Sebuah tim peneliti internasional yang dipimpin oleh Universitas Hiroshima telah mengembangkan teknik yang mampu mengungkap perubahan dini pada kolagen kulit manusia, jauh sebelum kerusakan terlihat pada pencitraan konvensional.
Hasilnya, dipublikasikan di ACS Nano pada 16 Juli 2026, menunjukkan bahwa kolagen mulai kehilangan organisasi molekulernya sebelum seratnya menjadi lebih tipis, terfragmentasi, atau terputus. Dengan kata lain, jaringan kulit mungkin tampak utuh secara struktural bahkan setelah perubahan signifikan telah dimulai pada tingkat yang lebih dalam.
Kerusakan tersembunyi di dalam kolagen kulit
Kolagen adalah protein struktural utama kulit. Ini membentuk jaringan kompleks yang membantu jaringan tetap kuat, fleksibel dan tahan terhadap tekanan fisik.
Strukturnya disusun dalam beberapa skala. Molekul individu berkumpul menjadi bundel yang lebih besar, yang kemudian membentuk serat yang menopang kulit. Karena susunan berlapis ini, kolagen digambarkan sebagai bahan hierarkis.
Kebanyakan metode pencitraan tradisional fokus pada fitur yang terlihat dari jaringan ini. Mereka dapat mendeteksi serat yang menjadi tipis, rusak, atau kehilangan sambungannya. Namun, perubahan ini cenderung muncul relatif terlambat dalam proses renovasi.
Penelitian baru menunjukkan bahwa kolagen dapat kehilangan tatanan struktural yang mendasarinya sementara jaringan serat yang terlihat sebagian besar masih tampak tidak berubah.
“Salah satu cara untuk memikirkan hasil kami adalah bahwa metode pencitraan konvensional dapat menunjukkan ‘batu bata’ dari struktur kolagen, namun metode tersebut mungkin melewatkan perubahan halus dalam cara susunan batu bata tersebut,” kata Ali Haider, penulis pertama studi tersebut dan peneliti pascasarjana di Institut Internasional untuk Keberlanjutan dengan Knotted Chiral Meta-Matter di Universitas Hiroshima (WPI-SKCM).2). “Artinya mendeteksi perubahan susunan kata dan kalimat dalam sebuah buku sebelum halamannya tampak rusak atau hilang.”
Deteksi tangan struktural kolagen
Untuk mengidentifikasi perubahan tersembunyi ini, para peneliti menggabungkan pencitraan optik canggih dengan spektroskopi kioptik.
Metode kioptik mempelajari bagaimana molekul berinteraksi dengan cahaya terpolarisasi. Mereka sangat berguna untuk mempelajari kiralitas, sebuah properti yang kadang-kadang digambarkan sebagai properti struktural. Sama seperti tangan kiri dan kanan seseorang yang mencerminkan satu sama lain tetapi tidak dapat ditumpangkan secara sempurna, banyak struktur biologis memiliki orientasi yang lebih disukai.
Kolagen memiliki kemampuan kerja yang terorganisir pada tingkat molekuler dan struktural yang lebih luas. Ketika organisasi ini mulai memburuk, jaringan dapat kehilangan sifat fungsional penting meskipun jumlah kolagen secara keseluruhan tetap tidak berubah.
Tim ini menggunakan dichroism melingkar vakum-ultraviolet radiasi sinkrotron (SR-VUVCD) dan dichroism melingkar getaran laser kaskade kuantum multidimensi (MultiD-QCL-VCD). Dengan menggabungkan metode ini dan pencitraan, para peneliti dapat mengukur kelimpahan kolagen dan koherensi struktural dalam bagian jaringan yang sama.
Kolagen mungkin tetap ada sementara tatanannya hilang
Analisis tersebut mengungkapkan pemisahan yang jelas antara kuantitas kolagen dan kualitas pengorganisasiannya.
Sampel jaringan mempertahankan sebagian besar kandungan total kolagen dan cakupan permukaannya, bahkan setelah konsistensi kiralitas supramolekulnya memburuk secara signifikan. Artinya, hanya mengukur jumlah kolagen yang ada dapat memberikan gambaran kesehatan jaringan yang tidak lengkap.
Sebuah sampel mungkin masih mengandung banyak kolagen meskipun arsitektur internal protein sudah rusak.
“Pesan utama dari makalah ini adalah bahwa kolagen tidak boleh dianggap hanya sebagai jaringan serat yang terlihat tetapi sebagai bahan hierarki yang fungsinya bergantung pada organisasinya pada berbagai skala panjang,” kata Katsuya Inoue, profesor di WPI-SKCM.2 yang merupakan salah satu penulis studi yang sesuai. “Studi kami menunjukkan bahwa metode korelatif tingkat lanjut dapat mengungkap perubahan dalam organisasi tersembunyi ini yang tidak terlihat dari morfologi saja.”
Tanda-tanda kerusakan jaringan sebelumnya
Para peneliti pada akhirnya berharap untuk membangun kerangka kerja yang lebih luas yang menghubungkan kiralitas molekuler, organisasi supramolekul, dan arsitektur jaringan skala besar.
Sistem seperti ini dapat membantu para ilmuwan menilai integritas jaringan sebelum kerusakan struktural besar menjadi tidak dapat diperbaiki lagi. Hal ini juga dapat memberikan wawasan baru mengenai penyembuhan luka, perawatan medis, dan desain biomaterial yang meniru atau berinteraksi dengan jaringan biologis.
Daripada menunggu serat kolagen terlihat tipis atau terfragmentasi, peneliti masa depan mungkin dapat mengidentifikasi tanda-tanda peringatan dini dengan melihat susunan molekulnya.
Kolaborasi penelitian internasional
Penelitian ini dipimpin oleh Ali Haider, Yusuke Kochi, Andrew K. Schulz, Kuya Aoyama, Aiko Sada, Hisako Sato, Elisabetta Matsumoto, Malcolm Kadodwala, Koichi Matsuo dan Katsuya Inoue.
Para peneliti mewakili Universitas Hiroshima (termasuk WPI-SKCM², Sekolah Pascasarjana Sains dan Teknik Lanjutan, Pusat Penelitian Chirality, dan Lembaga Penelitian Ilmu Radiasi Sinkronisasi), Institut Max Planck untuk Sistem Cerdas, Universitas Kyushu, Universitas Kumamoto, Universitas Ehime, Institut Teknologi Georgia, dan Universitas Glasgow.
Kolaborasi ini mempertemukan para spesialis dari Jepang, Jerman, Amerika Serikat, dan Inggris.
Pekerjaan ini didukung oleh WPI-SKCM2Institut Henri Poincaré, LabEx CARMIN dan Yayasan Alexander von Humboldt.
