JOURNAL OF BIOLOGICAL ENGINEERING. ACHMAD HAKIM MUZAKI

Journal Of Biological Engineering

“A Metabolic Biofuel Cell: Conversion of Human

Leukocyte Metabolic Activity to Electrical Currents”

TUGAS

Diajukan untuk memenuhi persyaratan mengikuti UTS Biologi Sel

Prodi Biologi FKIP UNP Kediri

Disusun Oleh:

ACHMAD HAKIM MUZAKI

NIM 10.1.01.06.0003

PROGRAM STUDI PENDIDIKAN BIOLOGI

FAKULTAS KEGURUAN DAN ILMU PENDIDIKAN

UNIVERSITAS NUSANTARA PGRI KEDIRI

MEI 2012

Nama Makalah           : Journal Of Biological Engineering “A Metabolic Biofuel Cell:   Conversion of Human Leukocyte Metabolic Activity to Electrical Currents”

Tahun Terbit Jurnal   : 10 Mei 2011

Judul Asli Jurnal        : A Metabolic Biofuel Cell: Conversion of Human Leukocyte Metabolic Activity to Electrical Currents

NamaPenulis               : Gusphyl A Justin^1,6, Yingze Zhang², X Tracy Cui1, Charles W Bradberry⁴, Mingui Sun³ and Robert J Sclabassi⁵*

Ucapan Terima Kasih

Para penulis mengucapkan terima kasih kepada Dr Harvey Borovetz dan Dr David Waldeck untuk pikiran membantu dan wawasan sepanjang perjalanan pekerjaan ini. Terima kasih juga kepada anggota masa lalu dan saat ini Laboratorium Neuroscience Komputasi (LCN) dan Interface Jaringan / Electrode Syaraf dan Laboratorium Teknik Jaringan Syaraf di University of Pittsburgh. Penelitian ini didukung sebagian oleh Institut Kesehatan Nasional hibah No R01EB002099, US  Army SBIRW81XWH-05-C-0047 dan Diagnostik Komputasi, Inc
Rincian Penulis

¹Department Bioengineering, Universitas Pittsburgh, Pittsburgh, PA, USA. ²Department Kedokteran, Fakultas Kedokteran, Universitas Pittsburgh, Pittsburgh, PA, USA. ³Department saraf Bedah,University of Pittsburgh,  Pittsburgh, PA, USA. ⁴Department Psikiatri, University of Pittsburgh, Pittsburgh, PA, USA. ⁵Computational Diagnostics, Inc, Pittsburgh, PA, USA. ⁶GJ saat ini menjadi Dewan Riset Nasional (NRC) Fellow Postdoctoral di Pusat Ilmu Bio / Molekuler dan Rekayasa di US Naval Research Laboratory, Washington, DC, Amerika Serikat.

Sebuah your Metabolik Biofuel: Konversi Metabolik Leukosit Manusia
untuk Kegiatan Arus Listrik

“A Metabolic Biofuel Cell: Conversion of Human Leukocyte

Metabolic Activity to Electrical Currents”

Gusphyl A Justin^{1, 6}, Yingze Zhang², X Tracy Cui¹, Charles W Bradberry⁴,Mingui Sun³dan Robert J Sclabassi⁵*

