Nanoteknologi Kedokteran Hewan dan Peternakan

RINGKASAN

 

Penemuan teknik baru untuk memanfaatkan bahan pada skala nano yang memiliki efek evolusioner pada berbagai ilmu kedokteran. Saat ini, terdapat ribuan nanomaterial yang dapat dibagi menurut bentuk, asal, atau aplikasinya. Nanoteknologi memberikan solusi baru untuk masalah lama bidang kedokteran. Dalam ilmu kedokteran, nanoteknologi digunakan untuk tujuan diagnostik dan terapeutik. Nanoteknologi juga dapat diterapkan dalam pembuatan nanovaksin dan nanoadjuvan. Penggunaannya untuk pengobatan kanker dan terapi gen telah membuka pintu masuk ke dalam era baru bidang pengobatan. Belakangan ini, berbagai aplikasi nanoteknologi mulai menemukan jalannya di bidang veteriner dan peternakan. 

Nanoteknologi semakin banyak digunakan dalam terapi penyakit hewan, diagnostik, produksi vaksin veteriner, desinfektan peternakan,  pembiakan dan reproduksi hewan, juga bidang nutrisi hewan. Nanoteknologi diaplikasikan dalam penggantian antibiotik yang biasa digunakan secara langsung pada kesehatan masyarakat. Dengan melakukan hal tersebut, penggunaan Nanoteknologi telah meminimalkan masalah resistensi obat dalam pengobatan manusia dan hewan, dan mengatasi masalah residu obat dalam susu dan daging. Selain itu, Nanoteknologi punya dampak ekonomi yang besar, bisa meminimalkan jumlah susu yang dibuang dan jumlah anak sapi yang dimusnahkan dalam peternakan sapi perah. Nanoteknologi juga diterapkan untuk pengembangan bidang kesehatan hewan dan kesehatan masyarakat veteriner. Tulisan ini membahas manfaat penggunaan nanomaterial dengan berbagai kelas nanopartikel, dan menggambarkan aplikasi dan peran Nanoteknologi di bidang Veteriner.

 

PENGANTAR

 

Pemanfaatan Nanotekologi pertama kali digunakan pada tahun 1974 untuk menggambarkan piranti ilmiah yang digunakan untuk manipulasi bahan berskala nano. Istilah skala nano biasanya digunakan untuk mendeskripsikan material yang memiliki satu atau lebih dari tiga dimensinya yang berukuran 1-100 nm, termasuk bahan biologis berskala nano yang ada secara alami, misalnya, DNA (2,5 nm lebar) dan molekul protein (rata-rata 5 nm). Sebagai pembanding, ukuran rambut manusia memiliki lebar sekitar 80.000 nm. Pemanfaatan nanobioteknologi sekarang diterapkan untuk menggambarkan penggunaan nanoteknologi dalam ilmu biologi (Troncarelli et al. 2013).

 

Demikian pula, nanomedicine didefinisikan sebagai penerapan alat yang berbeda berdasarkan nanoteknologi agar berkembang lebih cepat dan lebih efisien untuk memecahkan masalah medis atau dalam manajemen penyakit. Tidak hanya mampu mengatasi tantangan yang dihadapi pengobatan konvensional, tetapi juga memungkinkan pemahaman dari berbagai proses fisiologis dan patologis. Pemahaman mendalam tentang proses tersebut memberikan kemungkinan baru dan konsep terapeutik untuk masalah yang sudah ada (Mohantya dkk. 2014).

 

Manfaat lain seperti nanotheranostic adalah juga sedang digunakan. Ini adalah formulasi baru yang memiliki sifat diagnostik dan terapeutik dalam satu aplikasi. Nanoteknologi memberikan data berharga tentang pengiriman obat, situs pelepasan obat dan efisiensi obat. Data ini membantu personalisasi intervensi terapeutik (Chapman dkk. 2013; Rizzo dkk. 2013). Dalam beberapa tahun terakhir, terjadi evolusi luar biasa dalam nanoteknologi yang memungkinkan dihasilkan terapi atau diagnostik cerdas dalam tes pengiriman zat. Penerapan Nanoteknologi tersebut bisa mendiagnosis penyakit sebelum gejala muncul, mengobati sel yang terinfeksi (ganas) secara selektif dan menghindarkan sel yang sehat, suplai hormon, atau enzim jika kekurangan dan bahkan bisa berbuat lebih banyak lagi.

 

Melalui responnya terhadap perubahan nilai pH, suhu, atau keberadaan bahan kimia tertentu, sistem pengiriman cerdas dapat dirancang untuk membuat keputusan secara mandiri melalui mekanisme pengaturan mandiri (Manuja et al.2012; Scott 2007).  Nanobiomaterial yang baru-baru ini dikembangkan (biasanya berukuran 5–20 nm) dirancang untuk memiliki kemiripan struktur dengan berbagai reseptor tubuh, ligan, DNA, dan protein.  Kesamaan struktural ini memfasilitasi interaksi mereka dengan membran seluler dan jaringan dalam kondisi biologis yang berbeda (Venkatesan dan Kim 2014, Yi et al. 2016).

 

Di antara nanobiomaterial yang paling disukai adalah nanocarrier berbasis lipid yang biodegradable. Penggunaannya mencegah bioakumulasi nanopartikel dalam sel dan toksisitas jangka panjang. Material tersebut dapat dengan mudah ditelan dan didegradasi oleh makrofag (Dobrovolskaia et al. 2016).  Pilihan ukuran nanoparticle (NP) yang sesuai adalah ditentukan menurut banyak faktor termasuk yang direncanakan aplikasi, sifat sel target, jenis / jumlah muatan agen, preferensi antara internalisasi jaringan / setengah lagi seumur hidup dalam sirkulasi, kebutuhan ekskresi cepat, cara pembersihan (sistem ginjal / retikuloendotelial), intensitas gambar kontras, bio-distribusi, dan tingkat stimulasi sistem kekebalan yang diinginkan dan jenis respons imun (Cormode dkk. 2013).  

Secara umum, ukuran TN tertentu dapat digunakan dalam bidang medis karena penggunaan NP besar biasanya dihindari karena dapat menyebabkan emboli. Material tersebut juga akan dengan cepat difagositisasi dan dibersihkan dari peredaran. Di sisi lain, jika ukurannya TN sangat kecil, semakin kecil ukurannya; maka akan segera dibersihkan oleh ginjal. Apalagi sangat kecil ukurannya mungkin menjadi lebih beracun dan reaktif sebagai rasionya antara luas permukaannya dengan peningkatan volumenya, selain peningkatan yang jelas dalam reaktivitas biologis dan kimianya. Ini, pada gilirannya, mengarah pada peningkatan produksi radikal bebas dan spesies oksigen reaktif (ROS) (Jain et al. 2011; Venkatesan dan Kim 2014; Yi dkk. 2016). Pembebasan ROS menghasilkan stres oksidatif, peradangan dan kompensasi  sel yang serius. TN lebih suka berkumpul di mitokondria dan mengganggu mekanisme pertahanan antioksidan seluler (Meena dkk. 2018).

 

Sifat fisik, kimia dan biologi dari material pada skala nano biasanya berbeda dari yang dimiliki material lain skala non-nano.  Karena pengurangan ukuran, molekul menjadi lebih reaktif (bio-aktif) dan lebih mudah larut. Material lebih stabil dan kurang terpengaruh oleh inaktivasi oksidatif dan potensinya peningkatan (Swain et al. 2015; Troncarelli et al. 2013).  Berdasarkan fenomena ini, TN tidak hanya digunakan sebagai pembawa tetapi juga dapat digunakan dalam reformulasi obat tradisional  untuk meningkatkan kelarutannya, meningkatkan farmakokinetiknya, dan mengurangi efek samping dan imunotoksisitasnya, misalnya, obat Paclitaxel (Cremophor-EL), digunakan dalam terapi kanker dapat menyebabkan reaksi anafilaksis pada pasien yang rentan, yang dapat dihindari saat menggunakan formulasi nano-albumin paclitaxel (Abraxane) (Dobrovolskaia et al. 2016).

