Di saat teknik diagnosa biomarker baru sudah menjanjikan, hasilnya masih mengecewakan para dokter dan peneliti.
Mikrograf elektron cage molekuler nanopartikel yang dapat digunakan dalam analisis untuk menangkap peptide kecil dalam sample serum (Sumber : Emanuel Petricoin, George Mason University)
Tahun ini jutaan pria akan dapat mengetahui level Prostate Specific Antigen (PSA), suatu usaha untuk mendeteksi dini kanker prostat. Wanita juga bisa memperoleh mammogram dan Pap Test, cara mendeteksi kanker payudara dan leher rahim
Berita baiknya adalah banyak pasien dapat memperoleh pemeriksaan rutin ini, yang menggambarkan pemotongan jalur diagnosis kanker. Tes ini dapat menyelamatkan hidup para pesien lebih dini. Namun, berita buruknya adalah pemeriksaan ini masih primitif sehingga memberikan hasil positif atau negatif palsu. Ribuan pasien akan menjalani biopsi atau penghilangan tumor benigna, sementara ribuan pasien kanker lain akan mengalami tahap malignansi cukup lama untuk bermetastasis. Sebagian besar jenis kanker sulit untuk dideteksi, kecuali kanker prostat, payudara dan kanker leher rahim.
Penemuan biomarker untuk kanker telah menjadi prioritas utama peneliti selama satu dekade terakhir ini. Revolusi bidang biologi molekuler menjanjikan era baru untuk usaha ini. Sayangnya, bahkan ketersediaan keseluruhan sekuen genom tidak mengakhiri sejarah penantian panjang bidang ini.
“Di era tahun 1998-an, banyak orang terjebak dalam genotypic hystoria. Kami mencoba memecahkan masalah dengan melakukan sekuensing DNA Craig Venter, tetapi ini tidak memberikan hasil yang cukup berarti,” kata Ralph McDade, strategic development officer Rules Based Medicine (RBM), laboratorium pengujian biomarker di Austin, Texas. Mc Dade menambahkan “Saat ini semua orang menyadari bahwa molekul efektor di darah dan protein dapat menjadi pertanda awal berbagai macam penyakit.” Akibatnya praktek uji diagnosis menggunakan pola-pola protein menjadi bidang baru yang menjadi perhatian utama, dan meski cara ini masih menghadapi banyak kendala, para ahli optimis bahwa biomarker kanker berada pada jalur yang benar yang akhirnya sangat bermanfaat
Titik-titik cahaya
RBM, tim yang sama dengan tim yang menemukan Luminex, memulai konsep yang sederhana yaitu automatisasi dan multiplexing Luminex Immunoassay untuk pelacakan biomarker. Teknologi Luminex menggunakan butiran pewarna berukuran mikron (microspheres) yang dilabel dengan antibodi untuk mendeteksi antigen spesifik dalam larutan. Dengan mengkombinasikan butiran yang berbeda dalam sekali uji, RBM dapat memonitor perubahan pada protein pada waktu yang lama.
Produk MAP antigen manusia sekarang dapat mengkuantifikasi level 89 antigen yang berbeda, dari adiponektin sampai pada faktor von Willebrand pada sampel serum. Tak lama lagi, McDade dan timnya akan dapat melakukan immunoassay kuantitatif hanya dengan menggunakan sampel serum atau plasma beberapa ratus mikroliter saja.
Baru-baru ini, RBM juga melakukan uji sebagai layanan studi biomedik dasar dan uji klinik obat. Dana bantuan $1,1 juta dari National Cancer Institute (NCI) membantu agar penelitian dapat diterapkan pada penggunaan diagnosis. Dengan dana bantuan ini, RBM akan mengembangkan sistem MAP manusia, dimulai dengan 50 biomarker kanker baru yang telah ditemukan oleh tim peneliti NCI.
Gelombang kedua dari proyek ini akan berkembang lebih luas lagi. “Kami memahami ada sekitar lebih dari 1050 biomarker yang siap dipublikasikan lagi. Ini merupakan proyek yang besar dimana akan diciptakan antigen dan antibodi untuk 1100 jenis protein berbeda, baik yang up regulasi maupun down regulasi pada berbagai jenis kanker,” tambah McDade.
RBM juga akan membantu menguji marker baru untuk kanker ovarium. “Kami akan melakukan uji klinik pada berbagai tempat yang kami yakin akan memiliki 85% sensitifitas dan spesifisitas untuk kanker ovarium stadium II,” kata McDade. Kanker stadium II melibatkan ovarium dan/atau organ yang berbatasan dengan panggul. Jika kanker terdeteksi pada bagian ini, daya hidup 5 tahun akan melebihi 75%, daya hidup akan turun secara signifikan seiring dengan bertambah parahnya penyakit.