Abstrak

Sebuah penyelidikan dari aktivitas elektrokimia dari sel darah putihmanusia (WBC) untuk aplikasi sel bahan bakar nabati (BFC). Leukosit diisolasi dari seluruh darah manusia disuspensikan dalam PBS dan diperkenalkan ke dalam kompartemen anoda dari membran pertukaran proton (PEM) sel bahan bakar. Kompartemen katoda berisi larutan 50 mM ferricyanide kalium. Rata-rata saat kepadatan antara 0,9 dan 1,6 μAcm^-2 dan terbuka sirkuit potensi (Voc) antara 83 dan 102 mV diperoleh, dimana keduanya lebih tinggi dari nilai kontrol. Voltametri siklik digunakan untuk mengetahui aktivitas elektrokimia dari leukosit diaktifkan dalam upaya untuk menjelaskan mekanisme transfer elektron antara sel dan elektroda. Voltammograms diperoleh untuk leukosit, termasuk sel mononuklear darah perifer (PBMC - campuran limfosit-monosit terisolasi pada gradien Ficoll), sebuah garis sel lymphoblastoid B (BLCL), dan dua baris sel leukemia, yaitu K562 dan Jurkat. Sebuah puncak oksidasi pada sekitar 363 mV vs SCE untuk (phorbol ester) sel PMA utama diaktifkan, dengan tidak adanya puncak pengurangan yang diamati. Puncak oksidasi tidak diamati untuk, BLCL K562 atau baris sel Jurkat. HPLC dikonfirmasi pelepasan serotonin (5-HT) dari sel diaktifkan PMA primer. Hal ini diyakini bahwa serotonin, antara spesies biokimia lain yang dirilis oleh sel-sel aktif, memberikan kontribusi untuk arus BFC yang diamati.

Saat ini ada beberapa pilihan untuk memasok daya ke perangkat medis implan. Tujuan utama dari tugas awal adalah untuk mengembangkan sebuah sel biofuel perangkat implan yang dapat digunakan dalam lingkungan fisiologis untuk daya rendah aplikasi perangkat medis implan (seperti biosensor miniatur) [1-3]. Sebuah sel biofuel (BFC) adalah perangkat elektrokimia atau galvanik bahwa pasangan oksidasi biofuel (seperti glukosa) pada anoda untuk reduksi oksigen molekuler untuk air pada katoda. Melalui kopling reaktif, arus listrik dapat dihasilkan untuk daya perangkat implan. Dengan gerakan elektron melalui sirkuit dari anoda ke katoda melalui perangkat, maka perlu juga memiliki gerakan simultan dari muatan positif antara dua elektroda untuk memenuhi persyaratan dari sebuah sirkuit tertutup. Muatan positifini mengambil bentuk proton yang perjalanan dari anoda melalui elektrolit ke katoda dimana air adalahakhir produk.

            Organisme mikroba sebelumnya telah digunakan sebagai bioreaktor miniatur untuk pembangkit listrik dari BFCs. Mikroba memetabolisme substrat (seperti glukosa atau asetat) dan selanjutnya mentransfer elektron energi tinggi untuk anoda dari BFC [4-14]. Elektron berasal dari biofuel ini selanjutnya ditransfer ke anoda melintasi membran plasma sel, sementara proton juga secara bersamaan dirilis oleh sel-sel ke dalam ruang ekstraseluler. Dalam jenis lain dari BFC - yang disebut di sini sebagai sel biofuel enzimatik (EnzBFC) untuk diferensiasi - enzim spesifik amobil pada anoda dan katoda [15-21]. Pada anoda, oksidase glukosa dapat digunakan untuk mengoksidasi glukosa untuk gluconolac-nada, sementara enzim lakase atau bilirubin oksidase dapat ditambatkan ke permukaan katoda untuk mengurangi oksigen ke air.

            Transfer elektron antara proses metabolisme seluler dan elektroda sebelumnya hanya telah diamati untuk mikroba terbatas pada anoda dari sebuah sel biofuel (BFC). Mediator elektron, seperti netral merah, telah digunakan untuk meningkatkan efisiensi transfer elektron antara mikroba dan permukaan elektroda [6]. Mikroba lain, seperti Geobacter, telah terbukti mampu langsung mentransfer elektron ke elektroda tanpa bantuan mediator dan sering disebut logam-mengurangi bakteri [11-13]. Dalam studi ini, kami menyelidiki kelayakan pentransduksi energi bio-kimia sel darah putih menjadi energi listrik, pada dasarnya memanfaatkan sel-sel eukariotik sebagai bioreaktor pada anoda sel biofuel.

