Penerapan Nanoteknologi di Subsektor Kedokteran Hewan dan Peternakan

Penerapan nanoteknologi sudah banyak digunakan di subsektor kedokteran hewan dan peternakan. Penerapan nanoteknologi semakin meluas penggunaannya untuk diagnosis, terapi, produksi vaksin hewan dan disinfektan peternakan. Juga untuk pemuliaan dan reproduksi ternak, serta nutrisi hewan. Penerapannya sangat menjanjikan untuk kemajuan subsektor kedokteran hewan dan peternakan dalam rangka meningkatkan produksi pangan terutama untuk pemenuhan penyediaan protein hewani.

 

Penerapan nanoteknologi (NT) dalam bidang kedokteran hewan tidak hanya terbatas pada pencegahan dan pengendalian penyakit tetapi meluas ke bidang lainnya yang bertujuan agar pemeliharaan ternak lebih menguntungkan bagi peternak. Penerapan nanoteknologi mencakup nutrisi hewan, reproduksi dan bahkan kesejahteraan hewan dan keamanan produk turunannya seperti produk perawatan hewan kesayangan misal shampo dan body lotion.

 

Faktor penting yang berdiri di belakang berbagai penerapan nanoteknologi ini yaitu variasi dalam struktur, sifat, dan pengembangannya. Berbagai jenis nanoteknologi dan penerapannya di bidang kedokteran hewan dan peternakan dibahas secara ringkas satu per satu.

 

DIAGNOSIS

 

Gabungan nanopartikel (NP) dengan antibodi spesifik tumor memungkinkan diagnosis kanker dini yang mencerminkan: (a) tingkat kelangsungan hidup yang lebih baik; dan (b) pemindaian seluruh tubuh terhadap lesi metastasis. Metastasis adalah kondisi ketika sel kanker telah menyebar ke beberapa jaringan tubuh.

 

Ketika sebagai agen pencitraan dari Nanoteknologi, zatnya tampak lebih cerah, bertahan lebih lama di dalam tubuh dan memungkinkan penggunaannya berulang tanpa menggangu aktivitas hati dan ginjal.

 

Nanorobot dapat digunakan dalam bedah mikro investigasi / terapi. Nanorobot ini juga dapat dilengkapi dengan nanokamera untuk membantu saat dilakukan operasi.

 

Nanoteknologi (NT) 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.

 

TERAPI

 

Nanoteknologi (NT) memudahkan dalam memanipulasi sifat fisik atau kimia bahan selama pembuatan sesuai dengan penerapan yang direncanakan dan menyediakan varian yang tak terbatas. Pada gilirannya, memungkinkan konsep personalisasi terapi dan diagnosis.

 

NT memungkinkan pembuatan formulasi yang mengandung agen diagnosis dan terapi dalam satu formulasi yang disebut nanotheranostic. Dengan kata-kata lain yaitu mendiagnosis dan mengobati penyakit secara bersamaan.

 

NT dicirikan dengan stabilitas meskipun dibawah tekanan dan suhu tinggi.

 

Karena ukurannya yang kecil, nanopartikel dapat melewati hambatan fisiologis penghalang darah otak, atau melalui membran / inti sel untuk mencapai situs targetnya dan menghindari deteksi dan eliminasi pada sistem retikuloendotelial.

 

Nanopartikel biokompatibel, dapat dengan mudah berintegrasi dengan sistem biologis organisme tanpa menyebabkan inflamasi atau respons imun tubuh negatif.

 

Memfasilitasi pemberian sediaan jumlah banyak sehingga mengganti obat suntik dengan aplikasi topikal.

 

Nanoteknologi menargetkan lesi patologis secara efektif dan selektif dimanfaatkan untuk : (a) pengobatan yang lebih efisien (prognosis / indeks terapi lebih baik); (b) pengurangan volume sirkulasi obat, yang berarti lebih sedikit ekskresi di ginjal dan inaktivasi di hati terhadap obat misalnya meningkatkan ketersediaan hayati obat; (c) meminimalkan dosis terapi yang diperlukan yang mempunyai dampak ekonomi; dan (d) menghindari efek sitotoksik (kerusakan sel) pada jaringan sehat sehingga menurunkan kejadian dan intensitas efek samping.