 

Karena terdapatnya karakter baru yang didapat dari substansi yang sama jika berukuran nano, maka pengenalan ilmu baru untuk nanopharmacokinetics diperlukan (Casals et al. 2017).  Saat ini, TN banyak sekali jenisnya.  Biasanya, partikel nano terdiri dari inti yang ditutupi oleh cangkang (kapsul). NP dirancang untuk mengirimkan bebannya pada mereka target dengan salah satu dari dua cara. Agen terapeutik / diagnostic baik menempel di permukaan NP atau dienkapsulasi / terjebak di dalamnya (Sailor and Park 2012).  Kapsulnya TN memiliki kepentingan yang besar. Bisa meningkatkan difusi, degradasi, memuat obat-obatan, atau pencitraan. Penggunaan bahan pelapis membantu tertentu menutupi partikel dan melindunginya dari serangan sistem kekebalan (sebagai PEG), degradasi oleh katalis, atau kondisi pH yang ekstrim. Jenis yang dipilih kapsul mempengaruhi absorpsi, cara pemberian, metabolisme, ekskresi, stabilitas di dalam tubuh, distribusi, dan kapasitas beban partikel (Manuja et al. 2012).

 

Mengikuti pintu masuk NP ke bagian dalam sel, arahnya bervariasi sesuai dengan jalan endositik / transpor yang digunakan. Ini tergantung pada sifat fisiokimianya termasuk bahan, bentuk, ukuran, dan muatan yang digunakan (Jurj et al. 2017).  TN yang baru dikembangkan menawarkan keuntungan revolusioner dibandingkan dengan agen diagnostik dan terapeutik klasik.  Beberapa dari keuntungan terapeutik, diagnostik, dan profilaksis ini sudah dilaporkan.

 

Nanoteknologi memberikan solusi revolusioner untuk masalah kedokteran hewan tradisional dan telah menjanjikan tak terbatas untuk berbagai cabang kedokteran hewan dan peternakan. NP dapat diarahkan untuk menghilangkan berbagai patogen hewan bahkan yang menyebabkan infeksi kronis, patogen intraseluler dan parasit darah (Greenwood et al. 2008; Kroubi et al. 2010;Troncarelli dkk. 2013). Karena afinitas pengikatannya yang tinggi untuk antibodi, molekul gabungan dapat digunakan untuk keduanya tujuan diagnostik dan terapeutik (Manuja et al. 2012). 

NP juga dapat diikat ke berbagai antigen / protein untuk menghasilkan vaksin nano tingkat lanjut. Dengan terkontrolnya pelepasan antigen terikat, vaksin nano dapat menggantikan penggunaan adjuvan dan dapat memperpanjang durasi perlindungan vaksin (Moyer dkk. 2016). Aplikasi nanoteknologi dalam bidang kedokteran hewan tidak hanya terbatas pada pencegahan dan pengendalian penyakit tetapi juga diperluas untuk mencakup lainnya bidang yang membuat pemeliharaan hewan lebih menguntungkan peternak. Aplikasi tambahan dari nanoteknologi termasuk nutrisi hewan, reproduksi dan bahkan kesejahteraan hewan dan produk turunan keselamatan seperti produk perawatan hewan peliharaan seperti Shampo dan body lotion (Swain et al. 2015).  Faktor penting yang berdiri di belakang berbagai aplikasi ini nanoteknologi adalah variasi dalam struktur, sifat, dan sifat TN yang dikembangkan. 

 

Berbagai jenis TN dan aplikasinya di bidang kedokteran hewan dibahas secara rinci pada ulasan di bawah ini.

 

TUJUAN DIAGNOSIS

 

• Gabungan NP dengan antibodi spesifik tumor memungkinkan diagnosis kanker dini yang mencerminkan (A) tingkat kelangsungan hidup yang lebih baik dan (B) pemindaian seluruh tubuh untuk lesi metastasis (Krishnan dan George 2014)

• Sebagai agen pencitraan, zat ini lebih cerah, bertahan lebih lama di dalam tubuh dan memungkinkan penggunaan berulang zat pencitraan tanpa pembatasan hati / ginjal (Meena et al.2018)

• Nanorobotik dapat digunakan dalam bedah mikro investigasi / terapeutik. Nanorobotik ini juga dapat membawa nanocameras untuk membantu saat dilakukan operasi (Freitas 2005; Freitas 2005; Mohantya et al.2014)

• Bisa menyediakan alat skrining / diagnostik yang sangat cepat. Penggunaan chip array-nano dengan kepadatan tinggi memungkinkan mendeteksi ribuan protein, gen, antigen, atau biomarker penyakit secara bersamaan (Manuja et al. 2012)

 

TUJUAN TERAPEUTIS

 

• Mudah untuk memanipulasi sifat fisik / kimianya selama pembuatan sesuai dengan aplikasi yang direncanakan, menyediakan varian yang tak terbatas. Pada gilirannya, memungkinkan personalisasi konsep terapeutik dan diagnostik (Chapman dkk. 2013; Torres-Sangiao dkk. 2016; Zhao dkk. 2014)

• TN memungkinkan pembuatan formulasi yang mengandung agen terapeutik dan diagnostik dalam satu formulasi (nanotheranostics) (Rizzo et al. 2013).

• Rasio luas permukaan: volumenya yang tinggi memungkinkan pemuatan muatan dalam jumlah tinggi (Jain dkk. 2011; Venkatesan dan Kim 2014).

• TN dicirikan dengan stabilitasnya meskipun dibawah tekanan dan suhu tinggi (Swain et al. 2015)

• Karena ukurannya yang kecil, TN dapat melewati hambatan fisiologis yang berbeda sebagai bloood-brain barier (BBB), atau bahkan melalui membran sel / nukleus untuk mencapai situs target mereka dan menghindari deteksi dan eliminasi oleh sistem retikuloendotelial (Mishra et al. 2010; Mohantya dkk. 2014)

• TN biokompatibel, dapat dengan mudah berintegrasi dengan sistem biologis organisme tanpa menyebabkan inflamasi atau respons negatif imun (Jurj et al. 2017).

• Memfasilitasi administrasi banyak sediaan dengan mengganti obat suntik dengan aplikasi topikal (Schneider et al. 2009)

• Aktifkan pemantauan terapi / diagnostik secara real-time (Chapman dkk. 2013; Patil dkk. 2009)

• TN mampu melepaskan obat yang terkontrol (tempat / dosis). TN menargetkan lesi patologis secara efektif, selektif dan menumpuk di dalamnya mengarah ke : (A) pengobatan yang lebih efisien (prognosis / indeks terapeutik yang lebih baik); (B) pengurangan volume sirkulasi obat yang berarti lebih sedikit ekskresi ginjal dan inaktivasi hati terhadap obat misalnya meningkatkan ketersediaan hayati obat; (C) meminimalkan dosis terapeutik yang diperlukan yang memiliki dampak ekonomi; dan (D) menghindari efek sitotoksik pada jaringan sehat dan oleh karena itu menurunkan kejadian dan intensitas efek samping (Jurj et al. 2017)

• Menyediakan alat penghantaran obat pintar yang berkelanjutan / jangka panjang untuk pengiriman antibiotik, nanominerals, hormon, antioksidan, vitamin, asam nukleat, dan agen pencitraan (Saragusty dan Arav 2011).

• Memungkinkan pengobatan patogen kuat yang resisten terhadap multi-antibiotik (seperti MRSA dan XDR− / TDR− / MDR-TB), patogen intraseluler (seperti infeksi Brucella dan Leishmania) dan bahkan penyakit tidak menular kronis (Talukdar et al. 2014, Troncarelli et al. 2013).

• NP terapeutik generasi baru sangat spesifik untuk target yang berbeda, berbagai NP dikembangkan untuk mengobati genotipe yang berbeda dan fenotipe sel kanker bahkan tumor ganas yang kebal terhadap kemoterapi dan sel induk kanker.

