TUGAS MAKALAH BIOSENSOR

“NANOROBOTS PENDETEKSI DAN PENGHANCUR SEL KANKER”

Dosen Pengampu : Ibu Endrika Widiastuti S.TP., M.Sc

Disusun oleh :

Nikita Fendy (125100500111011)

Iis Hariyanti (125100501111028)

Laila Yum Wahibah (125100507111014)

Dita Kurniasari (125100501111007)

PROGRAM STUDI BIOTEKNOLOGI INDUSTRI

JURUSAN TEKNOLOGI HASIL PERTANIAN

UNIVERSITAS BRAWIJAYA

MALANG

2014

DAFTAR ISI

BAB I PENDAHULUAN………………………………………………………………………...1

BAB II METODE………………..………………………………………………………………2

2.1 Metode Lama Pengobatan kanker …………………………………………………………….2

2.2 Metode Baru dengan Nanorobots ……………………………………………………………2

2.3 Parameter Utama Aritektur Nanorobots …………………………………………………..….2

BAB III PEMBAHASAN ……………………………………………………………………….4

3.1 Mekanime Nanorobot Mendeteksi dan Menghancurkan Sel Kanker…………………………4

BAB IV KESIMPULAN…………………………………………………………………………5

DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………………………………6

BAB I

PENDAHULUAN

Mark Davis mendasarkan penemuannya pada temuan Andrew Fire dan Craig Melo,

peraih hadiah Nobel kedokteran tahun 2006. Ketika itu, mereka berdua menemukan interferensi

RNA (iRNA) bisa bekerja menyembuhkan kanker. Uji coba pada cacing membuktikan

efektivitas iRNA. Menurut dua peneliti itu, iRNA berperan penting dalam memburu target RNA

yang berperan memberikan informasi dalam pembuatan protein pada tahap awal. Protein yang

membuat sel – sel kanker memperbanyak diri itu terbuat dari gen tertentu. Maka, Davis pun

mendesain nanopartikel yang menyerang gen melalui rekayasa RNA. Harapannya sel kanker tak

sanggup lagi mengurus protein untuk memperbanyak diri. Meski baru terbatas pada pasien

melanoma.

Gambar 1. Nanorobots

Nanorobots atau dikenal dengan istilah “DNA Berjalan” ini sudah dikembangkan

sejak dulu, namun mereka tidak pernah mencapai prestasi seperti saat ini. Menurut Lloyd Smith

dari Univesity of Wisconsin, Madison untuk pertama kalinya sistem mesin nano diaplikasikan

untuk melakukan operasi. Peneliti dan Dokter dari Clifornia Institute of Technology Amerika

Serikat, telah menciptakan robot yang berisi nanopartikel yang bias memberantas sel tumor. Hal

ini merupakan sebuah kemajuan penting dalam evolusi teknologi DNA. Nanorobots adalah

sebuah robot mikroskopis yang diciptakan dari molekul DNA yang dapat berjalan, berbalik, dan

bahkan dapat menciptakan produk – produk kecil mereka sendiri di jalur perakitan skala nano.

Robot laba – laba ini diharapkan dapat berjalan di sepanjang lintasan DNA. Dengan

menggunakan alur yang sesuai dengan urutan (untaian DNA).

Nanorobots diharapkan dapat memberikan kemajuan dalam pengobatan melalui

miniaturisasi dari mikroelektronika ke nanoelectronics. Karya ini menyajikan arsitektur

nanorobots berdasarkan nanobioelectronic untuk pengembangan bertahap dan penggunaan masa

depan nanorobots untuk menghancurkan sel kanker dalam tubuh. Kanker yang menyerang tubuh

dapat diobati melalui tahap teknologi dengan alat – alat terapi kesehatan. Namun, kemampuan

pasien untuk menahan serangan sel kanker dapat dipengaruhi dari bagaimana sebelumnya pasien

tersebut didiagnosis termasuk didalamnya pendeteksiaan sel kanker pada tubuh, selain itu pasien

dianjurkan untuk mengkonsumsi obat untuk mengurangi efek samping dari kemoterapi.

