Menghancurkan tumor dengan emas

Bagian tumor yang diamati dengan mikroskop optik. Dua bentuk putih dengan batas coklat adalah pembuluh darah. Di dalamnya, nanopartikel emas menumpuk di dinding mereka. Mariana Varna-Pannerec (ESPCI), , Author provided

Emas adalah barang yang berharga, yang dapat digunakan untuk membuat perhiasan, tapi dapat juga untuk memerangi kanker. Beberapa uji klinis yang dilakukan di Amerika Serikat telah merawat pasiennya menggunakan nanopartikel emas.

Pada dasarnya emas adalah logam berwarna kuning, tidak bereaksi secara kimiawi, non-korosi, yang menjadikannya sebagai material mulia yang nilainya tidak pernah menurun. Emas sangat mudah dibentuk, sehingga menjadi material favorit untuk dijadikan perhiasan.

Dalam skala nano-metrik – yakni, sepersejuta meter – emas memiliki sifat luar biasa lainnya. Pada skala ini, partikel emas dapat memiliki berbagai macam warna tergantung bentuk dan ukurannya. Emas telah digunakan sejak zaman kuno untuk memberi warna pada kaca dan gerabah. Misalnya, rona rubi yang sangat kuat. Ketika cahaya menerangi nano-partikel emas, elektron konduksi logam tertarik oleh gelombang cahaya dan mulai berosilasi. Osilasi ini sangat kuat untuk warna tertentu dalam spektrum cahaya. Inilah yang disebut resonansi.

Cangkir Romawi Lycurgue, dari abad ke-4. Ketika diterangi dari dalam, warna rubi yang indah muncul, berasal dari nanopartikel emas dan perak yang terkandung dalam kaca. Trustees of the British Museum
Ini adalah cangkir ya sama, tanpa diberi pencahayaan. Trustees of the British Museum., CC BY-NC-SA

Dengan mengubah bentuk atau ukuran dari nanopartikel, maka memungkinkan kita dapat memilih frekuensi resonansi yang memiliki interaksi terkuat dengan cahaya. Nanopartikel tersebut kemudian menunjukkan reaksi seperti antena kecil yang sangat efektif, dan meski sangat kecil dan tipis mereka dapat memberikan warna-warna cerah pada kaca patri.

Salah satu reaksi dari interaksi yang kuat dengan cahaya adalah memanasnya nanopartikel. Benda luar biasa ini adalah alasan di balik penggunaannya untuk terapi kanker jenis baru. Gagasan ini dapat menghancurkan tumor dengan photothermia - dengan kata lain, memanaskan tumor dengan nanopartikel emas yang dipaparkan pada cahaya.

Pasien yang dirawat dengan cara ini pertama-tama disuntik dengan nanopartikel emas ke dalam aliran darah mereka melalui infus. Karena emas merupakan unsur yang kompatibel secara biologis, emas tidak berbahaya bagi kesehatan ketika masih dalam konsentrasi yang digunakan dalam terapi, sebagaimana dibuktikan oleh penelitian kami pada tikus. Namun, tidak semua pertanyaan telah diselesaikan mengenai penerapan baru ini. Nanopartikel emas tidak terdeteksi oleh sistem pertahanan kekebalan tubuh tikus. Skala nanometrik mereka artinya seratus kali lebih kecil sari sel, memungkinkan mereka untuk bergerak bebas melalui sistem darah dan memasuki tumor.

Mereka harus terkonsentrasi di dalam tumor, banyak di antaranya sangat tervaskularisasi - mereka secara alami mendapatkan jaringan pembuluh darah yang memungkinkan mereka untuk tumbuh. Dengan menggunakan jalur ini, nanopartikel dengan mudah menempel di dalam tumor. Struktur pembuluh darah yang berubah di dalam tumor membuat tumos lebih mudah menyerap, sehingga memfasilitasi penyimpanan nanopartikel yang banyak.

Tumor yang telah terlapisi oleh nanopartikel emas kemudian dipaparkan dengan cahaya, tujuannya agar tumor tersebut menjadi panas dan hancur. Pada tahapan ini, tantangannya dua kali lipat. Ketika cahaya harus masuk ke dalam tubuh dan sampai pada tumor, jaringan yang sehat tidak boleh ikut terpanaskan. Oleh karena itu, pilihan frekuensi adalah sangat penting. Nanopartikel harus terpanaskan pada frekuensi resonasi yang sesuai, tapi memastikan bahwa jaringan tanpa nanopartikel tidak menyerap cahaya juga penting.

Meskipun tubuh kita menyerap cahaya yang merupakan bagian dari spektrum cahaya (yaitu, semua warna pelangi), ini tidak terjadi pada inframerah. Kita bisa melihat ini hanya dengan meletakkan tangan di atas cahaya putih yang kuat. Hanya warna merah, pada tepi inframerah, yang bisa bergerak melalui tangan kita.

