Para peneliti di Universitas Alabama di Huntsville (UAH), bagian dari sistem Universitas Alabama, telah mengidentifikasi penggunaan baru yang menjanjikan dari USG terus menerus dan intensitas rendah yang suatu hari nanti dapat membantu mengobati cedera sendi dan mengurangi risiko osteoartritis pasca-trauma. Hasil penelitian mereka menunjukkan bahwa pendekatan non-invasif dapat mengubah respons imun tubuh dari peradangan jangka panjang menjadi perbaikan jaringan, sehingga memberikan potensi strategi bebas obat untuk meningkatkan penyembuhan.
Studi tersebut dipublikasikan di jurnal Nature Laporan ilmiahdipimpin oleh Dr. Anuradha Subramanian, profesor teknik kimia dan material. Ini menggabungkan penelitian biologi yang dilakukan oleh Dr. Shahid Khan selama studi doktoralnya dengan analisis komputasi dan statistik yang dikembangkan oleh Dr. Satyaki Roy, profesor ilmu matematika, serta kontribusi dari mahasiswa pascasarjana Owen Trippany. Penelitian ini didanai oleh National Institutes of Health melalui hibah R01 yang diberikan kepada Subramanian.
Bagaimana USG mempengaruhi sel-sel kekebalan
Tim fokus pada makrofag, sel kekebalan khusus yang memainkan peran penting dalam peradangan dan perbaikan jaringan, untuk memahami bagaimana mereka merespons USG intensitas rendah yang terus menerus.
“Setelah cedera, tubuh merekrut makrofag ‘pertahanan’ inflamasi (M1) untuk membersihkan jaringan yang rusak dan makrofag penyembuhan (M2) untuk mendukung perbaikan dan pemulihan,” jelas Subramanian. “Dominasi makrofag yang bertahan secara terus-menerus dapat menciptakan lingkungan inflamasi berkepanjangan yang berkontribusi terhadap osteoartritis pasca-trauma.”
Para peneliti ingin menentukan apakah USG dapat mendorong sel-sel kekebalan tubuh untuk bertransisi dari keadaan peradangan ke keadaan yang mendorong penyembuhan.
“Dalam kondisi “M1”, mikrofag memicu peradangan untuk melawan kerusakan atau infeksi, namun aktivitas M1 yang berkepanjangan juga dapat membahayakan jaringan sehat,” jelas Subramanian. Sebaliknya, makrofag mirip ‘M2’ mendukung perbaikan dan pemulihan jaringan. Mengalihkan makrofag ke kondisi mirip M2 penting dilakukan karena hal ini dapat membantu mengurangi peradangan kronis sekaligus mempercepat penyembuhan sendi yang rusak. Hasil kami menunjukkan bahwa USG intensitas rendah secara terus-menerus dapat membantu mengembalikan keseimbangan ini dengan mendorong respons makrofag yang lebih restoratif.
Roy mengatakan peradangan kronis merupakan faktor utama berkembangnya osteoartritis pasca trauma.
“Oosteartritis pasca trauma sebagian disebabkan oleh peradangan terus-menerus yang membatasi perbaikan jaringan dan mempercepat degenerasi sendi,” tambah Roy. “Tim kami tertarik pada USG kontinu dengan intensitas rendah karena menawarkan pendekatan non-farmakologis dan non-invasif yang dapat membantu mengatur perilaku sel kekebalan dan mendorong lingkungan penyembuhan yang lebih restoratif pada sendi yang cedera.”
Model cedera sendi yang lebih realistis
Untuk menciptakan kembali kondisi di dalam sendi yang cedera dengan lebih baik, para peneliti mengandalkan fragmen fibronektin, molekul yang dihasilkan selama kerusakan jaringan yang rusak, dibandingkan hanya menggunakan metode laboratorium konvensional untuk memicu peradangan. Pendekatan ini menghasilkan model yang lebih mencerminkan lingkungan biologis yang berkembang setelah cedera sendi.
Tim ini juga menggabungkan transkriptomik, studi aktivitas gen berskala besar, dengan metode komputasi canggih yang dikenal sebagai pengelompokan diferensial. Daripada menganalisis gen satu per satu, teknik ini mengidentifikasi kelompok gen yang perilakunya berubah secara bersamaan, sehingga memberikan gambaran yang lebih luas tentang bagaimana sel kekebalan merespons pengobatan USG.
“Hal ini memungkinkan kami untuk mempelajari tidak hanya gen mana yang berubah, namun juga bagaimana kelompok gen mengubah perilaku terkoordinasi mereka sebagai respons terhadap rangsangan ultrasonografi,” kata Roy.
Hasil awal menunjukkan berkurangnya peradangan
Para peneliti menemukan bahwa USG intensitas rendah secara terus-menerus mengurangi biomarker yang terkait dengan peradangan sekaligus meningkatkan penanda yang terkait dengan keadaan makrofag mirip M2 yang lebih bersifat restoratif.
Meskipun penelitian masih terbatas pada eksperimen laboratorium, hasilnya menunjukkan bahwa teknologi non-obat dan non-invasif berpotensi digunakan untuk mempengaruhi perilaku sel kekebalan dan meningkatkan penyembuhan setelah cedera sendi. Para peneliti percaya teknik ini bisa menjadi bagian dari pengobatan masa depan yang bertujuan memperlambat perkembangan osteoartritis dan meningkatkan pemulihan setelah trauma sendi.
“Langkah selanjutnya adalah memvalidasi hasil ini pada model hewan mengenai osteoartritis pasca trauma awal dan mempelajari bagaimana modulasi ultrasonik memengaruhi perbaikan jaringan jangka panjang pada kondisi cedera sendi,” kata Subramanian.