TN bisa melakukan fungsi melalui berbagai mekanisme mis. NP dapat menghilangkan sel kanker dengan pengiriman agen kemoterapi, memanaskan sel, serangan imunologis selektif dari sel, atau melalui mematikan gen yang bertanggung jawab untuk apoptosis dan aktivasi terprogram kematian sel, atau bahkan menggunakan lebih dari satu alat ini dalam sasaran yang sama (Jurj et al. 2017)

• Penggunaan NP yang digabungkan dengan antibodi spesifik tumor memungkinkan eliminasi sel kanker metastatik dari sel primer lesi (Krishnan dan George 2014)

• Membuka cakrawala baru untuk rekayasa jaringan dan pencangkokan tulang (Williams 2008) Memberikan konsep baru untuk terapi gen, pengiriman DNA, RNA, protein atau peptida kecil di dalam sel (Riley dan Vermerris 2017; Sridharan dan Gogtay 2016)

• Mikro-robotika yang dikembangkan dapat menggantikan sel darah merah (pertukaran gas O2 / CO2) dan sel darah putih (menjebak sirkulasi patogen) (Freitas 2005, Freitas 2005, Mohantya et al. 2014)

 

TUJUAN PROFILAKSIS

• Memberikan konsep baru untuk pengembangan vaksin baru dan adjuvan yang lebih aman, efisien dan stabil untuk disimpan (Awate dkk. 2013; Torres-Sangiao dkk. 2016)

• Uji coba untuk mengembangkan sensor nirkabel yang dapat ditanamkan di bawah kulit pasien berisiko untuk mengukur berbagai fungsi vital dan tingkat protein target tertentu untuk memperingatkan setiap perubahan serius dalam situasi kesehatan mereka (pemantauan waktu nyata) (Patil et al. 2009, Saragusty and Arav 2011, Scott 2007)

 

JENIS NANOPARTIKEL

 

Ada banyak klasifikasi TN berdasarkan tiga hal sebagai berikut:

(1) asal dari bahan nanonya: TN dapat dibagi menjadi organic NP (misalnya protein, peptida, atau lipid); NP anorganik (seperti emas, perak, silika, besi, magnesium atau grafem) dan hibrida TN (Riley dan Vermerris 2017; Torres-Sangiao et al.2016);

(2) bentuk (misalnya bola, tabung atau tetesan cairan); dan

(3) aplikasi dan jenis muatan (misalnya terapeutik, diagnostik, pemberian vaksin, nutrisi) (Thulasi et al. 2013). Klasifikasi utama akan dibahas nanti.

 

Saat ini, klasifikasi yang paling umum diterapkan membagi NP seperti berikut:

 

1. NP Polimer:

Ada dua kelas polimer

(1) polimer sintetik, misalnya polietilen glikol (PGE) dan

(2) polimer alami berdasarkan polisakarida, misalnya inulin dan kitosan (Torres-Sangiao et al. 2016). Mereka diproduksi melalui adsorpsi molekul aktif pada permukaan polimer NP membentuk bola kompleks struktur polimer bercabang-hiper berbentuk pohon.

 

Bentuk ini menyerupai dendrimer kecuali cabang yang berasal dari inti memiliki jumlah yang berbeda titik percabangan (Elgqvist 2017; Mohantya et al.2014). Mereka dicirikan oleh pemuatan / konjugasi yang tinggi kapasitas. Polimer juga dapat digunakan dalam produksi NP hidrogel yang ditandai dengan kandungan airnya yang tinggi dan luas permukaan yang besar (Torres-Sangiao et al. 2016).

 

2. Liposom:

PEGylated non-toksik biodegradable bulat NP.  Inti airnya menghasilkan obat yang larut dalam air, radionuklida atau rangkaian RNA, DNA atau siRNA (RNA gangguan kecil) untuk terapi gen. Partikelnya adalah dilapisi dengan cangkang fosfolipid yang berlapis ganda membungkus obat-obatan yang larut dalam lemak (hidrofobik). Mereka mungkin merangkum berbagai antigen bahkan glikoprotein selubung virus (disebut virosom) (Torres-Sangiao et al. 2016). Itu permukaan luar dilapisi dengan lapisan PEG pelindung luar yang melindungi partikel dari serangan sistem imun. Antibodi chelated untuk penargetan dan agen pencitraan dapat diperbaiki di permukaan luar. Manfaat utama kelompok ini adalah mampu dalam menyampaikan obat terapeutik hidrofilik dan hidrofobik (Elgqvist 2017). Pasalnya, lipid yang masuk ke dalam pencernaan rentan pada GIT, liposom dapat dioleskan secara topikal atau sebagai injeksi tetapi tidak secara oral untuk menghasilkan hidrofobik dan obat hidrofilik. Struktur biodegradablenya merupakan kunci keamanan yang tinggi.

 

Liposom juga dapat dikonjugasikan menjadi antibodi (disebut imunoliposom) untuk menyerang sel ganas (Mohantya et al. 2014), atau terkonjugasi ke antigen asing untuk tujuan vaksinasi (BakkerWoudenberg et al. 2005). Bisa jadi liposom kationik digabungkan dengan DNA terkondensasi polimer kationik (disebut liposom-polycation-DNA NPs; LPD) yang dapat digunakan sebagai adjuvan untuk diberikan dengan vaksin DNA (TorresSangiao et al. 2016). Faktanya, liposom adalah pemberian obat yang sangat menarik sistem karena keamanannya yang tinggi, biodegradabilitas, biokompatibilitas, dan kemampuan untuk memuat hidrofilik dan hidrofobik persiapan pada saat bersamaan. Obat yang dimuat dapat dilepaskan melalui difusi sederhana atau internalisasi sel. Namun, kelemahan utamanya adalah stabilitas yang buruk, kapasitas penyimpanan yang singkat, oksidasi kapsul yang mudah dan pelepasan konten yang cepat (Jurj et al. 2017).

 

3. Buckyball (fullerene) dan buckytube (nanotube):

Buckyball merupakan bola kecil berbasis karbon NP yang dapat berinteraksi dengan mudah dengan sel, protein, atau patogen (Meena et al.2018; Mohantya et al.2014).  Ada banyak jenis fullerene. Jenisnya mungkin berdasarkan 20− / 60− / atau 100 atom Karbon.

Buckytube merupakan TN berbasis karbon lain yang memiliki bentuk silinder karakteristik. Buckytube mungkin memiliki dinding tunggal, ganda, atau banyak (Elgqvist 2017).

Nanotube dapat dimodifikasi untuk digunakan sebagai: (1) biosensor untuk mendeteksi glukosa, etanol dan immunoglobulin; atau (2) hibridisasi DNA elektro-kimia biosensor (Manuja et al. 2012).

 

Penerapan TN berbasis karbon ini relative dibatasi karena sifat hidrofobik dan ketidaklarutan air yang menyebabkan akumulasi mereka di organ dalam dengan tingkat degradasi yang rendah (Jurj et al. 2017). Namun, kelarutan karbon bekas dapat ditingkatkan melalui kovalen atau fungsionalisasi non-kovalen; yaitu dengan pengenalan gugus karboksilat / amonium di NP atau dengan konjugasinya dengan polimer hidrofilik biokompatibel dengan netral mengisi daya (misalnya PEG). (Jurj dkk. 2017). 

Sebagai alternatif, fungsionalisasi nonkovalen juga dapat dicapai melalui pelapisan nanotube dengan lapisan amphiphilic (misalnya SDS atau protein) (Reilly 2007).  Nanotube secara selektif dapat membunuh jaringan ganas.  Nanotube tersebut memasuki sel melalui endositosis atau melalui penyisipannya ke dalam membrane sel (Anand 2015) di mana mereka secara efisien diinternalisasi dan ditranslokasi di sitoplasma karena seperti jarum struktur (Jurj et al. 2017).

 

Uji coba dilakukan untuk memprogram buckyball untuk merilisnya memuat sebagai respons terhadap perubahan nilai pH. Hal ini akan mengaktifkan pelepasan gradien obat di jaringan tertentu di bawah kendali kondisi seperti dalam kasus kemoterapi. (Chowdhury et al. 2017; Harvey 2010). Degradasi nanotube dilakukan oleh neutrofil yang teraktivasi (oleh pencernaan) dan lainnya sel terkait tumor sebagai sel penekan yang diturunkan dari myeloid (MDSCs; melalui jalur oksidatif). Hal ini memungkinkan pengembangan nanotube karbon yang didoping nitrogen yang dimuat dengan obat-obatan dan ditambah dengan NP emas. NP terjebak oleh MDSC dan membuka untuk melepaskan obat yang dimuat (Dobrovolskaia dkk. 2016). 