Mengingat sifat nanorobots untuk menavigasi suatu perangkat menggunakan perantara melewati

aliran darah.

Nanorobots yang dilengkapi dengan biosensor kimia dapat digunakan untuk mendeteksi

sel tumor pada tahap awal pertumbuhannya di dalam tubuh pasien. Selain itu, nanosensor dapat

dimanfaatkan untuk menemukan intensitas sinyal E-cadherin. Oleh karena itu arsitektur

perangkat keras dibuat real time simulasi 3 D, karena didasarkan dari nanobioelectronics untuk

nanorobots pendeteksi dan terapi sel kanker.

Perkembangan terkini nanorobot dari Korea Selatan tepatnya di Chonnam National

University telah menciptakan bakteriobot ini dimana menggunakan Salmonella typhimurium

yang telah direkayasa genetiknya. Bakteriobot ini tidak beracun sehingga memberikan

pengobatan kanker dengan target tumor. Bakteriobot ini membawa robot dengan ukuran sekitar 3

mikrometer yang secara otomatis melepaskan kapsul ketika mencapai tumor yang berisi obat-

obatan. Caranya kerja bakteriobot akan mendiagnosadan menyerang kanker itu sendiri dengan

otak bakterinya. Untuk pergerakannya menggunakan flagelnya. Sehingga ketika bakteriobot itu

sampai pada target turmor, bakteriobot ini akan member obat langsung ke tumor, dan

meninggalka sel-sel yang sehat saja. Alasan menggunakan Salmonella typhimurium dalam

penelitian ini karena bakteri tersebut cenderung menumpuk pada tumor hipoksia dalam organism

hidup, beredar cepat dalam tubuh sehingga membantu memberikan pengobat ke target tumor.

BAB II

METODE

2.1 Metode Lama Pengobatan Kanker

Selama ini, ada tiga jenis tipe pengobatan yang kerap diberikan kepada pasien : operasi,

penyinaran sinar-X (radioterapi), dan kemoterapi. Namun masing – masing mempunyai

kelemahan. Kemoterapi misalnya, tidak bias membedakan sel kanker dan sel nomal, dan sel – sel

normal ikut mati terkena kemoterapi.

2.2 Metode Baru dengan Nanorobots

Metode –metode yang digunakan untuk mendeteksi sel kanker dalam tubuh manusia, antara lain:

1. Metode Acak

Sebuah metode yang menggunakan prinsip nanorobots yang bergerak pasif (Gerak

Brown) melalui perantara cairan, yang akan berhenti jika menemukan target.

2. Metode Gradien

Sebuah metode yang menggunakan prinsip nanorobots memantau konsentrasi intennsitas

sinyal E-cadherin, ketika terdeteksi maka akan mengikuti gradient hingga mencapai

target yang dituju. Jika gradient tidak dapat menemukan atau mendeteksi sinyal tambahan

pada 50 ms, maka nanorobots akan menganggap bahwa sinyal tersebut positif palsu dan

akan terus mengalir melalui cairan.

3. Metode Gradien dengan Atraktan

Sebuah metode yang menggunakan prinsip seperti di atas, nanorobots akan melepaskan

sasaran selain sinyal kimia, perbedaan sinyal kimia inilah yang digunakan untuk

meningkatkan kemampuan untuk menemukan target. Teknik ini melibatkan komunikasi

antara nanorobots yang sangat cocok untuk meningkatkan kinerja. Dengan

membandingkan teknik ini, kita dapat mengevaluasi manfaat komunikasi kimia antara

nanorobots untuk bekerja pada aplikasi biomedis.