Keberagaman
Untuk menemukan biomarker jenis baru ini, sebagian besar peneliti mengandalkan pada spektrometri massa. Banyak laboratorium telah menggunakan teknologi ini dan memulai pencarian biomarker kanker tambahan karena sekarang spektrometer lebih sensitif, kuat, dan tidak terlalu mahal. “Spektrometer massa adalah alat yang membantu penemuan, yang akan membantu melihat protein berkembang serta menyusut. Namun spektrometer massa tidak akan membuat hasil uji klinik cukup kuantitatif dan reprodusibel,” kata McDade.
Namun ada pihak yang tidak setuju. Randall Nelson, PhD, direktur molecular biosignatures analyst unit di Arizona State University di Tempe Arizona mengatakan bahwa sebenarnya ada beberapa praktisi kompeten yang mulai mempelajari nilai penggunaan spektrometri massa pada uji klinik. Nelson yang juga mendirikan Intrinsic Bioprobes di Tempe mengatakan bahwa dia baru saja mendiskusikan tipe pemeriksaan ini dengan perusahaan laboratorium terpercaya.
Disamping kecepatan adopsi uji biomarker baru ini, laboratorium klinik yang memiliki fasilitas spektrometer juga dapat mulai melakukan tes tipe baru ini. Hal ini sangat penting bagi Nelson yang bekerja pada proteomic populasi. Selain mencari pasien dengan mudah dan mengontrol perubahan level protein partikuler, mereka juga mencari perubahan protein individual modifikasi post-translasional, suatu uji yang memerlukan spektrometri massa.
Protein dan peptida bagi masyarakat
Penemuan bahwa protein biasa dapat menjadi biomarker yang bermanfaat dapat meruntuhkan asumsi pada protokol penyiapan sampel yang ada selama ini. Khususnya pada studi biomarker, peneliti sering memulai dengan menghilangkan protein yang berlimpah dan tidak menarik dengan kolom imunodeplesi.
“Alasannya adalah untuk menghilangkan serum atau plasma atau cairan tubuh yang lain sehingga dapat memisahkan protein yang berlimpah dan dapat diperoleh analit yang kelimpahannya sedikit,” kata Emanuel Petricoin, PhD, co-director dari center for applied proteomics di George Mason University di Manassas, Va.
Di samping potensi protein yang berlimpah untuk menjadi biomarker, Petricoin mengatakan bahwa molekul juga mengikat peptida yang ukurannya lebih kecil yang dieksresikan oleh sel yaitu hormon ukuran kecil dan signal imun untuk mengatur sampah seluler. Molekul ukuran kecil dapat berdifusi dengan mudah ke aliran darah sehingga dapat menyediakan informasi cross section tentang setiap proses yang terjadi dalam tubuh.
“Kami percaya bahwa arsip peptidomic mungkin memuat atau mewakili semua analit di dalam tubuh pada bentuk yang sama atau yang lain,” kata Petricoin. Petricoin juga menambahkan bahwa kombinasi dari informasi yang secara relatif tidak tereksplorasi, ditambah potensi bahwa mungkin satu dari arsip paling kaya untuk analit yang sensitif dan spesifik untuk proses terjadinya penyakit.
Untuk mengumpulkan sampel peptidome, peneliti merancang nanopartikel yang terdiri dari molecular cage berpori yang mengelilingi molekul umpan dengan afinitas terhadap peptida yang luas. Pembukaan cage akan mengeluarkan protein ukuran besar sehingga di bagian dalam hanya ada peptide. Peptida akan menempel pada umpan. ” Hal ini seperti nano-lobster kecil yang tertangkap, dia dapat masuk tetapi tidak akan keluar,” kata Petricoin.
Dalam prakteknya, investigator dapat menambahkan darah pasien ke dalam tabung berisi nanopartikel, membiarkan peptida terakumulasi pada partikel selama beberapa menit, kemudian dilakukan sentrifugasi peptidome dari sisa sampel. Nanopartikel juga dapat melindungi peptida dari degradasi.
Nanosphere sandwich
Tim Petricoin sebenarnya bukan satu-satunya yang menggunakan nanopartikel untuk melacak biomarker. Peneliti lain di University of Central Florida di Orlando telah menggunakan teknik kimia polimer untuk memperbesar sensitivitas dari immunoassay berbasis nanopartikel.