Selain penggunaannya dalam pengobatan kanker, nanotube juga menarik untuk terapi gen dan pengiriman DNA karena nanotube berukuran kecil dan kelembaman kimiawi (Reilly 2007). Perannya dalam menargetkan obat ke sel yang sakit ditampilkan.

 

4. Nanoshell: 

Nanoshell memiliki bentuk bola dengan dielektrik inti (mis., silika / kaca) yang dilapisi dengan lapisan logam ultra-tipis (mis., emas). Nanoshell secara optik, yaitu dapat disesuaikan untuk menanggapi secara berbeda panjang gelombang sesuai dengan ketebalan lapisan emasnya. Bahan tersebut terutama digunakan di bidang diagnosis kanker (Mohantya et al.2014).  Bahan tersebut merespon cahaya inframerah yang dapat menembus seluruh sampel darah.

 

Konjugasi nanoshell emas dengan antibodi membantu untuk mendeteksi imunoglobulin pada konsentrasi yang sangat rendah dalam sampel darah (Manuja et al. 2012). Nanoshell punya juga aplikasi terapeutik; ukurannya yang sangat kecil memfasilitasi akumulasi mereka di jaringan tumor. Dengan iradiasi dengan laser IR, laser melewati jaringan sehat tanpa menghasilkan panas. Sebaliknya, file nanoshell yang terakumulasi dalam sel tumor menyerap IR radiasi selektif dan mulai memanas. Peka panas lapisan polimer meleleh dan obat yang dimuat dilepaskan pada tempatnya organ target (Freitas 2005; Freitas 2005). Atau, dengan paparan yang lebih lama, suhu sel kanker meningkat menjadi sekitar 55°C yang membunuh sel-sel ganas. Nanoshell lebih banyak biasa digunakan daripada titik kuantum, karena emas bersifat biokompatibel, lembam dan aman bagi tubuh sementara cadmium hadir di titik-titik kuantum beracun bagi tubuh (Hirsch dkk. 2003; Krishnan dan George 2014).  

NP Emas biasanya digunakan karena fisiknya yang unik, sifat kimia, dan optik, yang memungkinkannya untuk digunakan dalam produksi NP polimer, liposom, dan sebagai ligan untuk penargetan. Mereka ideal sebagai pencitraan tomografi terkomputasi agen saat digunakan dengan sinar-X. Mereka mengurangi intensitas Sinar-X dan oleh karena itu dapat digunakan sebagai adjuvan untuk radioterapi. NP emas juga biokompatibel dan tidak beracun bagi tubuh (Mieszawska et al. 2013). NP emas tidak aktif, jadi mereka meningkatkan umur dan biodistribusi muatan obat di dalam sirkulasi, meningkatkan farmakokinetiknya efek dan meningkatkan potensi terapeutik dari sediaan. Mereka meningkatkan akumulasi obat dalam sel kanker dalam waktu yang sama menginduksi sitotoksisitas minimal pada sel normal (Jurj dkk. 2017).

 

5. NP lipid padat:

Lipid stabil tersuspensi dalam larutan air. Mereka terdiri dari inti lipid hidrofobik dapat melarutkan obat berbasis radionuklida lipofilik (untuk terapi kanker). Ini dikelilingi oleh ekor dehidrasi lipid molekul fosfatidilkolin. Bagian luar hidrofilik kulit melapisi inti lemak yang menjadi tempat berbagai hidrofilik agen obat atau antibodi dapat dikonjugasikan. Lapisan luar hidrofilik meningkatkan stabilitas plasma dan biodistribusi, yang pada gilirannya meningkatkan ketersediaan hayati obat.  Selain itu, NP lipid padat kationik bisa langsung mengikat fragmen DNA / RNA dengan interaksi elektrostatis yang memungkinkan mereka untuk digunakan dalam terapi gen (Elgqvist 2017). NP lipid padat dapat diberikan secara topikal, oral atau sebagai suntikan untuk pengiriman sediaan pelepasan bertahap / lambat selama berminggu-minggu. Karena sifat lipidnya, NP lipid padat melekat mudah ke selaput lendir dan mudah diserap melalui mukosa. Salah satu keunggulan utamanya adalah kemampuannya untuk melewati BBB untuk mengantarkan obat ke dalam SSP (Mishra et al.2010; Mohantya et al.2014). Lipid padat formulasi NP juga digunakan sebagai pembawa koloid yang tetap dalam fase padat pada suhu kamar dan di dalam tubuh (Krishnan dan George 2014). Selain solid NP lipid, evaluasi penggunaan NP lipid cair sekarang dalam evaluasi (Elgqvist 2017).

 

6. Polimer misel:

Berbeda dengan NP lipid padat, polimer misel memiliki inti hidrofobik yang memungkinkan mereka untuk mengangkut sediaan yang tidak larut dalam air.  Inti hidrofobik ditutupi oleh pembuatan lapisan hidrofilik mereka sangat larut dalam air. Menurut sifat dari cangkang, polimer misel dapat dibagi menjadi 4 jenis: (1) cangkang fosfolipid, (2) cangkang asam poli-amino, (3) cangkang poliester biokompatibel, dan (4) misel pluronik dengan cangkang kopolimer blok yang terbuat dari hidrofobik dan zat hidrofilik (Mohantya et al. 2014).

 

7. Dendrimer:

NP ini sangat larut dalam air, biokompatibel, dan polivalensi terbuat dari sintetik yang sangat kecil. polimer yang ribuan kali lebih kecil dari tubuh sel (Chakravarthi dan Balaji 2010; Jurj et al. 2017).

 

Ukuran kecil dan komposisi kimianya menghindari stimulasi respon imun yang tidak diinginkan saat disuntikkan ke dalam sirkulasi (Chakravarthi dan Balaji 2010). Mereka adalah molekul 3D bercabang yang terlihat seperti pohon. Itu obat-obatan baik dimuat di dalam bola atau dilekatkan kelompok fungsional yang ditemukan pada permukaan dendrime (Mohantya et al.2014).

 

Dendrimer dapat dimuat zat terapi hidrofobik / hidrofilik yang berbeda melalui ikatan fisik dan kimia atau di dalam inti kosongnya melalui pemuatan non-ikatan. Selain itu, kovalen konjugasi obat yang dimuat dan dendrimer mungkin terjadi tempat yang menghasilkan peningkatan stabilitas dan perbaikan efisiensi terapeutik (Jurj et al. 2017). Dendrimer digunakan terutama dalam pengobatan kanker dengan melakukan skrining pada tubuh untuk keberadaan sel tumor dengan mengenali tumor reseptor sel. Jika ada, dendrimer mengikatnya dan lulus sangat dengan mudah melalui membran selnya. Di dalam sel tumor, dendrimer memulai reaksi kimia untuk mengidentifikasi sifat tumor. Langkah ini diikuti oleh pelepasan muatan kemoterapi atau bahan radioaktifnya di dalam tumor. Akhirnya, dendrimer mengirim sinyal jika pengobatan berhasil dan sel tumor mati (Mohantya et al.2014). Landers dan timnya merancang polimer dendritik terkonjugasi asam sialat yang meniru reseptor mamalia yang menjadi target virus influenza. Virus yang terperangkap diikuti dengan inaktivasi dan eliminasi (Landers et al. 2002). Dendrimer kationik dapat berinteraksi dengan lapisan ganda lipid membran sel. Muatan positif berinteraksi dengan muatan negatif membran dan meningkatkan permeabilitasnya dan akibatnya pemberian obat. Jika kepadatan muatan adalah tinggi, interaksi tersebut dapat mengakibatkan terganggunya membran sel dan menyebabkan kematian sel.  Efek yang tidak diinginkan ini bisa jadi dicegah jika permukaan kationik digantikan oleh molekul netral (Jurj et al. 2017).