2.3 Parameter Utama Arsitektur Nanorobot

Parameter utama yang digunakan untuk arsitektur medis nanorobot dan aktivitas control,

berikut latar belakang teknologi yang tersusun dari perangkat keras sebagai mesin dalam bentuk

molekuler :

a. Teknologi Produksi

Nanorobot dikembangkan dalam fabrikasi, perhitungan, tranduser dan manipulasi,

tergantung pada masalah, gradient yang berbeda pada suhu, konsentrasi bahan kimia dalam

aliran darah, dan tanda tangan elektromagneik adalah parameter relevan untuk tujuan diagnostic

(T. Hogg, and P. J. Kuekes, 2006). CMOS VLSI (Very Large Scale Integration) adalah sebuah

sistem desain menggunakan litografi ultraviolet dalam memberikan presisi tinggi dan cara

komersial untuk pembuatan nanodevices awal dan system nanoelectronics. Industri CMOS

(Complementary Metal Oxide Semiconductor) berhasil mendorong jalur untuk proses perakitan

yang dibutuhkan untuk memproduksi nanorobots, dimana penggunaan bersama nanophotonic

dan nanotube bahkan mungkin lebih mempercepat tingkat aktual Resolusi mulai dari 248nm

sampai 157nm perangkat (Bogaerts et al, 2005). Sedangkan untuk memvalidasi desain dan untuk

mencapai keberhasilan pelaksanaan, penggunaan VHDL (Verifikasi Hardware Description

Language) telah menjadi metodologi yang paling umum digunakan dalam industri manufaktur

sirkuit terpadu (Kubista, 2004)

b. Chemical Sensor

Yaitu peralatan silicon berbasis kimia dan gerak – sensor array yang menggunakan sisem

hirarki sebagai arsitektur, system ini dua kali lebih berhasil yang telah dilakukan selama 15 tahun

terakhir. Aplikasi ini berasal dari industry automotive dan kimia dengan deteksi pesawat ke

elemen air dengan melalui permrograman perangkat lunak, dan menggunkan biomedis. Melalui

kawat nano, ada energy transfer data dan operasi rangkaian dapat menurun hingga 60% (Xu et

al, 2004). Biosensor berbasis CMOS menggunakan kawat nano sebagai bahan untuk rangkaian

perakitan dapat mencapau efisiensi maksimal (Curtis et al, 2006).

Nanosensors kimia yang tertanam dalam nanorobots dimanfaatkan untuk memantau

gradient E-cadherin. Dengan demikian, nanorobots diprogram untuk membuat skrining rinci

seluruh tubuh pasien. Dalam Arsitektur medis, nanorobots diterapkan untuk mengambil

informasi tentang kondisi pasien dengan menggunakan elektromagnetik. Perkembangan terakhir

di sirkuit 3D dan FinFETs double-gerbang telah mencapai hasil yang menakjubkan dan sesuai

dengan semikonduktor roadmap.

c. Power Supply

Penggunaan CMOS untuk telemetri aktif dan power supply adalah cara yang paling

efektif dan aman untuk menentukan energi yang diperlukan untuk operasi nanorobot, selain itu

diperlukan untuk transfer data digital dari dalam tubuh manusia (Mohseni et al, 2005). Dengan

demikian, nonocircuits dengan sifat listrik resonan dapat beroperasi sebagai sebuah chip yang

menyediakan energi elektromagnetik dapat memasok 1,7 mA pada 3.3V untuk kekuasaan, yang

memungkinkan pengoperasian dengan sedikit atau hampir tidak ada kerugian yang signifikan

selama transmisi daya dengan menggunakan kopling induktif (Eggers et al, 2000). Energi yang

diterima dapat juga disimpan dalam rentang 1μW sementara nanorobot tetap dalam mode aktif,

hanya menjadi aktif ketika pola sinyal memerlukannya untuk melakukannya (Ahuja and Myers,

2006).

d. Transmisi Data

Aplikasi perangkat dan sensor ditanamkan di dalam tubuh manusia untuk mengirimkan

data tentang kesehatan pasien yang dapat memberikan keuntunan besar dalam pemantauan medis

secara terus menerus (Cavalcanti et al, 2007). Baru-baru ini, penggunaan RFID untuk in vivo

pengumpulan data dan transmisi berhasil diuji untuk electroencephalograms. Untuk komunikasi

dalam cairan ruang kerja, tergantung pada aplikasi, akustik, ringan, RF, dan sinyal kimia yang

dianggap sebagai kemungkinan pilihan untuk komunikasi dan transmisi data (Cavalcanti and

Freitas, 2005).

