Diabetes adalah kondisi di mana tubuh menghasilkan sedikit atau bahkan tidak ada insulin sama sekali. Penderita diabetes harus bergantung pada pasokan eksternal hormon ini melalui suntikan atau pompa. Tim peneliti yang dipimpin oleh Martin Fussenegger dari Departemen Biosistem Sains dan Teknik di ETH Zurich berusaha untuk mempermudah kehidupan penderita diabetes dan mencari solusi untuk menghasilkan insulin langsung di dalam tubuh.
Salah satu solusi yang sedang dikembangkan dan ditemukan oleh para ilmuwan ini adalah dengan mengapit “sel-sel desainer insulin” yang mampu menghasilkan insulin dalam kapsul yang dapat diimplan di dalam tubuh. Untuk dapat mengendalikan kapan dan seberapa banyak sel-sel ini melepaskan insulin ke dalam darah dari luar tubuh, para peneliti telah mempelajari dan menerapkan berbagai rangsangan dalam beberapa tahun terakhir seperti cahaya, suhu, dan medan listrik.
Fussenegger dan rekan-rekannya sekarang telah mengembangkan metode stimulasi baru: mereka menggunakan musik untuk merangsang sel-sel tersebut agar melepaskan insulin dalam hitungan menit. Metode ini terbukti sangat efektif dengan lagu “We Will Rock You,” yang merupakan musik hit global dari band rock asal Inggris, Queen.
Mengubah sel-sel agar peka terhadap gelombang suara
Untuk membuat sel-sel yang menghasilkan insulin peka terhadap gelombang suara, para peneliti menggunakan protein dari bakteri E. coli. Protein seperti ini merespons rangsangan mekanis dan umum ditemukan pada hewan dan bakteri. Protein ini terletak di dalam membran bakteri dan mengatur masuknya ion kalsium ke dalam bagian dalam sel. Para peneliti telah memasukkan panduan saluran ion bakteri ini ke dalam sel-sel manusia yang menghasilkan insulin. Hal ini memungkinkan sel-sel ini menciptakan saluran ion tersebut dan menyematkannya di dalam membran mereka sendiri.
Seperti yang ditunjukkan oleh para ilmuwan, saluran ion pada sel-sel ini terbuka sebagai respons terhadap suara, memungkinkan ion kalsium bermuatan positif mengalir ke dalam sel. Ini menyebabkan pembalikan muatan dalam membran sel, yang pada gilirannya menyebabkan vesikel insulin kecil di dalam sel bersatu dengan membran sel dan melepaskan insulin ke luar sel.
Dentuman bass memperkuat pelepasan insulin
Dalam proses meneliti respon sel terhadap musik, para peneliti pertama-tama menentukan frekuensi dan tingkat volume yang mengaktifkan saluran ion dengan paling kuat. Mereka menemukan bahwa tingkat volume sekitar 60 desibel (dB) dan frekuensi bass 50 hertz adalah yang paling efektif dalam memicu saluran ion. Untuk merangsang pelepasan insulin maksimum, suara atau musik harus terus berlanjut selama setidaknya tiga detik dan berhenti selama maksimal lima detik. Jika intervalnya terlalu jauh, jumlah insulin yang dilepaskan jauh lebih sedikit.
Selain itu, para peneliti mempelajari genre musik mana yang menyebabkan respons insulin paling kuat pada tingkat volume 85 dB. Musik rock dengan dentuman bass seperti lagu “We Will Rock You” dari Queen, menjadi pemenangnya, diikuti oleh soundtrack film aksi The Avengers. Respons insulin terhadap musik klasik dan musik gitar jauh lebih lemah dibandingkan dua musik tersebut.
Dilansir dari sciencedaily.com, “Lagu ‘We Will Rock You’ memicu sekitar 70 persen respons insulin dalam 5 menit, dan semuanya dalam 15 menit. Ini sebanding dengan respons insulin alami yang dipicu oleh glukosa pada individu sehat,” kata Fussenegger.
Sumber suara harus langsung di atas implan
Untuk menguji sistem secara keseluruhan, para peneliti mengimplan sel-sel yang menghasilkan insulin ke dalam tikus dan meletakkan hewan-hewan tersebut sehingga perut mereka langsung berada di atas pengeras suara. Ini adalah satu-satunya cara para peneliti dapat mengamati respons insulin. Namun, jika hewan-hewan tersebut dapat bergerak bebas di dalam “disko tikus,” musik gagal merangsang pelepasan insulin.
“Sel desainer insulin kami hanya melepaskan insulin ketika sumber suara dengan suara yang tepat dimainkan langsung di atas kulit di atas implan,” jelas Fussenegger. Pelepasan hormon ini tidak dipicu oleh kebisingan sekitar seperti suara pesawat terbang, mesin pemotong rumput, sirine pemadam kebakaran, atau percakapan.
Tidak ada pelepasan melalui kebisingan sekitar
Dari hasil uji coba pada tikus, menurut Fussenegger, risiko bahwa sel-sel yang diimplan pada manusia akan melepaskan insulin secara konstan dan pada suara terkecil pun sangat kecil.
Mekanisme keselamatan lainnya adalah bahwa sel desainer insulin membutuhkan empat jam untuk sepenuhnya mengisi kembali insulin setelah mereka habis. Jadi bahkan jika sel-sel tersebut terpapar suara setiap jam, mereka tidak akan dapat melepaskan beban insulin penuh setiap kali dan dengan demikian menyebabkan hipoglikemia yang mengancam sel tersebut. Namun, hal ini bisa menutupi kebutuhan tipikal pasien diabetes yang makan tiga kali sehari. Bahwa insulin tetap berada di dalam vesikel selama waktu yang lama, bahkan jika seseorang tidak makan selama lebih dari empat jam.
Namun, penerapan klinis masih memerlukan waktu yang lama. Para peneliti hanya memberikan bukti konsep, menunjukkan bahwa jaringan genetik dapat dikendalikan oleh rangsangan mekanis seperti gelombang suara. Apakah prinsip ini akan pernah digunakan dalam praktik bergantung pada minat perusahaan farmasi. Ini bisa diterapkan secara luas: sistem ini tidak hanya bekerja dengan insulin, tetapi juga dengan protein apa pun yang cocok untuk pengobatan.
Referensi
Haijie Zhao, Shuai Xue, Marie-Didiée Hussherr, Peter Buchmann, Ana Palma Teixeira, Martin Fussenegger. Tuning of cellular insulin release by music for real-time diabetes control. The Lancet Diabetes & Endocrinology, 2023; 11 (9): 637 DOI: 10.1016/S2213-8587(23)00153-5