 

NT menyediakan sarana penghantaran obat jangka panjang untuk penghantaran antibiotik, nanomineral, hormon, antioksidan, vitamin, asam nukleat, dan agen pencitraan.

 

NT memungkinkan pengobatan patogen yang resisten terhadap multi-antibiotik (seperti MRSA dan XDR− / TDR− / MDR-TB), patogen intraseluler (seperti infeksi Brucella dan Leishmania) dan penyakit kronis yang tidak menular.

 

Nanopartikel terapi generasi baru sangat spesifik untuk target yang berbeda, berbagai Nanopartikel dikembangkan untuk mengobati genotipe dan fenotipe sel kanker yang berbeda-beda. Juga untuk mengobati tumor ganas yang kebal terhadap kemoterapi. Nanoteknologi bisa berfungsi melalui beberapa mekanisme, misal nanopartikel dapat menghilangkan sel kanker dengan penghantaran agen kemoterapi, pemanasan sel, immunosupresif selektif, atau dengan cara mematikan gen yang menimbulkan apoptosis. Penggunaan Nanopartikel yang digabungkan dengan antibodi spesifik tumor memungkinkan eliminasi sel kanker metastatik dari sel primer lesi.

 

NT membuka cakrawala baru untuk rekayasa jaringan dan pencangkokan tulang.

NT memberikan konsep baru untuk terapi gen, penghantaran DNA, RNA, protein atau peptida kecil di dalam sel.

Mikro-robotika yang dikembangkan dapat menggantikan sel darah merah (untuk pertukaran oksigen / karbon dioksida) dan sel darah putih (untuk mencegah sirkulasi patogen).

 

PENCEGAHAN

 

NT membuat pengembangan vaksin dan adjuvan baru yang lebih aman, efisien dan stabil ketika disimpan.

 

Uji coba untuk mengembangkan sensor nirkabel yang ditanamkan di bawah kulit pasien-berisiko untuk mengukur berbagai fungsi vital dan tingkat protein target tertentu. Ini berguna untuk memantau setiap perubahan vital kondisi kesehatan pasien dengan pemantauan real-time.

 

NANOTEKNOLOGI KEDOKTERAN HEWAN

 

Nanoteknologi memberikan pilihan hal yang sama kepada dokter hewan seperti juga dokter, meliputi terapi, diagnosis, rekayasa jaringan, produksi vaksin, dan disinfektan modern. Penerapan nano sudah digunakan di bidang kesehatan hewan dan produksi ternak, pembiakan dan reproduksi ternak, dan nutrisi ternak. Penghantaran obat langsung ke sel target memungkinkan penggunaan dosis yang sangat rendah, pada gilirannya meminimalkan residu obat dan waktu henti obat (withdrawal time) pada hewan ternak.

 

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 kuku (PMK), bahkan infeksi dengan patogen intraseluler.

Penerapan nanodrug menawarkan banyak keuntungan dibandingkan obat konvensional dalam banyak aspek, salah satunya adalah pengambilan keputusan independen. Misalnya, mengikat gentamisin dengan penaut peptida ke hidrogel, menjaga gentamisin secara medis tidak aktif selama penautnya utuh. Penaut peptida hanya dapat diuraikan oleh enzim protease yang diproduksi oleh Pseudomonas aeruginosa. Gentamisin hanya akan dibebaskan dan diaktifkan dengan Pseudomonas aeruginosa. Nanoteknologi menargetkan toksin dan reseptor bakteri juga dikembangkan untuk mengikat mikroflora patogen usus sebelum dibuang ke luar tubuh.

 

Perkembangan nanopartikel dikombinasikan dengan antibodi atau asam nukleat memungkinkan pengembangan tes diagnosis 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. Chip array-nano dengan kepadatan tinggi dapat dianalisis dan mendeteksi ribuan gen, antigen, atau penanda penyakit serentak.