 

8. Nanomaterial logam:

Logam berbeda (terutama emas) dapat digunakan untuk pembuatan logam nanomaterial. Mereka banyak digunakan dalam pengobatan kanker (Mohantya et al. 2014). Logam bekas lainnya termasuk gadolinium, mangan, perak, dan platinum NP. Inti metalik mereka dilapisi dengan pelindung cangkang diikuti oleh kapsul biokompatibel. Kapsul memungkinkan pengikatan bahan terapi atau pencitraan yang berbeda seperti antibodi penargetan atau chelated radionuklida. Molekul polietilen glikol juga ikatan ke partikel untuk melindungi mereka dari kekebalan sistem dan untuk menghindari pengikatan nonspesifik (Elgqvist 2017). Baru-baru ini, NP bimetalik digunakan untuk terapi kanker termasuk perak-emas (Fakhri et al. 2017) NP, silver – selenium (Mittal et al. 2014), atau gold-platinum (Alshatwi dkk. 2015).

 

9. NP oksida besi magnetik:

Keuntungan utama kelompok ini adalah kemampuannya untuk diarahkan melalui aliran darah ke sel targetnya dengan medan magnet eksternal.  Kelompok ini ideal untuk pencitraan, terapi panas, dan pengiriman obat. Namun, beberapa kekhawatiran tentang akumulasinya di jaringan telah dibahas (Manuja et al. 2012; Mohantya et al. 2014).  NP oksida besi magnetik terbuat dari inti besi (Fe3O4 atau Fe2O3), dilapisi dengan kapsul silika berpendar di mana obat-obatan kemoterapi ditanamkan ke lapisan luar (polimer shell) antibodi melawan antigen spesifik tumor berlabuh.  Kapsul polimer membantu juga dalam stabilisasi dari partikel. Kapsul harus gelap untuk menghindari gangguan fluoresensi. Karena sifat magnetiknya, mereka digunakan dalam beberapa aplikasi medis resonansi magnetik untuk diagnosis dan terapi kanker sebagai kompleks diagnostik multifungsi. Partikel biasanya dilapisi dengan polietilen glikol (PEG) untuk mencegahnya agregasi bersama sebagai magnet dan untuk melindunginya dari serangan sistem kekebalan.  Sebagai alternatif, lapisan silika lebih disukai dalam NP yang digunakan sebagai agen kontras dalam pencitraan kanker karena meningkatkan penyerapan cahaya (Elgqvist 2017).

 

10. Nanomaterial keramik:

Memiliki banyak keunggulan di atas jenis lainnya, menjadi benar-benar lembam dan mudah merancangnya.  Nanomaterial keramik dapat dengan mudah dibentuk dalam berbagai bentuk, porositas, dan ukuran. Nanomaterial keramik menawarkan perlindungan untuk beban mereka terhadap suhu tinggi dan nilai pH ekstrim (Mohantya et al.2014).

 

11. Titik kuantum:

Kristal kecil sekitar 2–10 nm, nanomolekul semikonduktor yang dapat distimulasi jika terkena cahaya. Mereka awalnya didirikan untuk penggunaan optoelektronik (Patil et al. 2009). Bagian semikonduktor biasanya terbuat dari CdS, CdSe, CdTe, ZnS, dan ZnSe (Torres-Sangiao et al. 2016). Titik Quantum terdiri dari inti dan kapsul dari bahan anorganik selain lapisan berair yang dapat dikonjugasikan ke berbagai molekul bio. Di intinya, ada kristal. Warna cahaya yang dipancarkan tergantung dari ukuran kristal. Titik Quantum bisa bentuk probe berumur panjang, murah dan mudah serta ringan biasanya bisa selama berjam-jam bahkan berhari-hari (Manuja et al. 2012). Titik Quantum dapat diberi label dengan biomarker seperti DNA atau protein, sehingga dapat digunakan untuk menyaring sampel darah untuk keberadaan protein tertentu, patogen, dan penanda tumor. Oleh karena itu, Titik Quantum biasa digunakan dalam diagnostik dan imunodiagnostik (Mohantya dkk. 2014). Titik kuantum adalah agen pencitraan yang ideal karena sifat fisiknya. Selain itu, mereka menawarkan alat baru untuk genetika analisis, diagnostik, dan penemuan obat (Meena et al. 2018). Titik Quantum dapat memvisualisasikan jalur sel dan melacak obat / biomolekul dalam tubuh yang menawarkan pemahaman lebih baik untuk studi fisiologis, patologis dan farmakologis (Meena et al. 2018).

 

12. Nanoemulsi:

Terbuat dari minyak berukuran nano yang distabilkan air. Tetesan minyak dilapisi dengan film tipis untuk menstabilkan mereka secara fisik (bukan kimiawi) melalui penggunaan surfaktan dan ko-surfaktan. Ada dua tipe dari nano-emulsi, oil-in-water (O / W), dan water-in-oil (W / O). Berbagai cara untuk pembuatan nanoemulsi telah diterapkan, terutama metode berenergi tinggi atau rendah. Nano-emulsi yang diproduksi dengan metode energi rendah lebih stabil pada suhu 4°C dan di suhu ruangan selama 2 bulan (Rodríguez-Burneo et al. 2017).

 

NP magnetik hidrofobik dapat dimasukkan ke dalam minyak tetes untuk menghasilkan nanoemulsion magnetik (Revia dan Zhang 2016).  Tergantung pada ukuran NP magnetik, tunggal domain atau diameter superparamagnetik dapat diproduksi. NP domain tunggal dapat digunakan untuk menghasilkan panas saat mengalami medan magnet eksternal. NP berdiameter superparamagnetik berukuran lebih kecil dari pada NP domain tunggal. Partikel besi mempertahankan keadaan non-magnetiknya di tidak adanya medan magnet eksternal. Namun, mereka melanjutkan sifat-sifat magnetis aslinya selama dikenakan ke medan magnet eksternal untuk dipandu ke mereka target melalui penerapan medan magnet eksternal pemandu. Nano-emulsi kehilangan magnet setelah pengangkatan bidang dan melanjutkan kembali keadaan non-magnetisnya. Ini sangat penting untuk mencegah adhesi NP magnet bersama di dalam tubuh (Rodríguez-Burneo et al. 2017). Nano-emulsi memiliki nilai terapeutik yang menjanjikan sebagai bakterisidal dan viricidal narkoba. Ketika nano-emulsi bersentuhan dengan selubung bakteri atau virus di tubuh hewan, tetesan minyak akan menempel ke amplop / membran dengan tegangan permukaan, dan bergabung bersama menyebabkan pelepasan obat di dalam sel bakteri. Nano-emulsi dapat digunakan sebagai kendaraan untuk pelepasan antigen untuk pembuatan vaksin. Berbagai antigen dapat dicampur bersama dalam satu partikel nano. (Torres-Sangiao dkk. 2016).

 

Sebaliknya, air dalam emulsi minyak NP digunakan sebagai bahan pembantu karena NP tersebut melepaskan antigen secara berangsur-angsur (bertindak sebagai depot antigen) menyebabkan pelepasan titer antibodi yang tinggi (Awate et al. 2013). Meskipun nano-emulsi aman digunakan sebagaimana mestinya tidak berpengaruh pada sel eukariotik (Anton dan Vandamme 2011; Kang et al. 2004), beberapa peneliti mengkhawatirkan efek samping lemak turun pada sel darah merah dan sel sperma jika diberikan secara sistemik (Chakravarthi dan Balaji 2010).

 

13. Gelembung nano:

Gelembung nano tetap stabil pada suhu kamar tetapi berkumpul bersama untuk membentuk gelembung mikro jika sedikit panas saat terkena gelombang ultrasonik. Gelembung nano biasanya digunakan untuk mengantarkan obat secara selektif ke dalam jaringan tumor (Rapoport et al. 2007). Liposomal gelembung nano juga digunakan dalam terapi gen (Mohantya dkk. 2014).

 

14. Respirosit dan mikrobivora:

Respirosit dan mikrobivora menyerupai fungsi sel darah merah dan sel darah merah, masing-masing. Selagi respirosit adalah perangkat nano yang secara efisien memasok jaringan dengan O2 dan menghilangkan akumulasi CO2 di kejadian yang terkontrol dengan baik menggunakan sensor pengaturan khusus, mikrobivora adalah perangkap sirkulasi yang menjebak patogen sirkulasi. Mikrobivora sebanding dengan makrofag dalam fungsinya. Mikroba yang dibersihkan akan menjadi dicerna secara enzimatis ke dalam unit bangunan aslinya termasuk asam amino (A.A.), asam lemak (F.A.), dan nukleotida (Freitas 2005; Freitas 2005; Mohantya dkk. 2014).