BAB III

PEMBAHASAN

3.1 Mekanisme Nanorobots Mendeteksi dan Menghancurkan Sel Kanker

Tubuh robot ini terdiri dari protein yang biasa disebut streptavidin. Yang melekat

padanya kaki tiga, seperti : 'enzimatik DNA' untai tunggal yang mengikat, dan kaki keempatnya

adalah untaian yang membawa laba-laba ke titik awal. Setelah robot dilepaskan dari pemicu,

maka ia akan mengikat kemudian memotong untaian DNA," ujar Milan Stojanovic selaku ketua

tim proyek. Setelah untaian dipotong, kaki robot mulai meraih jalur dan mencocokan DNA.

dengan ini, robot dipandu ke jalur yang ditetapkan oleh peneliti. Untuk melihat robot ini

bergerak, para peneliti menggunakan mikroskop kekuatan atom. Hebatnya lagi, Robot ini bisa

mencatat tanda-tanda penyakit pada permukaan sel, menentukan sel itu adalah kanker,

menghancurkan sel kanker bahkan robot itu bisa memberikan senyawa untuk membunuhnya.

Nanorobots membawa sejumlah double strainded small interfering ribonucleic acid

(siRNAs). Melalui mekanisme interferensi, siRNAs mematikan gen – gen kanker yang penting.

Gen kanker umumnya merupakan gen yang bisa bekerja jika telah berubah dari DNA (dioxyribo

nucleic acid) menjadi RNA. Kemudian robot itu dimasukkan ke pembuluh darah penderita

melanonia sejenis kanker kulit, dalam uji klinis fase pertama. Dalam fase ini, peneliti melihat

keamanan terapi yang dibuat. Davis itu, melalui arahan dari computer, robot tersebut menuju sel

kanker. Setelah robot tersebut menemukannya, maka nanopartikel itu dikeluarkan untuk

membasmi gen – gen tersebut.

Dan hasilnya mengejutkan, sel-sel kanker tersebut mengerucut. Selain itu, ia bisa

mendeteksi dan mengambil gambar nanopartikel di dalam sel – sel kanker yang mati.

Kesimpulannya semakin banyak dosis nanopartikel, maka akan semakin banyak pula

nanopartikel yang berada di salam sel kanker. Ini menunjukkan bahwa sel – sel kanker merespon

dosis nanopartikel. Kesimpulannya bahwa nanopartikel yang berisi siRNAs mampu melakukan

tugas mendegradasi RNA yang berperan dalam pembuatan protein sel kanker. Terapi ini

membuka pintu bagi masa depan terapi seperti game dalam menyerang kanker dan beberapa

penyakit lain di tingkat level gen.

Para riset menggunakan istilah nanobell. Nano ini terbuat dari jutaan atom yang

membentuk partikel silica berukuran sangat kecil dan sulit dilihat dengan mata telanjang. Tapi

ukurannya lebih besar dari protein. Nanobell terdiri dari inframerah dan serat optic untuk

membawa energi laser. Ketika sampai di tumor, partikel silica memancarkan sinar laser ke

tumor. Sinar laser inilah yang mengonversi cahaya menjadi panas dan membunuh sel – sel

kanker.

BAB IV

KESIMPULAN

Nanorobots adalah sebuah robot mikroskopis yang diciptakan dari molekul DNA yang

dapat berjalan, berbalik, dan bahkan dapat menciptakan produk – produk kecil mereka sendiri di

jalur perakitan skala nano. Dulunya dunia medis menangani kanker dengan cara : operasi,

penyinaran sinar-X (radioterapi), dan kemoterapi, yang mempunyai banyak resiko dan efek

samping. Namun kini dengan nanorobots menggunakan metode acak, metode gradient dan

metode gradient dengan atraktan dapat menjadi solusi yang lebih canggih untuk mendeteksi dan

menghancurkan sel kanker.

