow.

Studi ini merupakan yang pertama secara terus-menerus memonitor rasio metabolisme dan suhu tubuh selama hibernasi beruang pada kondisi-kondisi rendah gangguan, tutur Tøien. Studi lainnya berdasarkan pengambilan sampel yang tidak terus menerus dengan peralatan yang lebih lama, bukti tak langsung, atau mempelajari para beruang dengan banyak sekali orang yang berada di dekat, menghasilkan "ketidakpastian," ungkapnya.

Dia dan para koleganya mendapatkan data yang sedemikian besarnya dengan cara menjadi sukarelawan untuk mempelajari beruang hitam yang mencari makanan dekat pemukiman warga dan akan segera dibunuh karena dianggap sebagai ancaman. "Kami membaca tentang mereka di Anchorage Daily News sebelum kami mendapatkan mereka," kata Tøien.

Untuk penelitian hibernasi mereka, para peneliti memonitor lima beruang, menempatkan mereka di kotak-kotak kayu jauh di dalam hutan. Kotak-kotak kayu tersebut sengaja dibuat tidak terlalu kuat agar supaya para beruang dapat menghancurkannya kapan pun mereka ingin keluar. Akan tetapi ketika para beruang berada di dalamnya, para peneliti memeriksa konsentrasi oksigen untuk melacak rasio metabolisme. Instrumen-instrumen juga mengukur pergerakan otot dan fungsi jantung.

Salah satu beruang tidak banyak menurunkan suhu tubuhnya selama awal hibernasi hingga dia melahirkan seekor anak beruang. Anak beruang tersebut tidak dapat bertahan hidup, dan setelah itu suhu tubuh beruang betina tersebut berperilaku lebih seperti tubuh beruang lainnya.

Laporan-laporan tentang penurunan rasio metabolisme yang cukup baik selama hibernasi menggembirakan Eric Hellgren dari Universitas Illinois Bagian Utara, yang mengakui "suatu sudut pandang berat sebelah sebagai seorang ahli biologi beruang." Dia mengatakan studi yang dilakukan di Alaska tersebut mungkin akan mengakhiri diskusi panjang para ahli fisiologi yang menganggap hibernasi beruang sebagai "suatu bentuk berbeda dan 'lebih kurang'" dibandingkan dengan perubahan metabolisme besar yang terlihat pada hewan-hewan kecil seperti tupai tanah.

Pemantauan lebih rinci juga mengungkap kebiasaan-kebiasaan khusus beruang lainnya, seperti siklus-siklus beberapa hari atau semingu selama pertengahan hibernasi ketika para beruang untuk sementara menaikkan suhu tubuh mereka. Tøien tidak menilai kenaikan kecil ini setara dengan penghangatan penuh secara berkala yang biasa dilakukan oleh hampir semua hewan lebih kecil yang melakukan hibernasi, yang menaikkan suhu tubuh mereka ke jarak normal selama beberapa minggu, buang air kecil dan kemudian menurunkan lagi suhu tubuh mereka. Para peneliti yang tidak hati-hati melakukan pengukuran metabolisme selama siklus beruang akan mendapatkan angka inflasi pada garis hibernasi, catatnya.

Pengukuran rasio jantung pada tiga beruang Alaska menunjukkan penurunan dari rata-rata 55 detak per menit sebelum hibernasi menjadi 14 detak tak menentu per menit pada musim dinin. Harlow mengatakan bahwa dia juga telah mendengar jantung beruang yang berhibernasi berdetak selama beberapa waktu dan kemudian berdetak secara tak menentu. Mungkin untuk menghemat energi, spekulasinya.

Tim Alaska juga menemukan bahwa ketika para beruang bergerak lagi di musim semi, metabolisme mereka memakan waktu beberapa minggu untuk merangkak kembali normal. Data pemantauan menunjukkan bahwa beruang dengan setengah kecepatan rasio metabolisme masih menunjukkan perilaku normal beruang.

Observasi tersebut cocok dengan studi yang dilakukan pada beruang grizzly yang meluangkan beberapa minggu pertama setelah hibernasi dengan rasio jantung setengah dari kecepatan pada waktu musim panas, kata Lynne Nelson dari Universitas Negara Bagian Washington di Pullman. "Kemampuan adaptasi sistem fisiologi beruang-beruang ini tak pernah berhenti mengejutkanku."