 

15. Nano / microrobots:

Nanobots adalah robot komputerisasi mikroskopis yang dapat diprogram. Mereka dapat melakukan berbagai tugas seperti memeriksa keberadaan tubuh sel ganas, atau untuk memasukkan nanocameras untuk memungkinkan pemantauan operasi. Upaya dilakukan untuk mengembangkan cytobots dan karyobots generasi baru yang mampu melakukan operasi intraseluler nirkabel (Freitas 2005; Freitas 2005).

 

16. NP Aluminosilikat:

NP aluminosilikat (polifosfat rantai pendek digabungkan dengan NP silika (polyP-SNPs)) dapat digunakan untuk mengurangi pendarahan melalui percepatan mekanisme pembekuan alami (Kudela et al. 2015).

 

NP JUGA DAPAT DIBAGI MENJADI SEBAGAI BERIKUT

 

1. TN anorganik: TN non-biodegradable, dicirikan oleh bentuknya yang kaku. Mereka bisa dibentuk dalam berbagai macam bentuk selama proses pembuatan. Yang paling terkenal Anggota di antara mereka adalah TN berbasis silica dicirikan oleh biokompatibilitasnya (Torres-Sangiao dkk. 2016; Zhao dkk. 2014)

 

2. Kompleks penstimulasi imun: terbuat dari supramolekul partikel adjuvan saponin Quil A digabungkan dengan antigen imunisasi yang memungkinkan fusi mereka dengan virus menyelimuti protein melalui interaksi hidrofobik. Ini struktur seperti kandang dapat menjebak berbagai antigen virus (Grgacic dan Anderson 2006; Noad dan Roy 2003)

 

3. Partikel mirip virus: partikel tersebut membentuk kisaran NP yang merakit sendiri dalam ukuran 20 - 800 nm. Partikel tersebut mengeluarkan asam nukleat, oleh karena itu, mereka dapat menstimulasi respon imun yang kuat tanpa dapat menyebabkan infeksi (Pushko et al. 2013)

 

4. Sistem / protein yang merakit sendiri: Sistem ini mengatur lebih tinggi tingkat struktur kuaterner protein yang akan digunakan imunisasi manusia / hewan (Kanekiyo et al. 2013)

 

5. NP Polimer telah dibahas sebelumnya. Ada NP polimer alam berbasis polisakarida sebagai inulin dan kitosan. NP polimer biasanya digunakan dalam pembuatan vaksin sebagai Vaksin Newcastle- dan DNA (Zhao et al. 2014)

 

6. Liposom: (dibahas sebelumnya)

 

7. Emulsi: (dibahas sebelumnya)

Klasifikasi lain yang disarankan oleh Riley dan Vermerris (2017), mengklasifikasikan NP yang digunakan dalam pengiriman gen menjadi berikut ini: Berbasis karbon NP, alami, dan berbahan dasar polimer sintetik nanomaterial telah dibahas sebelumnya selain nanomaterial organik dan anorganik.

 

1. NANOMATERIAL ANORGANIK:

 

Yang relatif aman dan aman biasanya biokompatibel dengan sitotoksisitas rendah. Nanomaterial ini punya sifat listrik dan optik unik yang dapat dengan mudah dimodifikasi selama pembuatan. Kelompok ini termasuk berbagai bahan anorganik seperti emas, perak, oksida besi, dan kalsium fosfat (Erathodiyil dan Ying 2011)

 

2. BAHAN NANO ORGANIK:

 

A) Protein dan peptida NP: 

Digunakan terutama dalam tes pengiriman gen (misalnya, gelatin) karena toksisitasnya yang rendah, biaya produksi, bio-degradabilitas tinggi, dan biokompatibilitas. Mereka juga dapat berinteraksi dengan berbagai muatan karena sifat amfifiliknya. Ada dua jenis gelatin bekas tipe A (diekstrak dari jaringan oleh asam) dan tipe B (diekstraksi oleh basa) yang berbeda dalam poin iso-listriknya (Jahanshahi dan Babaei 2008; Kommareddy dkk. 2007). Menggunakan gelatin B menawarkan keuntungan besar sebagai isoelektriknya titik 4,8–5,2, yang memungkinkannya berinteraksi dengan molekul bermuatan positif pada pH fisiologis. Gelatin B bermuatan negatif; Namun, saat itu menemukan endosom, ia mengubah muatannya dan menjadi bermuatan positif, sehingga positif beban yang terisi akan dilepaskan dengan lancar di dalam sel. Agar dapat digunakan untuk mengirimkan DNA, molekul gelatin harus dikonjugasikan dengan zat yang sangat positif (seperti Protamine sulfate) untuk menjebak DNA. dalam kompleks molekul (Lee et al. 2013; Riley dan Vermerris 2017). Materi genetik juga bisa dikirim bersama dengan agen terapeutik di saat yang sama ketika keduanya dimuat bersama di inti-shell NP di mana protein intinya terbuat dari albumin. (Karimi et al. 2013), protein bekas lainnya untuk hal dengan tujuan yang sama termasuk sutra fibroin (dari ulat sutera atau spesies laba-laba tertentu) dan protein jagung (Zein) (Shchepelina et al. 2011; Shukla dan Cheryan 2001)

 

B) Nanomaterial berbasis lipid: 

Nanomaterial ini dicirikan oleh kemampuan mereka untuk membangun vesikel dan membran karena sifat hidrofobik / amfifiliknya. Lipid kationik, berlawanan dengan lemak anionik dan netral, lebih efisien dalam pengiriman materi genetik karena mereka kemampuan untuk menyerap ke membran sel anionik (de Ilarduya dkk. 2010).

Molekul lipid berukuran kecil lainnya (disebut lipidoid) mendapat lebih banyak perhatian tahun-tahun terakhir sebagai pembawa siRNA. Studi dilakukan menggunakannya untuk mengirimkan siRNA untuk terapi kanker dan Pengobatan HCV (Knapp dkk. 2016; Moon dkk. 2016).

 

3. NP HIBRIDA: 

NP hibrida berisi lebih dari satu jenis NP, misalnya, sistem hibrid polimer-lipid yang dihasilkan dari pencampuran NP polimer dan liposom. Inti dari NP biasanya terbuat dari polimer hidrofobik biodegradable dan dimuat dengan obat yang larut dalam air untuk pelepasan secara terus menerus narkoba. Inti dilapisi dengan lipid monolayer tertutup dengan cangkang hidrofilik untuk menghindari respon imun. Itu lapisan lipid mengontrol penetrasi air ke TN dan pelepasan obat dari mereka (Prabhu et al. 2015). Hibrida lainnya sistem juga dikembangkan untuk pengiriman siRNA (Bellocq dkk. 2003). NP hibrida juga dapat dibangun menggabungkan NP terapeutik dan diagnostik bersama-sama seperti dalam kasus dari sistem nano hibrida misel. Dalam model ini, nanocrystals fungsional hidrofobik (digunakan untuk pencitraan) dimasukkan dalam inti sistem, sedangkan hidrofilik agen terapeutik dikonjugasikan ke permukaan luar (Liao et al. 2011; Yang et al.2010). NP hibrida virus adalah baru-baru ini digunakan untuk memantau fungsi biologis. Sistem ini dikembangkan melalui rekayasa ulang virus untuk bertindak sebagai NP sintetis.

 

NP hibrida memiliki keunggulan dibandingkan sistem lain yaitu: (1) seragam dalam ukuran dan bentuk; (2) NP hibrida bisa sarat dengan asam nukleat terapeutik dan mengirimkannya ke jaringan target dengan selektivitas tinggi; (3) NP hibrida dapat menawarkan lebih banyak perlindungan untuk beban asam nukleat mereka di dalam tubuh; dan (4) kapsid virus dapat digunakan untuk mengenkapsulasi obat asam nonnukleat sebagai tambahan (Steinmetz 2010; Steinmetz dkk. 2011). Permukaan kapsid juga dapat digabungkan ke nanocrystals magnetik digunakan untuk visualisasi MRI (Sailor dan Park 2012).

