Sebuah tim yang dipimpin oleh NTU Singapura, untuk pertama kalinya, berhasil menangkap gerakan mekanis kecil pada sel penglihatan malam mata saat mendeteksi cahaya. Terobosan ini dapat membuka jalan bagi deteksi dini dan non-invasif penyakit penyebab kebutaan.
Sebuah tim yang dipimpin oleh Universitas Teknologi Nanyang, Singapura, telah menangkap gerakan mekanis kecil di mata tepat pada saat mata mendeteksi cahaya — sebuah penemuan yang dapat mengubah cara dokter mendeteksi penyakit yang menyebabkan kebutaan jauh sebelum penglihatan hilang.
Dengan menggunakan teknik pencitraan canggih, kelompok internasional tersebut mencatat kontraksi cepat pada fotoreseptor batang, yang disebut sel penglihatan malam pada mata, baik pada mata manusia maupun hewan pengerat yang masih hidup. Sel-sel ini memungkinkan kita untuk melihat dalam cahaya redup dan termasuk yang pertama kali mengalami kerusakan pada kondisi seperti degenerasi makula terkait usia dan retinitis pigmentosa.
Peneliti utama Tong Ling, seorang Asisten Profesor Nanyang di Sekolah Kimia, Teknik Kimia, dan Bioteknologi NTU, menggambarkan gerakan yang baru diamati tersebut sebagai semacam titik pemicu bagi penglihatan.
“'Kedutan' sel penglihatan malam pada mata mirip dengan percikan api yang memicu penglihatan. Kita telah lama mengetahui bahwa sel-sel ini menghasilkan sinyal listrik ketika menyerap cahaya, tetapi hingga saat ini, belum ada yang pernah melaporkan kontraksi mekanis sel-sel ini di dalam mata manusia atau hewan pengerat yang hidup,” katanya dalam siaran pers.
Fotoreseptor batang terletak di retina di bagian belakang mata dan membentuk sebagian besar sel pengindera cahaya. Fotoreseptor ini sangat sensitif, mampu merespons tingkat cahaya yang sangat rendah, yang menjadikannya sangat penting untuk penglihatan malam tetapi juga rentan terhadap kerusakan dini.
Ling mencatat bahwa penelitian ini menjelaskan langkah dasar bagaimana mata mengubah cahaya menjadi sinyal yang dapat dipahami oleh otak.
“Temuan ini mengungkapkan langkah mendasar dalam proses di mana fotoreseptor batang mendeteksi cahaya dan mengirimkan informasi visual ke otak. Sel-sel ini membentuk sekitar 95% dari semua fotoreseptor di retina manusia,” tambahnya.
Temuan tim tersebut dipresentasikan oleh Ling pada Pertemuan Tahunan Asosiasi untuk Penelitian dalam Penglihatan dan Oftalmologi tahun 2024 dan diterbitkan dalam jurnal Light: Science & Applications.
Untuk membuat penemuan ini, para peneliti menggunakan metode mutakhir yang disebut optoretinografi, atau ORG. Tidak seperti tes mata tradisional yang bergantung pada rekaman listrik atau memerlukan kilatan cahaya terang dan kontak dengan mata, ORG dapat mendeteksi pergerakan yang sangat kecil pada sel retina tanpa pewarna, label, atau menyentuh mata.
Dengan ORG, para ilmuwan mengukur kontraksi cepat sel batang hingga sekitar 200 nanometer — kira-kira seperseribu lebar rambut manusia — dalam waktu sekitar 10 milidetik setelah cahaya mengenai retina. Itu lebih cepat daripada kepakan sayap burung kolibri sekali saja.
Dengan menggabungkan pengukuran ini dengan pemodelan biofisik, tim tersebut menghubungkan gerakan tersebut dengan aktivasi rhodopsin, molekul peka cahaya di dalam sel batang. Ketika rhodopsin menyerap cahaya, ia memicu serangkaian peristiwa yang pada akhirnya menghasilkan sinyal listrik yang dikirim sepanjang saraf optik ke otak. "Kedutan" mekanis yang baru diamati ini tampaknya merupakan salah satu tanda fisik paling awal dari dimulainya proses tersebut.
