The Ender VX500 : Transformasi Solutif 3D Printer untuk Penanganan COVID-19 Berdampingan dengan Illumina Sequencing

Direkomendasikan oleh Edeline Clarissa (Archaea‘22)

Semenjak pandemi COVID-19, kebutuhan akan diagnosis penyakit terkait semakin meningkat. Peningkatan kebutuhan tersebut pun menyebabkan kesulitan dalam memenuhi setiap permintaan konsumen dan diagnosis semakin sulit untuk dilakukan, termasuk penurunan kapabilitas laboratorium memproduksi alat-alat diagnosis tersebut karena pemakaian masal berbagai reagen dan hardware.

Alhasil, dibutuhkan transisi pemikiran dari produksi skala besar menggunakan bahan-bahan modern menjadi penggunaan barang-barang bekas pakai menjadi produk berkualitas terbentuk sebagai solusi dalam pandemi ini. Salah satu produk yang terbentuk adalah “The Ender VX500” yang dikembangkan oleh penelitian Vandelannoote et al. (2021).

The Ender VX500

Gambar 1. Alat “The Ender VX500” (Vandelannoote et al., 2021)

Ini adalah alat ekstraksi RNA berbasis modifikasi manik paramagnetik yang memanfaatkan 3D Printer (Ender-3) yang dapat bergerak otomatis untuk protokol ekstraksi RNA dengan basis pelat. Hasil ekstraksi dari alat tersebut ternyata sebanding dengan sistem ekstraksi otomatis komersial dan bahkan dapat melakukan metode molekuler hilir termasuk RT-qPCR dan pengurutan genom berbasis amplikon!

Mekanisme dan Penggunaan Alat

Sampel yang digunakan oleh Vandelannoote et al. (2021) untuk menguji alat ini adalah sampel swab orofaringeal hidung positif COVID-19 yang diambil oleh tenaga kesehatan profesional dari pasien yang memenuhi kriteria epidemiologi dan klinis sebagaimana ditentukan oleh Departemen Kesehatan dan Layanan Kemanusiaan Victoria, Melbourne.

Gambar 2. Sebagian komponen dari “The Ender VX500”. A) Highlight untuk komponen 96-well plate dan raknya (berwarna merah), B) Perlengkapan hasil cetakan 3D berupa adaptor, penahan tabung dan sisir magnet, C) dan D) Tampak atas dan bawah penahan tabung, E) Satu set 3 sisir magnet, F) Gambaran strip 8 tabung 0,2 mL untuk PCR, G) Loader dari magnet, H) dan I) Hubungan adaptor, penahan tabung dan sisir magnet, J) Spacer (Vandelannoote et al., 2021)

Sampel klinis diberi perlakuan dengan berbagai reagen awalnya, lalu dipipet ke dalam salah satu well pada rak. Kemudian, Ender-3 digerakan dengan bahasa pemrograman “G-Code” untuk dapat menggerakan gabungan komponen pada Gambar 2 dengan mengarahkan sisir magnet sehingga sampel dapat berpindah antar kolom pada 96-well plate yang telah terisi 80% (v/v) etanol sebagai wash buffer. Isi well diguncang, ditransfer, dan digabung dengan manik-paramagnetik sehingga menjadi kompleks yang dapat dipindahkan menuju well lainnya untuk melakukan tahap elusi pada elution buffer. Manik paramagnetik yang digunakan berupa Sera-Mag Magnetic yang berperan sebagai tempat untuk RNA binding.

Kerja Sama dengan Illumina Sequencing

Nah, kita baru dapat menentukan urutan nukleotida setelah ekstraksi RNA. Pada penelitian ini, sekuensing dilakukan melalui Illumina sequencing. Illumina sequencing adalah next generation sequencing (NGS) yang dikembangkan perusahaan Illumina dari Amerika, yaitu sequencing-by-synthesis (SBS). Teknik ini menggunakan adapter dan polimerase untuk mengamplifikasi fragmen dari sampel, lalu mendeteksi urutan nukleotida dengan fluoresensi yang dipancarkan oleh nukleotida termodifikasi saat terjadi sintesis pasangan fragmen sebelumnya lagi. Hal ini memungkinkan penentuan urutan dari banyak rantai kode genetik secara bersamaan meski dalam jumlah yang rendah (Illumina, n.d.)!

Gambar 3. Prinsip dari Illumina Sequencing (Lu et al., 2016)

Sejauh ini, teknologi terbaru dari Illumina sequencing adalah XLEAP-SBS yang terdapat pada platform Nextseq^TM 1000 dan 2000. Prinsipnya sama, tetapi perusahaan Illumina berhasil mengembangkan nukleotida termodifikasi dengan linker dan blok X sehingga inkorporasi dan pelepasan fluoresensi nukleotida menjadi 2x dan 2,5x lebih cepat. Hal ini memungkinkan hasil sekuensing yang lebih efektif (Illumina, 2024)

Gambar 4. Struktur molekul dari nukleotida XLEAP-SBS pada NextSeq^TM 1000 dan 2000 (Illumina, 2024)

Hasil ekstraksi RNA dari “The Ender VX500” tentunya harus diuji keakuratannya melalui sequencing. Vandelannoote et al. (2021) menggunakan Illumina Sequencing untuk perbandingan dengan genom referensi berupa Wuhan-Hu-1; GenBank MN908947.3.

Gambar 5. Perbandingan Consensus Sequence dari “The Ender VX500” dan alat lain “PE Chemagic 360” (Vandelannoote et al., 2021)

Menurut Vandelannoote et al. (2021), urutan genom RNA dari “The Ender VX500” terdapat perbedaan antar sampel sebanyak 5–7 SNP (single nucleotide polymorphism). Meski begitu, hasil sequencing dari “The Ender VX500” identik dengan hasil instrumen lain seperti PE Chemagic 360 (komersial) maupun referensi. Hal ini menunjukkan bahwa RNA yang diekstraksi melalui “The Ender VX500” cocok untuk sekuensing RNA dan diagnosis COVID-19 secara akurat dengan biaya yang lebih murah dibandingkan alat komersial.

Untuk lebih lengkapnya dapat diakses di referensi bawah ini ya, selamat membaca dan menimba ilmu!

Referensi

Vandelannoote, K., Buultjens, A. H., Li, L., Sharkey, L. K., Herisse, M., Pidot, S. J., Hoang, T., Howden, B. P., Monk, I. R., Seemann, T., Lee, J. Y. H., & Stinear, T. P. (2021b). Accessible platform for High-Throughput COVID-19 molecular diagnostics and genome sequencing using a repurposed 3D printer for RNA extraction. ACS Biomaterials Science & Engineering, 7(9), 4669–4676. https://doi.org/10.1021/acsbiomaterials.1c00775

Illumina. (n.d.). Explore Illumina sequencing technology. Diakses pada tanggal 31 Agustus 2024 di https://www.illumina.com/science/technology/next-generation-sequencing/sequencing-technology.html