Dalam dunia biologi dan penelitian medis, salah satu tantangan terbesar adalah memahami apa yang terjadi di dalam sel. Sel bukanlah struktur sederhana; sel terdiri dari beragam komponen yang saling berinteraksi dan membentuk kehidupan. Saat kita melihat jaringan atau organ, kita melihat campuran kompleks dari berbagai tipe sel yang masing-masing memiliki fungsi berbeda. Kondisi ini membuat para ilmuwan berjuang untuk memahami bagaimana setiap bagian berkontribusi terhadap keseluruhan fungsi, terutama ketika jaringan mengalami penyakit. Baru-baru ini, tim peneliti yang dipimpin oleh The University of Osaka mengembangkan sebuah teknologi yang memungkinkan kita melihat lebih jelas distribusi molekul di dalam sel tunggal. Teknologi ini membuka pintu untuk memahami penyakit dengan cara yang belum mungkin dilakukan sebelumnya.
Mengapa Memahami Sel Itu Sulit?
Tisu atau jaringan tubuh terdiri dari berbagai jenis sel yang berbeda, masing-masing punya struktur dan fungsi khusus. Misalnya, sel di otak berbeda dengan sel di hati, dan kedua jenis sel itu berbeda lagi dengan sel di kulit. Ketika para ilmuwan ingin mempelajari apakah suatu penyakit memengaruhi sel tertentu atau bagian tertentu dari sel, mereka seringkali harus “mengacak” banyak sel sekaligus dan seolah-olah melihat hasilnya secara keseluruhan.
Bayangkan Anda memiliki set puzzle yang terdiri dari ribuan keping yang dicampur bersama. Jika Anda hanya melihat seluruh keping sekaligus, Anda akan kesulitan mengetahui bentuk masing-masing keping dan bagaimana cara mereka tersusun. Begitu pun dengan sel: ketika ribuan molekul dari berbagai sel dicampur bersama dalam analisis tradisional, informasi tentang sel individual pun hilang. Itulah sebabnya para peneliti mengalami kesulitan saat mencoba memahami sampel biologis kompleks, terutama yang berasal dari jaringan yang sakit atau terinfeksi.
Apa Itu Teknologi t-SPESI?
Untuk mengatasi tantangan tersebut, tim peneliti memperkenalkan sebuah pendekatan baru berdasarkan teknologi yang disebut t-SPESI. t-SPESI adalah singkatan dari tapping-mode scanning probe electrospray ionization. Meski nama ini terdengar rumit, kita bisa menjelaskannya secara sederhana. t-SPESI adalah teknik yang memungkinkan para ilmuwan mengambil sampel mikro dari berbagai bagian sel dan kemudian menganalisisnya untuk mengetahui komponen kimianya.
Istilah “ionisasi” dalam nama teknologi ini berarti proses mengubah molekul menjadi partikel bermuatan, sehingga mereka dapat dianalisis oleh instrumen tertentu seperti spektrometri massa. Spektrometri massa merupakan alat yang dapat mengukur massa dan jumlah molekul dalam suatu sampel sehingga kita tahu persis apa saja yang terkandung di dalamnya. Dengan kata lain, t-SPESI memungkinkan setiap titik kecil di dalam sel ‘diintip’ untuk melihat apa saja molekul yang ada di sana.
Bagaimana t-SPESI Bekerja?
Pembaruan penting dalam metode ini adalah bagaimana unit t-SPESI ditempatkan di atas sebuah mikroskop fluoresensi terbalik (inverted fluorescence microscope). Mikroskop fluoresensi merupakan alat yang memungkinkan para ilmuwan melihat molekul yang diberi penanda khusus (seperti warna-warna kecil yang bercahaya) di dalam sel. Dengan penempatan ini, tim bisa melihat secara langsung sel yang sedang dianalisis dan proses pengambilan sampel yang berlangsung secara real time.
Langkah pertama dalam metode ini adalah mengarahkan ujung probe t-SPESI ke permukaan sel. Probe ini kemudian mengambil bagian sangat kecil dari sel, sering disebut mikro-sampel, dari area tertentu. Contohnya, timi bisa mengambil mikro-sampel dari permukaan sel atau dari bagian dalamnya. Setiap mikro-sampel kemudian dianalisis menggunakan spektrometri massa untuk mengetahui komponen kimia yang ada di dalamnya.
Hal yang sangat menarik dari teknologi ini adalah kemampuannya untuk menggabungkan informasi dari tiga aspek sekaligus. Pertama, kita bisa melihat bentuk dan struktur sel melalui mikroskop. Kedua, kita mendapatkan informasi tentang molekul-molekul yang ada di berbagai bagian sel dari hasil spektrometri massa. Ketiga, jika molekul tertentu diberi penanda fluoresensi (seperti tag cahaya), kita juga bisa melihat di mana molekul-molekul ini berada dalam sel.