Penulis pendamping Ramkumar Sabesan, seorang asisten profesor riset di Departemen Oftalmologi di Fakultas Kedokteran Universitas Washington, menekankan betapa dahsyatnya manfaat mengamati sel batang beraksi secara langsung.
“Ini adalah pertama kalinya kami dapat melihat fenomena ini pada sel batang di mata yang hidup. Disfungsi sel batang adalah salah satu tanda paling awal dari banyak penyakit retina, termasuk AMD dan retinitis pigmentosa. Kemampuan untuk memantau langsung respons sel batang terhadap cahaya memberi kita alat yang ampuh untuk mendeteksi penyakit dan melacak respons pengobatan lebih awal dan dengan sensitivitas yang lebih tinggi daripada instrumen diagnostik konvensional mana pun,” katanya dalam siaran pers tersebut.
Saat ini, banyak alat klinis untuk menilai fungsi sel batang relatif kurang akurat. Alat-alat tersebut mungkin mengharuskan pasien untuk menjalani tes yang tidak nyaman atau hanya dapat mendeteksi kerusakan setelah cukup parah. Karena ORG bersifat non-kontak dan non-invasif, alat ini dapat mempermudah pemeriksaan pasien lebih sering dan mendeteksi perubahan halus pada kesehatan sel batang sebelum gejala muncul.
Penelitian terbaru ini didasarkan pada teknik sebelumnya dari kelompok riset yang sama, yang dilaporkan pada tahun 2024, yang mengukur pergerakan sel batang yang lebih lambat sebagai respons terhadap rangsangan visual redup. Bersama-sama, pendekatan ini menawarkan gambaran yang lebih lengkap tentang bagaimana sel batang berperilaku dalam berbagai skala waktu dan tingkat cahaya, berpotensi memberikan para klinisi serangkaian sinyal yang lebih kaya untuk melacak penyakit.
Para ahli independen mengatakan teknologi ini dapat mengubah peta persaingan di bidang sains dan kedokteran. Jost Jonas, seorang dokter mata dan ilmuwan klinis yang menjabat sebagai Ketua Departemen Oftalmologi di Universitas Heidelberg di Jerman, menyebut pendekatan ini sebagai sesuatu yang baru dan menjanjikan.
“Optoretinografi sebagai teknik baru sangat menarik dan menjanjikan secara klinis dan ilmiah, karena untuk pertama kalinya memungkinkan visualisasi non-invasif pergerakan struktur seluler di mata manusia hidup pada skala nano. Hal ini berlaku untuk sel batang sebagai fotoreseptor serta sel-sel lain di retina,” katanya.
Ia menambahkan bahwa metode tersebut "dengan demikian dapat membuka jalan baru untuk lebih memahami sel-sel retina dalam cara kerjanya dan hubungannya dengan sel-sel tetangga, serta secara klinis memungkinkan diagnosis penyakit retina yang lebih rinci, dan berpotensi lebih awal, khususnya gangguan yang terutama memengaruhi fotoreseptor," menyoroti potensi jangkauannya yang melampaui sel batang saja.
Proyek ini menyatukan para insinyur biomedis, fisikawan, dan ilmuwan klinis dari berbagai institusi, termasuk tim di Singapore Eye Research Institute dan Duke-NUS Medical School, yang memberikan keahlian dalam pencitraan retina dan model hewan pengerat.
Ke depannya, para peneliti membayangkan ORG akan disempurnakan dan diadaptasi untuk digunakan di klinik mata. Jika studi di masa mendatang mengkonfirmasi bahwa perubahan halus pada "kedutan" sel batang dapat secara andal menandakan penyakit dini, dokter suatu hari nanti dapat menggunakan pemindaian cepat dan tanpa rasa sakit untuk mendeteksi gangguan retina pada tahap di mana pengobatan memiliki peluang terbaik untuk mempertahankan penglihatan.
Bagi pasien yang berisiko buta, itu bisa berarti sesuatu yang sederhana namun mendalam: menjaga agar penglihatan tetap hidup selama bertahun-tahun lagi.