B.  MetodePenelitian

A. Pengukuran potensial dan arus rangkaian terbuka dari perangkat BFC

            Penelitian ini disetujui oleh Institutional Review Board (IRB) untuk Penelitian Subyek Manusia Uni-hayati of Pittsburgh. Sel darah putih (WBC) diisolasi dari 5 subyek manusia dewasa yang sehat menggunakan sel darah merah (RBC) lisis teknik (Qiagen, Valencia, CA). Sekitar 10 mL antikoagulasi periph-eral darah dicampur dengan tiga volume larutan lisis RBC dan diinkubasi selama 10 menit di ruang tem-temperature. WBC diperoleh kembali dengan sentrifugasi pada 930 g selama 10 menit pada suhu 4 ° C. Supernatan yang mengandung RBC segaris dipindahkan ke tabung baru dan sub-sequently baik disimpan untuk studi nanti atau dibuang. WBC yang tersisa dicuci beberapa kali (setidaknya tiga kali) dalam 1 × fosfat buffer saline (PBS) solusi dan resuspended dalam PBS dengan volume akhir 15 ml.

            Untuk isolasi khusus sel mononuklear darah perifer (PBMC), sebuah Ficoll-Paque ™ gradien kepadatan yang digunakan. Seluruh darah yang lembut ditambahkan ke volume setara solusi Ficoll-Paque ™ untuk mendapatkan dua lapisan jelas. Setelah sentrifugasi pada 930 g selama 20 menit, empat lapisan dapat dibedakan - sel darah merah di bagian bawah, diikuti dengan volume yang lebih besar dari solusi Ficoll, maka lapisan tipis sel darah putih - PBMC (terutama yang terdiri dari B dan T limfosit danmonocytes)danakhirnya volume yang lebih besar dari plasma darah. PBMC dicucisecarahati-hati dua kali dalam PBS (pH 7,4) dengan sentrifugasi pada 800 g selama 15 menit dan akhirnya resuspended dalam 15 mL PBS.

Gambar 1. (A) WBC sel biofuel pengaturan eksperimental, (B) SEM elektroda serat  karbon.

B. Siklik voltametri

Siklik voltametri dilakukan dengan menggunakan Potensiostat Gamry, FAS2/Femtostat bawah kontrol Perangkat Lunak Kerangka Gamry dari Gamry Instrumen (Warmin-ster, PA). Pengaturan tiga-elektroda yang digunakan, di mana serat karbon dan platinum menjabat sebagai kerja dan elektroda counter. Masing-masing, sementara kalomel jenuh elec-trode (SCE) menjabat sebagai referensi. PMA (5 ng ml^-1) dan kalsium ionomycin (500 ng ml^-1) digunakan untuk mengaktifkan sel-sel darah putih. PBMC terisolasi dari relawan sehat, K562, Jurkat dan manusia primer B limfosit-blastoid garis sel dianalisis dalam penelitian ini.

            Sel darah putih manusia diisolasi dari kira-kira 12 ml darah keseluruhan menggunakan Ficoll-Paque ™ gradien kepadatan seperti yang dijelaskan sebelumnya. Kepadatan sel ditentukan dengan menggunakan mikroskop cahaya dan hemato-cytometer. K562, BLCL dan baris sel Jurkat juga dibudidayakan selama satu minggu di RPMI dengan 10% serum janin sapi (FBS). Sel-sel diisolasi dari media kultur dengan sentrifugasi, dicuci dua kali dengan PBS dan akhirnya resuspended dalam 1 × PBS. Your den-sity ditentukan seperti yang dijelaskan di atas.

            WBC tersuspensi dalam larutan PBS-scan dalam kisaran potensi -0,5 V sampai 1,2 V vs SCE pada laju pindai 100 mV s ^-1. Volume kerja Total digunakan untuk setup voltametri siklik adalah 15 mL. Sel-sel darah putih yang diaktifkan dengan penambahan 1 µL setiap phorbol-12-miristat-13-asetat (PMA) dan ionomycin per 1 mL volume kerja total untuk mencapai konsentrasi akhir dari 5 ng ml^-1 dan 500 ng ml^-1.

