Dalam industri bioteknologi dan farmasi, tes ELISA memberikan kontrol kualitas yang penting selama pengembangan dan produksi obat. Tes ini dapat mengukur kadar protein secara tepat, namun juga memerlukan jam kerja oleh teknisi terlatih dan peralatan khusus. Hal ini membuat obat-obatan tersebut menjadi sangat mahal, menaikkan harga obat-obatan dan membuat pengujian penelitian di luar jangkauan banyak orang.
Kini Advanced Silicon Group (ASG), yang didirikan oleh Marcie Black ’94, MEng ’95, PhD ’03 dan Bill Rever, sedang mengkomersialkan teknologi baru yang secara signifikan dapat menurunkan waktu dan biaya yang terkait dengan penginderaan protein. Sensor milik ASG menggabungkan kawat nano silikon dengan antibodi yang dapat mengikat berbagai protein untuk menciptakan pengukuran konsentrasi mereka yang sangat sensitif dalam larutan tertentu.
Tes ini dapat mengukur konsentrasi berbagai protein dan molekul lain sekaligus, dan hasilnya biasanya tersedia dalam waktu kurang dari 15 menit. Pengguna cukup menempatkan sedikit larutan pada sensor, membilas sensor, dan kemudian memasukkannya ke dalam sistem pengujian genggam ASG.
“Kami membuatnya 15 kali lebih cepat dan biaya 15 kali lebih rendah untuk menguji protein,” kata Black. “Hal ini terjadi pada pengembangan obat-obatan. Hal ini juga dapat membuat produksi obat-obatan jauh lebih cepat dan lebih hemat biaya. Hal ini dapat merevolusi cara kita menciptakan obat-obatan di negara ini dan di seluruh dunia.”
Sejak mengembangkan sensornya, tim ASG telah menerima banyak permintaan dari orang-orang yang tertarik menggunakannya untuk mengembangkan terapi baru, membantu atlet elit berlatih, memahami konsentrasi tanah di bidang pertanian, dan aplikasi lainnya.
Namun, untuk saat ini, perusahaan kecil tersebut berfokus pada pengurangan hambatan dalam layanan kesehatan dengan menjual sensor berbiaya rendah kepada perusahaan yang mengembangkan dan memproduksi obat-obatan.
“Saat ini, uang merupakan faktor pembatas dalam penelitian dan pembuatan obat baru,” jelas Marissa Gillis, anggota tim ASG. “Membuat proses ini lebih cepat dan lebih murah dapat secara dramatis meningkatkan jumlah pengujian dan kreasi biologis. Hal ini juga membuat perusahaan lebih mampu mengembangkan obat untuk kondisi langka dengan pasar yang lebih kecil.”
Sebuah keluarga yang jauh dari rumah
Black dibesarkan di sebuah kota kecil di Ohio sebelum datang ke MIT untuk mendapatkan tiga gelar di bidang teknik elektro.
“Berkuliah di MIT mengubah hidup saya,” kata Black. “Hal ini membuka mata saya terhadap kemungkinan melakukan sains dan teknik untuk membuat dunia menjadi tempat yang lebih baik. Selain itu, berada di dekat begitu banyak orang luar biasa mengajari saya cara bermimpi besar.”
Untuk gelar PhD-nya, Black bekerja dengan mendiang Profesor Mildred Dresselhaus dari Institut, seorang fisikawan terkenal dan pionir nanoteknologi yang dikenang Black atas bimbingan dan kasih sayang serta kontribusinya terhadap pemahaman kita tentang material eksotik. Black tidak selalu mampu pulang ke rumah saat liburan, jadi dia menghabiskan hari Thanksgiving bersama keluarga Dresselhaus.
“Millie adalah orang yang luar biasa, dan keluarganya adalah keluarga yang jauh dari rumah bagi saya,” kata Black. “Millie terus menjadi mentor saya – dan saya mendengar dia melakukan ini dengan banyak siswa – sampai dia meninggal.”
Untuk tesisnya, Black mempelajari sifat optik kawat nano, yang mengajarinya tentang struktur nano dan optoelektronik yang akhirnya dia gunakan sebagai bagian dari Advanced Silicon Group.
Setelah lulus, Black bekerja di Laboratorium Nasional Los Alamos sebelum mendirikan perusahaan Bandgap Engineering, yang mengembangkan sel surya berstrukturnano yang efisien dan berbiaya rendah. Teknologi tersebut kemudian dikomersialkan oleh perusahaan lain dan menjadi subyek sengketa paten. Pada tahun 2015, Black membentuk Advanced Silicon Group untuk menerapkan teknologi serupa pada penginderaan protein.