Kisaran spektrum dalam cahaya inframerah juga sering disebut “therapeutic window” - kisaran yang dapat digunakan dalam perawatan medis. Pada spektrum yang dapat terlihat, cahaya akan diserap oleh hemoglobin, sementara cahaya yang lebih mendekati kisaran inframerah lebih mudah terserap oleh air yang ada di dalam tubuh kita.

Nanopartikel emas disuntikkan ke tikus yang memiliki tumor. Lima jam kemudian, bagian-bagian tumor diperiksa melalui mikroskop optik (yang di tengah). Kita bisa melihat nanopartikel emas Mariana Varna-Pannerec (ESPCI), Author provided

Nanopartikel dengan bentuk yang spesifik

Dengan mengubah-ubah bentuk nanopartikel, kita mungkin dapat menyesuaikan resonansi mereka sehingga berada di kisaran infrared therapeutic window. Sebagai contoh, ini dilakukan pada nanopartikel dengan inti silika dan cangkang emas, untuk nanorod emas, atau untuk nano-cages yang berbentuk seperti batu berpori. Studi pra-klinis (pada hewan) telah memungkinkan kami untuk menguji keamanan dan keefektifan dari berbagai bentuk nanopartikel.

Dalam spektrum terapeutik, cahaya akan menembus tubuh kita, tapi tubuh kita tidak sepenuhnya transparan. Cahaya yang mencuat dari sisi lain masih sangat menyebar di dalam jaringan tubuh. Misalnya, seseorang tidak dapat melihat tulang dengan cara ini, seperti yang Anda lakukan dengan X-ray. Ini juga sulit untuk memfokuskan sinar cahaya dari luar tubuh kepada tumor, sebab cahaya harus bergerak melalui jaringan yang sehat untuk mencapainya.

Oleh karena itu biasanya (dalam penelitian binatang) untuk memanaskan tumor maka cahaya dipaparkan lebih dekat dengan tumor, dengan memasukkan jarum melalui kulit, melekatkannya kepada laser inframerah. Sehingga, cahaya menjadi lebih kuat di area yang ditarget.

Penelitian yang dilakukan pada kanker di kepala dan pundak

Di bawah paparan cahaya, nanopartikel emas memanas dan “mematangkan” tumor, sehingga menghancurkan sel-sel kanker di dekatnya. Penelitian yang mendalam menggunakan hewan dengan kanker otak, prostat, dan pankreas sebagai modelnya. Uji klinis juga dilakukan di AS pada pasien yang di rawat karena kanker kepala dan leher yang resisten terhadap pengobatan, dan kanker paru-paru dan prostat menggunakan terapi AuroLase (Nanospectra Bioscience).

Kemungkinan lainnya, nanopartikel juga dapat digunakan bukan sebagai senjata untuk melawan tumor tetapi sebagai alat transportasi (disebut juga vektor) untuk mengantarkan molekul – misalnya, obat – ke tujuan mereka. Teknik ini membutuhkan lebih sedikit pemanasan. Pengunaan vektor seharusnya mengurangi racun dari perawatan dengan menargetkan sel-sel kanker dengan lebih baik.

Strategi kuda Trojan

Meningkatkan jumlah nanopartikel emas yang masuk kedalam tumor, di atas dan di luar efek dari akumulasi pasif sederhana, menjadi mungkin. Mereka akan bekerja lebih baik ketika ditutupi oleh molekul (anti-bodi) yang secara khusus menempel pada sel kanker, yang mereka kenali melalui protein yang ada di membran sel. Teknik alternatif lainnya mengadopsi strategi, “kuda Trojan”. Strategi menggunakan sejenis sel darah putih, yang disebut microphages, yang kemudian diisi dengan nanopartikel emas untuk menembus ke bagian tumor lebih dalam.

Photothermia nanopartikel emas adalah terapi baru dalam pengobatan kanker. Ini sudah digunakan secara eksperimental pada pasien dengan beberapa kanker yang spesifik, meskipun banyak penelitian masih diperlukan sebelum dapat diadopsi lebih luas. Pada masa depan, teknik ini harus menargetkan tumor secara lebih efektif dan eksklusif. Dengan berkembangnya penelitian, terapi ini harus tersedia, di samping perawatan yang ada seperti radioterapi dan kemoterapi, dalam waktu beberapa tahun.


Dibentuk pada 2007, Axa Research Fund mendukung lebih dari 500 proyek di seluruh dunia yang dipimpin oleh para peneliti dari 51 negara. Temuan karya Emmanuel Fort dan Axa ESPCI-nya dalam pencitraan biomedis sebagai bagian dari Axa Research Fund._

Diterjemahkan dari bahasa Perancis oleh Alice Heathwood untuk Fast for Word

This article was originally published in French