 

Microarray DNA dan protein juga dikembangkan untuk digunakan dalam penentuan efisiensi obat dan ekspresi gen. Dengan dimulainya era Lab-on-a-Chip (LOC), deteksi DNA atau protein target bahkan dalam sampel ukuran nano / pico-liter diaktifkan. Selain itu, Nanopartikel digunakan dalam aplikasi diagnostik yang berbeda seperti agen pencitraan untuk MRI pada kucing.

 

Di Amerika Serikat, nanopartikel emas menggantikan gangguan bedah pada pengobatan kanker prostat pada anjing. Terapi dengan protokol ini membutuhkan dosis lebih sedikit yaitu seribu kali kurang dari kemoterapi dan tidak memiliki efek samping pada jaringan sehat.

 

NANOVAKSIN DAN NANOADJUVAN

 

Nanoteknologi semakin banyak digunakan di bidang pembuatan vaksin hewan. Teknik tersebut memiliki imunomodulator fundamental berfungsi untuk meningkatkan potensi respons imun tubuh. Teknik tersebut meningkat presentasi silang peptida dan mengaktifkan / memodulasi antigen menyajikan sel. Nanopartikel juga bisa bertindak sebagai adjuvan untuk memperlambat pelepasan antigen sehingga dapat meningkatkan efisiensi vaksin. Nanopartikel yang dimuat antigen juga dapat secara langsung menargetkan kelenjar getah bening yang menghasilkan perbaikan efisiensi vaksin.

 

Ada banyak batu loncatan dalam pengembangan nanovaksin untuk hewan 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) Nanopartikel polimer Poly-Lactic-co-Glicolyc Acid (PLGA), misalnya, vaksin Heliobacter pylori, Toksoid Tetanus, bordetella pertussis, kapsid virus Rota dan Bovine parainfluenza tipe 3 yang merangsang respons imun tubuh antibodi IgG dan IgA setelah pemberian oral. (3) Nanopartikel 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 hewan seperti vaksin PMK (vaksin berbasis nanopartikel emas), Newcastle Disease (nanokapsulasi diberikan secara oral), virus influenza (vaksin asam poli gamma glutamat diterapkan intranasal, atau nanopatch TM dioleskan secara topikal), atau herpes virus simpleks 2 (pada NP kalsium fosfat). (4) Kapsid kosong dan vaksin inti seperti partikel Corpus luteum persisten (CLP) dari Afrivan Horse sickness virus (AHSV) juga bisa dikembangkan dengan menggunakan sintesis African Horse Sickness yang dimediasi baculovirus partikel mirip virus dari VP3 dan VP7 (inti utama protein) dan VP2 dan VP5 (protein kapsid luar). Vaksin yang diperoleh ini menghasilkan sedikit respon imun sehingga diperlukan perbaikan dalam desain vaksin.

 

KESEHATAN HEWAN DAN NUTRISI HEWAN

 

Produksi nanomineral memberikan berbagai keuntungan bagi industri pakan ternak. Harganya lebih murah, dibutuhkan dalam konsentrasi yang lebih rendah, dan memiliki efek yang mendorong pertumbuhan dan stimulasi imun tubuh hewan. Nanomineral juga dapat membantu mengontrol patogen yang ada dalam pakan dan mengatur proses fermentasi rumen. Akhirnya, nanomineral bisa digunakan untuk mengatasi banyak hal masalah reproduksi pada peternakan.

 

Banyak nanomineral sekarang sudah tersedia untuk penggunaan komersial seperti nano-ZnO yang meningkatkan laju pertumbuhan, kekebalan, dan reproduksi hewan ternak. Dalam peternakan sapi perah, nano-Zn ada terbukti meningkatkan produksi susu dan mengurangi somatic cell count (SCC) pada sapi penderita mastitis subklinis. Vitamin cair yang disiapkan dengan nanoteknologi telah dapat digunakan untuk pakan unggas.

 

Nutrisi berukuran nano dirancang untuk melewati saluran pencernaan yang dapat menghantarkan vitamin atau nutrisi lainnya langsung ke aliran darah, sehingga meningkatkan ketersediaan secara hayati. Nanonutrisi ini menutupi rasa yang tidak diinginkan dan meningkatkan efisiensi pembentukan emulsi (dispersibilitas) nutrisi dan daya tahan pakan. Selain itu, nanonutrisi mengurangi penggunaan bahan pengawet.

