Dalam teknologi seluler, pertanyaan "apa yang dikirim?" saja tidak cukup. Yang tak kalah penting adalah di mana dan kapan bahan yang dikirim itu mulai bekerja. Para peneliti mengusulkan untuk menyelesaikan tugas ini dengan cahaya: protein yang aktif secara biologis dikemas ke dalam kapsul mikroskopis, lalu pulsa laser memicu pelepasannya di dalam sel prekursor jaringan saraf. Karya ini diterbitkan 9 Oktober di Scientific Reports.
Kapsul-kapsul ini dapat dibayangkan sebagai paket mungil dengan kunci yang terbuka oleh cahaya. Diameternya sekitar 1,7 mikrometer. Di dalamnya dikemas dua protein: BDNF, faktor neurotrofik otak, dan NeuroD1, faktor transkripsi yang membantu sel menempuh jalur perubahan menjadi neuron. Sel-sel itu sendiri menelan kapsul polimer tersebut. Kemudian para peneliti mengarahkan laser ke area tertentu, dan isinya dilepaskan tepat di sana, bukan di seluruh sampel.
Dalam percobaan laboratorium, aktivasi lokal semacam ini memengaruhi diferensiasi: sel prekursor secara bertahap memperoleh sifat sel yang terspesialisasi. Kini proses ini dapat dipicu secara terarah, pada sel yang diinginkan dan pada saat yang tepat.
Para ilmuwan membandingkan dua mode penyinaran: eksitasi satu foton dan dua foton. Dengan parameter yang telah disesuaikan, sel-sel tetap hidup. Varian dua foton sangat praktis: efeknya hanya muncul pada fokus yang sangat kecil, yang volumenya kurang dari satu mikrometer, sehingga pengaruhnya dapat dilokalisasi dengan sangat presisi.
Ada pula keunggulan praktisnya: kapsul-kapsul ini dapat diamati. Menurut data artikel tersebut, sinyal fluoresensinya tetap dapat dibedakan di dalam sel selama dua minggu, sehingga pembawa yang dikirim dapat dilacak sepanjang waktu. Karya serupa dengan kapsul polimer yang dapat difototransformasi melangkah lebih jauh: para peneliti melacak sel-sel neural individual, dan kapsul-kapsul tetap stabil di dalamnya hingga lima minggu. Fototransformasi dalam karya itu juga bekerja baik pada penyinaran satu foton maupun dua foton.
Nilai utama pendekatan ini adalah keterkendaliannya. Jika sinyal dapat diberikan pada titik yang dipilih dan pada momen yang ditentukan, maka muncul alat untuk mempelajari perkembangan sel saraf: menjadi lebih jelas bagaimana sel tunggal merespons pengaruh tersebut dan bagaimana nasibnya berubah selanjutnya.
Idenya sendiri bukan hal baru. Pada tahun 2015, kelompok Norbert Reich dari Universitas California di Santa Barbara menunjukkan bahwa nanopartikel emas berongga dan laser inframerah dekat memungkinkan pengendalian pelepasan protein di dalam sel, baik secara tempat maupun waktu. Hasilnya terbit di jurnal Molecular Pharmaceutics. Contoh lain: BDNF yang dikemas dalam nanopartikel dilepaskan di bawah pengaruh laser inframerah pada panjang gelombang 808 nm dan mendukung pertumbuhan serta diferensiasi prekursor neuronal manusia dalam kultur. Selain itu, cahaya inframerah ternyata jauh lebih tidak toksik dibandingkan ultraviolet, yang diuji dalam karya yang sama.
Hari ini topik ini terasa sangat aktual: 5 Oktober 2026 tahun Hadiah Nobel bidang Fisiologi atau Kedokteran dianugerahkan kepada Karl Deisseroth, Peter Hegemann, dan Georg Nagel atas penemuan yang berkaitan dengan kanal ion yang dikendalikan cahaya dan optogenetika — metode pengendalian aktivitas sel saraf dengan bantuan cahaya. Research and innovation Asal-usul kisah ini bermula dari alga bersel satu Chlamydomonas reinhardtii: Hegemann, Nagel, dan rekan-rekannya meneliti protein peka cahayanya — kanalrhodopsin, yang bekerja sebagai kanal ion yang terbuka di bawah pengaruh cahaya. Pada tahun 2005, Deisseroth dan para penulis pendamping menunjukkan bahwa penyisipan kanalrhodopsin-2 ke dalam neuron memungkinkan pemicuan aktivitas listriknya dengan pulsa singkat cahaya biru.
Kedua pendekatan ini menggunakan cahaya untuk memengaruhi sel secara presisi: optogenetika mengendalikan aktivitas listriknya, sedangkan mikrokapsul yang diteliti mengendalikan pelepasan protein.
Penelitian ini membuka prospek pengendalian perkembangan sel saraf yang lebih presisi. Dalam percobaan pada kultur sel, para ilmuwan menunjukkan bahwa cahaya memungkinkan pelepasan protein secara lokal, dengan tetap menjaga kelangsungan hidup sel pada parameter yang telah disesuaikan. Tahap berikutnya adalah mempelajari pengiriman kapsul ke jaringan hidup, cara aktivasi cahaya di dalam organisme, dan keamanan jangka panjang metode ini. Penelitian-penelitian ini akan membantu menilai potensinya untuk terapi seluler di masa depan. Bahkan hari ini, platform ini memberi para ilmuwan alat yang berharga: kemampuan mengamati bagaimana sel tunggal merespons sinyal dan bagaimana perkembangan selanjutnya berubah.