Apa Arti Semua Ini Untuk Penelitian Penyakit?
Salah satu penerapan penting dari teknologi t-SPESI ini adalah dalam studi tentang lipid. Lipid merupakan sekelompok molekul berminyak yang memainkan peran penting dalam fungsi sel, termasuk dalam metabolisme. Metabolisme merupakan proses di mana sel mengubah makanan menjadi energi dan bahan bangunan yang diperlukan untuk bertahan hidup. Sebagian besar lipid bertindak sebagai bagian dari dinding sel atau sebagai penyimpan energi.
Selama bertahun-tahun, para ilmuwan telah mengetahui bahwa perubahan distribusi lipid di dalam sel sangat terkait dengan berbagai penyakit, seperti diabetes, kanker, dan gangguan saraf. Namun, melihat secara langsung bagaimana lipid didistribusikan di dalam sel tunggal secara detail adalah hal yang sangat sulit dilakukan sebelumnya. Karena itu, pendekatan baru ini memberikan kemampuan untuk melihat distribusi lipid dalam setiap sel secara langsung.
Dengan menggunakan teknologi t-SPESI, tim peneliti mampu melihat bagaimana lipid tersebar di dalam sel model (contoh sel yang digunakan dalam penelitian laboratorium). Tim mampu menggabungkan tiga jenis data: gambar sel dari mikroskop fluoresensi, informasi kimia dari spektrometri massa, serta bentuk permukaan sel itu sendiri. Kombinasi ini memberi gambaran lengkap tentang keadaan sel dan bagaimana komponen-komponen penting di dalamnya berubah pada kondisi tertentu.
Ini sangat penting karena dalam penyakit tertentu, distribusi lipid bisa sangat berbeda dari sel yang sehat. Misalnya, pada sel yang mengalami stres atau penyakit metabolik, lipid bisa terakumulasi di tempat yang tidak biasa atau berubah jumlahnya secara signifikan. Dengan kemampuan t-SPESI, peneliti dapat memetakan perubahan tersebut secara rinci, yang pada akhirnya dapat membantu memahami bagaimana penyakit berkembang di tingkat sel.
Potensi Dampak pada Terapi dan Diagnostik
Kemajuan ini bukan sekadar alat baru yang menarik dari sudut ilmiah. Teknologi semacam ini dapat menjadi kunci untuk membuka pemahaman yang lebih dalam tentang penyakit kompleks yang melibatkan banyak jenis sel, seperti kanker atau gangguan saraf. Dengan memahami distribusi molekul di dalam sel secara detail, para ilmuwan dapat mengidentifikasi tanda-tanda awal penyakit atau perubahan kecil yang menjadi pemicu kondisi yang lebih serius.
Lebih dari itu, pendekatan ini dapat memengaruhi bagaimana terapi dan diagnosa di masa depan dilakukan. Misalnya, jika kita dapat memetakan perubahan molekuler pada sel yang menandakan awal penyakit, kita mungkin bisa mendeteksi kondisi tersebut lebih awal sebelum gejalanya muncul. Begitu pula, kemampuan untuk melihat respons sel terhadap obat tertentu secara langsung bisa membantu dalam pengembangan terapi yang lebih efektif dan personal.
Kesimpulan
Penelitian yang dilakukan oleh tim dari The University of Osaka tentang teknologi t-SPESI membuka cakrawala baru dalam pemahaman sel tunggal. Teknologi ini memungkinkan para ilmuwan melihat distribusi molekul di dalam sel dengan cara yang lebih detail dan informatif daripada pendekatan tradisional. Dengan kemampuan untuk menggabungkan observasi mikroskopis sel dengan analisis kimia dari setiap bagian sel, teknologi ini menawarkan pemahaman multidimensional yang dapat mempercepat penemuan dalam ilmu penyakit, terapi, dan diagnostik. Penelitian semacam ini menunjukkan bagaimana inovasi teknologi dapat membuka jendela baru ke dunia yang sangat kecil namun sangat penting bagi kehidupan dan kesehatan manusia.
Referensi:
[1] https://www.sci.osaka-u.ac.jp/en/researchs/10683_1/, diakses pada 25 Januari 2026.
[2] Yoichi Otsuka, Kazuya Kabayama, Ayane Miura, Masatomo Takahashi, Kosuke Hata, Yoshihiro Izumi, Takeshi Bamba, Koichi Fukase, Michisato Toyoda. Single-cell mass spectrometry imaging of lipids in HeLa cells via tapping-mode scanning probe electrospray ionization. Communications Chemistry, 2025; 8 (1) DOI: 10.1038/s42004-025-01521-2