“Ada banyak kelompok lain yang bekerja di bidang ini. Namun, menurut saya kami yang pertama menggunakan metode dynamic light scattering cahaya dinamis untuk mendeteksi probe nanopartikel,” kata Qun Huo, PhD, associate professor di departemen kimia universitas sekaligus sebagai ketua penelitian ini. Dynamic light scattering terdiri dari kilauan cahaya yang dilewatkan melalui sampel, kemudian sinar yang dihamburkan diukur dari sisi yang lain untuk melacak pergerakan partikel dalam larutan. Dari hasil pembacaan, peneliti dapat menentukan ukuran partikel dengan tepat. “Metode ini sangat sensitif karena memonitor ukuran partikel, memonitor perubahan intensitas scattering selama pergerakan partikel dalam larutan,’ kata Huo.
Dalam eksperimen khusus, investigator menyusun dua batch nanospheres, masing-masing dirangkai dengan antibodi berbeda pada biomarker partikular. Saat diberikan pada serum pasien yang mengandung antigen, dua partikel akan membentuk sandwich yang mengelilingi antigen. Dynamic light scattering dapat menunjukkan konsentrasi antigen dengan mengkuantifikasi jumlah nanosphere yang ter-sandwich dalam larutan dengan mudah.
Salah satu aplikasi yang potensial dari metode ini adalah metode ini murah untuk pemeriksaan PSA bebas. PSA bebas dianggap lebih sensitif dan lebih spesifik untuk kanker prostat daripada pemeriksaan PSA total, namun terbatasnya sensitifitas ELISA dalam uji klinik membuat PSA bebas ini lebih sulit diperiksa. Nanosphere Huo’s dapat mengatasi kesulitan tersebut.
Secara teknis, prosedur pemeriksaan PSA bebas ini cukup sederhana sehingga Huo sering melatih mahasiswa S1 untuk melakukan uji tersebut dan juga memerlukan sampel yang jauh lebih sedikit dibandingkan uji ELISA biasa. Huo sedang berusaha mengganti ELISA dengan teknik ini. Huo juga menambahkan bahwa ELISA mempunyai banyak tahap, sangat kompleks, dan juga memerlukan banyak sampel biologis dibandingkan teknik ini.
The view from the ground
Tanpa memperhatikan kebaikan nyata sebuah uji dalam penelitian laboratorium, pada akhirnya akan harus memperhatikan teknisi laboratorium klinik. Banyak profesional yang menganggap perlunya metode yang lebih baik, tetapi mereka juga harus menerapkannya tanpa melupakan beban kerja teknisi yang besar.
“Kami mempunyai lebih dari 100 uji berbeda yang dilakukan di laboratorium klinik setiap harinya, dan kami melaporkan 10.000 hasil pasien dari 1200 sampel setiap harinya,” kata Alex Rai, PhD, yang membantu mengatur pelayanan laboratorium klinik di Memorial Sloan Kettering Cancer Center New York, NY. Rai yang juga melakukan penelitian biomarker translational setuju bahwa kebutuhan akan metode baru tersebut sangat penting, walaupun memasukkan metode baru ke dalam jadwal seperti membangun kembali jalan raya antar negara bagian pada jam sibuk. Menurutnya penggunaan marker di laboratorium klinik saat ini tidak selalu ideal, namun itu yang terbaik yang dimiliki saat ini dan sangat berpotensi untuk dikembangkan dengan luas.
Tes PSA digunakan sebagai pembanding pada teknik uji biomarker baru. Rai mengatakan bahwa sensitivitas analisis yang meningkat akan menjadi keuntungan di bidang ini. Deteksi PSA yang lebih sensitif akan berguna untuk melacak kekambuhan pada pasien yang prostatnya sudah diambil. “Pada kasus prostectomy radical, seharusnya tidak ada PSA, sehingga sekali terlihat peningkatan PSA berarti pertanda bahwa kanker muncul kembali,” kata Rai. Rai juga menambahkan bahwa akan didapatkan uji yang dapat mendeteksi level PSA yang sangat rendah.
Rai menyatakan bahwa masalah besar terkini adalah untuk menguji validitas teknik ini. Tetapi kita harus optimis, karena ada beberapa kandidat biomarker yang penting yang dilaporkan setiap minggu, tetapi kita harus berhati-hati untuk memastikan bahwa hasil awal dari studi pendahuluan harus reprodusibel untuk bisa diterapkan pada populasi yang besar, dapat dilakukan di laboratorium lain, dan bahkan teknologi lain.
Sumber : Drug Discovery & Development Magazine : Vol 11 No.8 Agustus 2008, Halaman 16-20
Kontributor : Adam Hermawan, Aditya Fitriasari dan Endang Sulistyorini