Sensor ASG menggabungkan pendekatan yang diketahui untuk membuat silikon peka terhadap molekul biologis, menggunakan sifat fotolistrik kawat nano silikon untuk mendeteksi protein secara elektrik.
“Pada dasarnya ini adalah sel surya yang kami fungsikan dengan antibodi yang spesifik terhadap protein tertentu,” kata Black. “Saat protein mendekat, ia membawa muatan listrik yang akan menolak pembawa cahaya di dalam silikon, dan hal ini mengubah seberapa baik elektron dan lubang dapat bergabung kembali. Dengan melihat arus foto saat Anda terkena larutan, Anda dapat mengetahui berapa banyak protein yang terikat pada permukaan dan dengan demikian konsentrasi protein tersebut.”
ASG diterima di akselerator startup START.nano MIT.nano dan Program Pertukaran Startup Kantor Hubungan Korporat MIT segera setelah didirikan, yang memberi tim Black akses ke peralatan mutakhir di MIT dan menghubungkannya dengan calon investor dan mitra.
Black juga menerima dukungan luas dari Venture Mentoring Service MIT dan bekerja dengan peneliti dari Microsystems Technology Laboratories (MTL) MIT, di mana dia melakukan penelitian sebagai mahasiswa.
“Meskipun perusahaannya berada di Lowell, [Massachusetts]Saya terus-menerus pergi ke MIT dan mendapatkan bantuan dari para profesor dan peneliti di MIT,” kata Black.
Biosensing untuk dampak
Dari diskusi ekstensif dengan orang-orang di industri farmasi, Black belajar tentang perlunya alat pengukur protein yang lebih terjangkau. Selama pengembangan dan pembuatan obat, kadar protein harus diukur untuk mendeteksi masalah seperti kontaminasi dari protein sel inang, yang dapat berakibat fatal bagi pasien bahkan dalam jumlah yang sangat rendah.
“Dibutuhkan biaya lebih dari $1 miliar untuk mengembangkan obat,” kata Black. “Sebagian besar proses ini adalah bioproses, dan 50 hingga 80 persen proses bioproses ditujukan untuk memurnikan protein-protein yang tidak diinginkan ini. Tantangan tersebut menyebabkan harga obat menjadi lebih mahal dan membutuhkan waktu lebih lama untuk sampai ke pasar.”
ASG telah bekerja sama dengan para peneliti untuk mengembangkan tes biomarker yang terkait dengan kanker paru-paru dan tuberkulosis yang tidak aktif dan telah menerima banyak hibah dari National Science Foundation, National Institute of Standards and Technology, dan persemakmuran Massachusetts, termasuk pendanaan untuk mengembangkan tes protein sel inang.
Tahun ini, ASG mengumumkan kemitraan dengan Axogen untuk membantu perusahaan perbaikan saraf regeneratif menumbuhkan jaringan saraf.
“Ada banyak minat dalam menggunakan sensor kami untuk aplikasi pengobatan regeneratif,” kata Black. “Contoh lain yang kami bayangkan adalah jika Anda sakit di pedesaan India dan tidak ada dokter di dekatnya, Anda bisa datang ke klinik, perawat bisa memberikannya kepada Anda dan melakukan tes flu, Covid-19, keracunan makanan, kehamilan, dan 10 hal lainnya sekaligus. Hasilnya akan muncul dalam 15 menit, lalu Anda bisa mendapatkan apa yang Anda perlukan atau melakukan telekonferensi dengan dokter.”
ASG saat ini mampu memproduksi sekitar 2.000 sensornya pada chip 8 inci per lini produksi di pabrik semikonduktor mitranya. Ketika perusahaan terus meningkatkan produksinya, Black berharap sensor ini akan menurunkan biaya di setiap langkah antara pengembang obat dan pasien.
“Kami benar-benar ingin menurunkan hambatan dalam melakukan tes sehingga setiap orang memiliki akses terhadap layanan kesehatan yang baik,” kata Black. “Selain itu, ada begitu banyak aplikasi untuk penginderaan protein. Di sinilah karet mulai berperan dalam bidang biologi, pertanian, diagnostik. Kami sangat antusias untuk bermitra dengan para pemimpin di setiap industri ini.”