 

Mikroenkapsulasi merupakan teknologi untuk menyalut atau melapisi suatu zat inti dengan suatu lapisan dinding polimer sehingga menjadi partikel-partikel berukuran mikro. Tujuan dari mikroenkapsulasi melindungi zat inti dari pengaruh lingkungan, menutupi rasa dan bau tidak enak, menyatukan zat-zat yang tidak tersatukan. Mikroenkapsulasi bahan pakan bertujuan untuk: (a) melindungi bahan dari inaktivasi oleh cahaya dan oksidasi, (b) melindungi degradasi oleh protease dan enzim pencernaan lainnya, (c) menjaga bahan tetap stabil pada variabel nilai pH dan suhu, (d) memungkinkan penyebaran bahan tersebut lebih baik, (e) memungkinkan pencampuran zat aditif yang larut dalam lemak lebih baik, dan (f) meningkatkan waktu kadaluarsa kapsul selama penyimpanan.

 

Mikotoksikosis adalah penyakit yang menyerang hewan dan manusia disebabkan oleh mikotoksin. Mikotoksin dapat dideteksi pada sekitar 25% pakan ternak dengan prevalensi yang lebih tinggi di negara berkembang. Teknologinano memungkinkan pembuatan pengikat nanomycotoxin, seperti MgO-SiO2 yang mengikat aflatoksin secara efisien.

 

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

 

REPRODUKSI TERNAK

 

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.

 

NP juga dapat digunakan untuk pelepasan hormon reproduksi secara berkelanjutan. Nanoteknologi ini memberikan perlindungan terhadap hormon dan vitamin dari inaktivasi dan degradasi oleh oksidasi (misalnya vitamin dan hormon steroid) atau oleh hidrolisis (misalnya hormon gonadotropin). Sensor nano merupakan 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 reproduksi, gangguan metabolisme dan hormonal dan bahkan untuk deteksi estrus. Demikian pula, nanotube dapat digunakan dalam mendeteksi estrus. Tabung yang ditanam di bawah kulit sapi akan tampak fluoresensi (perpendaran sinar fluor) saat sapi masuk masa estrus. Tes ini didasarkan pada sensor estradiol yang bisa mengukur level hormon dalam darah dan mengirimkan hasil pembacaan pada sapi secara real-time ke komputer pusat untuk pemantauan sapi. Untuk inseminasi sapi, nanokapsul 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.

 

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 laser. Seluruh proses ini dilakukan pada chip berdasarkan teknik mikrofluida.

 

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 tempatnya. NP juga dapat menggunakan antibodi yang dikonjugasikan NP atau memanaskan gonad menggunakan medan magnet eksternal untuk menghindari penggunaan pendekatan NP beracun.

 

PERAWATAN HEWAN KESAYANGAN

 

Perawatan kesehatan hewan kesayangan 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 kesayangan seperti sampo mengandung NP perak.

 

EFEK KEAMANAN

 

Meskipun Nanoteknologi 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; (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 penghantaran dosis sub-terapi pada bagian target. Kemampuannya untuk melewati beberapa penghalang biologis di dalam tubuh seperti penghalang darah otak bisa menimbulkan konsekuensi serius; dan (3) pada lingkungan (misalnya, meningkatnya permintaan radionuklida, atau serat nano karbon juga ikut berperan menguras lapisan ozon di atmosfer).

 

KESIMPULAN

 

Perkembangan pesat dalam perancangan dan manipulasi nanomaterial memungkinkan pengembangan varian tanpa akhir dari nanopartikel. Pada gilirannya, bisa mengarsipkan rekaman personalisasi gangguan medis. Nanoteknologi menopang kemajuan pesat subsektor kedokteran hewan dan peternakan seperti diagnosis, pengobatan, vaksinasi, produksi, reproduksi, pakan, dan higiene ternak.

 

SUMBER:

Pudjiatmoko. Penerapan Nanoteknologi di Subsektor Kedokteran Hewan dan Peternakan . Pangan News 27 Agustus 2023. https://pangannews.id/berita/1692282517/penerapan-nanoteknologi-di-subsektor-kedokteran-hewan-dan-peternakan