 

Merupakan hal yang umum untuk menggabungkan lebih dari satu fungsi menjadi nanosystem hybrid tunggal seperti menggabungkan NP oksida besi supermagnetik dan fluorescent optic sistem titik kuantum dalam operasi kanker. Sedangkan setrika oksida meningkatkan kontras MRI untuk identifikasi utama ukuran lesi selama persiapan operasi, titik kuantum memungkinkan ahli bedah untuk memvisualisasikan margin lesi yang tepat selama operasi dengan mata telanjang melalui pencitraan fluoresensi titik kuantum (Sailor and Park 2012).

 

Klasifikasi lain yang disarankan dirancang oleh (Sailor dan Park 2012) yang membagi TN menjadi dua kelas besar berdasarkan aplikasinya: nanocomponent struktural (untuk tujuan terapeutik) dan komponen nano fungsional (untuk tujuan diagnostik). Sedangkan golongan pertama bisa digunakan untuk pengiriman obat (termasuk liposom, misel, silika berpori, polimer dan virus) dan untuk pemanasan fototermal (NP emas, nanoshells, carbon nanotubes), golongan kedua dapat digunakan untuk pencitraan optik (NP Emas dan titik kuantum) dan MRI / penargetan magnetis (NP oksida besi).

 

PENGGUNAAN NANOTEKNOLOGI DALAM KEDOKTERAN HEWAN

 

Nanoteknologi memberikan pilihan hal yang sama kepada dokter hewan seperti juga dokter, termasuk terapi, diagnostik, rekayasa jaringan, produksi vaksin, dan disinfektan modern. Aplikasi nano sudah digunakan di lapangan kesehatan dan produksi ternak, pembiakan dan reproduksi ternak, dan nutrisi ternak / hewan (Manuja et al. 2012). Pengiriman obat langsung di sel target memungkinkan penggunaan dosis yang sangat rendah, yang pada gilirannya meminimalkan residu obat dan waktu penarikan (withdrawal time) pada hewan ternak (Troncarelli et al. 2013).

 

APLIKASI NANOTEKNOLOGI PADA PENYAKIT HEWAN

 

Diagnosis dan pengobatan

Nanoteknologi menawarkan solusi revolusioner untuk sebagian besar masalah serius yang dihadapi dokter hewan seperti tuberkulosis, brucellosis, Staphylococcus aureus resisten methicillin (MRSA), penyakit mulut dan kaki (FMD), bahkan infeksi dengan patogen intraseluler atau darah. Pertimbangan untuk mengarahkan agen yang diatur ke ambing mastitik sedang diselidiki (Greenwood et al.2008; Kroubi et al.2010; Troncarelli dkk. 2013). Penerapan nanodrug menawarkan banyak keuntungan dibandingkan obat konvensional dalam banyak aspek, salah satunya mereka adalah pengambilan keputusan independen mereka, misalnya, mengikat gentamisin dengan penaut peptida ke hidrogel, menjaga gentamisin secara medis tidak aktif selama penautnya utuh. Peptida linker hanya dapat diuraikan oleh enzim protease yang diproduksi oleh Pseudomonas aeruginosa, yaitu gentamisin akan hanya akan dibebaskan dan diaktifkan di hadapan Pseudomonas aeruginosa (Soppimath et al.2002; Suzuki dkk. 1998). TN menargetkan toksin dan reseptor bakteri juga dikembangkan untuk mengikat mikroflora patogen usus sebelum dibuang ke luar tubuh (Kim et al. 2010; Latour dkk. 2003; Underwood dan Van Eps 2012).

 

Perkembangan NP dikombinasikan dengan antibodi atau asam nukleat memungkinkan pengembangan tes diagnostik yang cepat, sensitif, spesifik, dan portabel. Pengembangan dari nano- dan biochip membantu tidak hanya dalam diagnosis pathogen tetapi juga dalam memahami faktor-faktor predisposisi genetik. Itu chip array-nano dengan kepadatan tinggi dapat dianalisis dan mendeteksi ribuan gen, antigen, atau penanda penyakit serentak. Mikroarray DNA dan protein juga dikembangkan untuk digunakan dalam penentuan efisiensi obat dan ekspresi gen. Dengan dimulainya era LOC (Lab-ona-Chip), deteksi DNA atau protein target bahkan dalam nano / ukuran sampel pico-liter diaktifkan (Manuja et al. 2012).  Selain itu, NPS digunakan dalam aplikasi diagnostik yang berbeda seperti agen pencitraan untuk MRI pada kucing (Kim et al. 2010; Underwood dan Van Eps 2012).

 

Di AS, NP emas menggantikan gangguan bedah di pengobatan kanker prostat pada anjing. Terapi bekas protokol membutuhkan dosis yang seribu kali kurang dari kemoterapi dan tidak memiliki efek samping pada jaringan sehat (Troncarelli dkk. 2013).

 

VAKSIN NANO DAN NANOADJUVAN

TN semakin banyak digunakan di bidang persiapan vaksin hewan. Mereka memiliki imunomodulator fundamental berfungsi untuk mempotensiasi respons imun. Mereka meningkat presentasi silang peptida dan mengaktifkan / memodulasi antigen menyajikan sel. Mereka juga bisa bertindak sebagai adjuvan

memperlambat pelepasan antigen yang meningkatkan efisiensi vaksin (Awate et al.2013; Kim et al. 2010; Torres-Sangiao dkk. 2016; Underwood dan Van Eps 2012). NP yang dimuat antigen juga dapat secara langsung menargetkan kelenjar getah bening yang menghasilkan perbaikan vaksin efisiensi (Moyer et al. 2016).

 

Ada banyak batu mil dalam pengembangan yang berbeda bentuk nanovaksin veteriner seperti:

(1) nano-emulsi vaksin, misalnya, rekombinan Bacillus anthracis berbasis spora vaksin dan vaksin virus influenza di mana kekebalan mukosa dikembangkan setelah pemberian intranasal,

(2) PLGA NP, misalnya, vaksin Heliobacter pylori, Toksoid Tetanus, Vaksin bordetella pertussis, vaksin kapsid virus Rota dan Vaksin Bovine parainfluenza tipe 3 yang menawarkan IgG keduanya dan respon imun IgA setelah pemberian oral,

(3) NP kitosan (glukosamin biopolimer) yang dapat diberikan S / C (misalnya, vaksin SOD Leishmania rekombinan), dan intranasal (misalnya, vaksin antigen A pneumokokus dan Vaksin Streptococci equi), atau paru (misalnya, vaksin TB). Vaksin nano lainnya juga dikembangkan untuk tujuan kedokteran hewan terhadap PMK (vaksin berbasis nanopartikel emas), Newcastle Disease (nanokapsulasi untuk diberikan secara oral), virus influenza (vaksin asam poli gamma glutamat untuk diterapkan intranasal atau nanopatch TM untuk dioleskan secara topikal), atau herpes virus simpleks 2 (pada NP kalsium fosfat), dan juga (4) kapsid kosong dan vaksin inti seperti partikel (CLP) dari Afrivan Horse sickness virus (AHSV) juga bisa dikembangkan dengan menggunakan sintesis African Horse Sickness yang dimediasi baculovirus partikel mirip virus (VLP) dari VP3 dan VP7 (inti utama protein) dan VP2 dan VP5 (protein kapsid luar). Itu vaksin yang dihasilkan menghasilkan sedikit respon imun sehingga diperlukan perbaikan dalam desain vaksin (Bielinska et al. 2007; Chen et al. 1998; Chen et al. 2010; Conway et al. 2001; Danesh-Bahreini et al. 2011; Fernando et al. 2010; Florindo et al. 2009; Greenwood et al. 2008; Hamouda et al. 2011; He et al. 2002; Illum et al. 2001; Jung et al. 2001; Kim et al. 1999; Maree et al. 2016; Ochoa-Repáraz et al. 2004; Okamoto et al.2009; Baca et al. 2005; Vila et al. 2004; Xu et al. 2011).

 

NANOTEKNOLOGI UNTUK KESEHATAN HEWAN DAN NUTRISI HEWAN 

Produksi nanominerals memberikan berbagai keuntungan bagi industri pakan ternak. Mereka lebih murah, dibutuhkan dalam konsentrasi yang lebih rendah, dan memiliki efek yang mendorong pertumbuhan dan imunestimulasi. Nanominerals juga dapat membantu mengontrol patogen yang ada dalam pakan dan mengatur proses fermentasi rumen. Akhirnya, mereka bisa digunakan untuk mengatasi banyak hal masalah reproduksi pada kawanan / flok (Swain et al. 2015).