DAFTAR PUSTAKA

Ahuja, S. P. and J. R. Myers, 2006. A Survey on Wireless Grid Computing. Journal of

Supercomputing, v 37, n 1, p 3-21, Jul.

Bogaerts, W., R. Baets, P. Dumon, V. Wiaux, S. Beckx, D. Taillaert, B. Luyssaert, J. V.

Campenhout, P. Bienstman, D. V. Thourhout. 2005. Nanophotonic Waveguides in

Silicon-on-Insulator Fabricated with CMOS Technology. J. of Lightwave Technology.

Vol. 23, no. 1, pp. 401-412, Jan.

Castillo, M. 2014. Cancer-Fighting Nanorobot May Be Able to Target Tumors, Spare Healthy

Tissue. Diakses 18 November 2014. <http://www.cbsnews.com/news/cancer-fighting-

nanorobot-may-be-able-to-target-tumors-leave-healthy-tissue-alone/>.

Cavalcanti A., R. A. Freitas Jr. 2005. Nanorobotics Control Design: A Collective Behavior

Approach for Medicine. IEEE Transactions on NanoBioScience, Vol. 4, no. 2, pp. 133-

140, Jun.

Cavalcanti, A., B. Shirinzadeh, R. A. Freitas Jr., L. C. Kretly. 2007. Medical Nanorobot

Architecture Based on Nanobioelectronics”, Recent Patents on Nanotechnology,

Bentham Science, Vol. 1, no. 1, pp. 1-10, Feb.

Cavalcanti, A., B. Shirinzadeh, T. Hogg, J.A. Smith. Hardware Architecture for Nanorobots

Application in Cancer Therapy. IEEE-RAS ICAR Int’l Conf. on Advanced Robotics

Curtis, A. S. G., M. Dalby, N. Gadegaard. 2006. Cell signaling arising from nanotopography:

implications for nanomedical devices. Nanomedicine J., Future Medicine. Vol. 1, no. 1,

pp. 67-72, Jun.

Eggers, T., C. Marscher, U. Marschner, B. Clasbrummel, R. Laur, J. Binder. 2000. Advanced

hybrid integrated low-power telemetric pressure monitoring system for biomedical

application”, Proc. of Int'l Conf. On Micro Electro Mechanical Systems, pp. 23-37,

Miyazaki, Japan, Jan.

Hogg, T., and P. J. Kuekes. 2006. Mobile microscopic sensors for high resolution in vivo

diagnostics, Nanomedicine: Nanotechnology. Biology and Medicine. Vol. 2, no. 4, pp.

239-247, Dec.

Kubista, P. B., 2004. Creating standard VHDL test environments. 6813751US, Nov.

Mohseni, P., K. Najafi, S. Eliades, X. Wang. 2005. Wireless multichannel biopotential recording

using and integrated FM telemetry circuit. IEEE Transactions on Neural Systems and

Rehabilitation Engineering, Vol. 13, no. 3, pp. 263–271, Sep.

Neal, R. W. 2014. Cancer-Fighting Robot: Korean Scientists Develop Nanorobots That Are

More Efficient Than Chemotherapy. Diakses 20 November 2014.

<http://www.ibtimes.com/cancer-fighting-robot-korean-scientists-develop-nanorobots-

are-more-efficient-chemotherapy-video>.

Nuviun digital health. 2014. South Korean Scientists Develop the World’s First Cancer-Treating

Nanorobots. Diakses 20 November 2014. <http://nuviun.com/content/blog/nanorobots>.

Rodriguez, J. M. 2013. World’s First Cancer Treating Nanorobot Unveiled in South Korea.

Diakses 20 November 2014. <http://inhabitat.com/worlds-first-cancer-treating-

nanorobot-unveiled-in-south-korea/>.

Xu, W., N. Vijaykrishnan, Y. Xie, M. J. Irwin. 2004. Design of a Nanosensor Array

Architecture. ACM Proceedings of the 14th ACM Great Lakes symposium on VLSI.

Boston, Massachusetts, USA, Apr.