 

Banyak nanominerals sekarang tersedia untuk penggunaan komersial seperti nano-ZnO yang meningkatkan laju pertumbuhan, kekebalan, dan status reproduksi hewan ternak dan burung. Ini menurun juga prevalensi diare pada anak babi (Mishra dkk. 2014; Yang dan Sun 2006). Dalam peternakan sapi perah, nano-Zn ada terbukti meningkatkan produksi susu dan mengurangi SCC masuk sapi menderita mastitis subklinis (Rajendran 2013).  Vitamin cair yang disiapkan oleh nanoteknologi tersedia  untuk pakan unggas. Nutrisi berukuran nano dirancang untuk lewat  melalui GIT dan mengirimkan vitamin atau nutrisi lainnya langsung di aliran darah dan karena itu meningkatkan ketersediaan hayati mereka. Mereka menutupi rasa yang tidak diinginkan dan meningkatkan dispersibilitas nutrisi dan daya tahan pakan. Selain itu, mereka mengurangi kebutuhan untuk menggunakan pengawet (Thulasi et al. 2013).

 

Mikroenkapsulasi bahan pakan melindunginya dari inaktivasi oleh cahaya dan oksidasi, atau degradasi oleh protease dan enzim pencernaan lainnya, menjaganya tetap stabil pada variabel nilai pH dan suhu, memungkinkan penyebaran yang lebih baik matetial tersebut dan memungkinkan pencampuran yang baik dari aditif yang larut dalam lemak dalam pakan, dan meningkatkan waktu hidup kapsulnya selama penyimpanan (Meena et al. 2018). Mikotoksikosis adalah penyakit serius yang menyerang hewan dan manusia. Mikotoksin dapat dideteksi pada sekitar 25% pakan ternak dengan prevalensi yang lebih tinggi di negara berkembang. Teknologinano memungkinkan pembuatan pengikat nanomycotoxin dari MgO-SiO2 yang mengikat aflatoksin secara efisien (Moghaddam kk. 2010).

 

Nanomaterial juga menyediakan bahan kemasan yang lebih baik yang memiliki efek antimikroba (misalnya, nano-zinc oxide), perlindungan dari lingkungan luar dan UV (nano-titanium dioksida) dan kekuatan ekstra (nano-titanium nitride). Perkembangan nanosensor juga memungkinkan pendeteksian kontaminasi biologis atau kimiawi bahkan dalam konsentrasi yang sangat kecil (Manuja et al. 2012).

 

NANOTEKNOLOGI DAN REPRODUKSI HEWAN

Ada berbagai aplikasi nanoteknologi di lapangan alat reproduksi hewan yang mengoptimalkan penampilan reproduksi secara umum pada tahapan yang berbeda mulai dari diagnosis dan pengobatan gangguan reproduksi, deteksi estrus untuk menyortir dan membekukan sperma dan diakhiri dengan layanan langsung dengan peralatan-nano selama melahirkan dan juga untuk mengelola masalah reproduksi seperti retensi plasenta (Swain et al. 2015).  NP juga dapat digunakan untuk pelepasan hormon reproduksi secara berkelanjutan. Mereka memberikan perlindungan yang diberikan hormon dan vitamin dari inaktivasi dan degradasi oleh oksidasi (mis., vitamin dan hormon steroid) atau hidrolisis (misalnya, hormon gonadotropik) (A Joanitti dan P Silva 2014).  Sensor nano adalah perangkat yang sangat sensitif berukuran nano dengan biomolekul probe seluler. Probe terbuat dari nanomaterial dan biasanya digunakan untuk tujuan diagnostik.

 

NP dapat disesuaikan untuk mendiagnosis penyakit infeksi saluran genital, gangguan metabolisme dan hormonal dan bahkan untuk deteksi estrus (Saragusty dan Arav 2011; Scott 2007). Demikian pula, nanotube dapat digunakan dalam mendeteksi estrus. Tabung ditanam di bawah kulit sapi dan tampak fluoresensi saat sapi masuk masa estrus. Tes ini didasarkan pada sensor  estradiol yang bisa mengukur level hormon dalam darah dan pengiriman hasil pembacaan pada sapi secara real-time ke komputer pusat untuk pemantauan sapi. Untuk inseminasi sapi, nanocapsules yang banyak mengandung semen sapi pejantan bisa diarahkan ke sel telur. Nanoteknologi bisa digunakan untuk menyortir sperma dan oosit. Biochip sedang dikembangkan untuk bisa memilih jenis kelamin janin (janin sexing) (Patil et al. 2009).

 

Sistem Nano juga dapat digunakan dalam cryo-konservasi sperma / oosit atau embrio. Injeksi mikro krioprotektan propilen glikol yang mengandung NP emas / logam memungkinkan pembekuan ultra-cepat dan kemudian pencairan cepat dan homogeny dari gamet dengan sinar lase (Saragusty dan Arav 2011). Seluruh proses ini dilakukan pada chip berdasarkan teknik mikrofluida (Zhao dan Fu 2017).

 

NP juga dapat digunakan untuk sterilisasi hewan sebagai kontrasepsi tergantung dari toksisitas beberapa NP logam seperti kadmium bila diberikan dalam dosis rendah. NP logam diarahkan ke saluran reproduksi hewan untuk dimanfaatkan efeknya di sana. NP juga dapat menggunakan antibodi yang dikonjugasikan NP atau memanaskan gonad menggunakan medan magnet eksternal untuk menghindari penggunaan pendekatan NP beracun (Meena et al. 2018).

NANOTEKNOLOGI UNTUK PERAWATAN HEWAN PELIHARAAN

 

Perawatan kesehatan hewan peliharaan merupakan industri yang berkembang di seluruh dunia. Nanoteknologi juga diterapkan untuk mengembangkan produk baru untuk hewan peliharaan. Sifat fisik dan kimia NP membantu dalam pengembangan penghilang bau permukaan dan disinfektan. Juga nanoteknologi terlibat dalam industri produk perawatan hewan peliharaan seperti sampo mengandung NP perak (Troncarelli et al.2013).

 

KEAMANAN

 

Meskipun TN umumnya aman untuk digunakan, beberapa mungkin memiliki efek berbahaya pada (1) pekerja perusahaan farmasi (misalnya, paparan paru yang lama ke nanotube karbon dapat menyebabkan gangguan reproduksi (Johansson et al. 2017), (2) pada pasien (misalnya, akumulasi NP oksida besi magnetik di dalam tubuh, atau melalui kerusakan yang disebabkan oleh ikatan yang tidak stabil antara agen terapeutik dan partikel yang dapat melepaskan obat di jaringan sehat selain jaringan target), persiapan di luar targetnya tidak hanya akan menyebabkan toksisitas jaringan yang sehat tetapi juga pada pengiriman dosis sub-terapeutik pada bagian target. Kemampuannya untuk melewati beberapa penghalang biologis di dalam tubuh seperti BBB bisa menimbulkan konsekuensi serius (Troncarelli et al. 2013), atau bahkan (3) pada lingkungan (misalnya, meningkatnya permintaan radionuklida, atau serat nano karbon juga ikut berperan menguras lapisan ozon di atmosfer (Manuja dkk. 2012, Mohantya dkk. 2014, Wu et al. 2018).

 

KESIMPULAN

 

Perkembangan pesat dalam perancangan dan manipulasi nanomaterial memungkinkan pengembangan varian tanpa akhir dari nanopartikel. Pada gilirannya, bisa mengarsipkan rekaman gangguan medis secara individu. Nanoteknologi memberikan revolusioner kemajuan di semua cabang kedokteran hewan dan peternakan seperti diagnosis, pengobatan, vaksinasi, produksi dan reproduksi hewan, pakan, dan higiene.

 

Sumber:

Amr El-Sayed dan Mohamed Kame. Advanced applications of nanotechnology in veterinary medicine.  2018.  Environmental Science and Pollution Research. Springer-Verlag GmbH Germany, part of Springer Nature 2018.