            Dalam microdialysis vitro [22] digunakan unsur untuk mengekstrak konten biokimia yang dilepaskan dari suspensi sel, sedangkan cairan kinerja tinggi chro-matography (HPLC) dengan deteksi elektrokimia kemudian digunakan untuk memvalidasi apakah serotonin dirilis oleh sel, serta untuk mengukur jumlah serotonin dirilis pada saat aktivasi sel. Probe microdialysis dibangun dari 23-gauge pipa stainless steel, dengan serat berongga yang berlari melalui panjang pipa. Sebuah panjang kecil dari serat berlubang (sekitar 1,5-2,0 mm) diizinkan untuk pro-Trude dari ujung tabung stainless steel dan tetap dalam kontak dengan larutan di sekitarnya. Dalam serat berlubang adalah pipa silikat vitreous. Tubing silikatini menjabat sebagai bagian inlet untuk buffer perfusi, sedangkan bagian stopkontak itu disimpan di tabung baja 23-G. Karena sel-sel disuspensikan dalam PBS, larutan buffer PBS juga dapat digunakan untuk perfusi.

            Sel darah putih diisolasi seperti yang dijelaskan pra-viously. Sampel sel ditempatkan pada es selama microdialysis kemudian analisis HPLC. K562, BLCL dan Jur-kat baris sel juga dianalisis. 1,5 mL sampel (pada kepadatan sel sekitar 106 sel mL^-1) ditempatkan dalam tabung microcentrifuge. Serat berongga yang akan digunakan untuk microdialysis diizinkan untuk menyeimbangkan di dis-digarap air (dH₂O) untuk jangka waktu 30 menit sampai satu jam. PMA dan ionomycin diperkenalkan selama 20 - 30 menit untuk aktivasi sel sebelum isolasi dari 5-HT yang dikeluarkan oleh sel menggunakan microdialysis. Tiga sampel dikumpulkan dari microdialysis dari suspensi sel dan kontrol (perfusi sebesar 5 μLmin^-1 selama 2 menit-Utes) dalam tabung autosampler. Serat berongga dari probe microdialysis dibuat sekitar 1 cm untuk meningkatkan laju pemulihan.

            Untuk pencucian, serat berlubang ditempatkan di dis-digarap air (dH₂O) dan dibiarkan dialyze pada tingkat 20 μLmin^-1 selama 2 menit. Kemudian ditempatkan di dH₂O segar selama 3 menit antar sampel untuk mencuci semua sisa 5-HT. 8,2 µL volume sampel disuntikkan ke dalam HPLC oleh autosampler FAMOS. Deteksi dari setiap 5-HT ditentukan elektrokimia menggunakan detektor ANTEC-Leyden Intro amperometri (Zoeter-woude, Belanda).

Gambar 2. potensial (iV) kurva yang diperoleh dari voltametri siklik leukosit manusia aktif disuspensikan dalam PBS.Puncak oksidasi diamati pada ca.400mV.

C. HasilPenelitian

A. Pengukuran Potensi Open Circuit dan sekarang dari perangkat BFC

Gambar 3. Arus yang dihasilkan dari bahan bakar sel PEM berikut pengenalan leukosit diaktifkan dan penggantian berikutnya dari suspensi WBC dengan PBS (n=3). Sebuah penurunan yang signifikan dalam arus keluaran terjadi, menunjukkan bahwa suspensi WBC adalah kontributor utama untuk arus yang diamati (p<0,05)

Output arus dari PBMC (terisolasi pada gradien ™ Ficoll-Paque) dalam setup eksperimental yang sama juga diukur. Arus rata-rata dari PBMC sedikit lebih rendah dari itu direkam untuk populasi WBC umum - yang berisi beberapa jenis sel lain, termasuk neutrofil selain PBMC (Gambar 4). Sebuah PEMFC berisi PBS saja (tanpa mengaktifkan agen) diamati pada anoda tidak menghasilkan arus atau potensi rangkaian terbuka (tidak ditampilkan). Memperkenalkan contoh supernatan PBS, yang digunakan dalam mencuci awal dari kedua WBC dan sampel PBMC setelah isolasi ke dalam kompartemen anoda PEMFC yang dihasilkan sangat kecil atau tidak ada arus (Gambar 5). Hal ini semakin mendukungteori bahwa sel-sel, dan bukan komponen sisa dari prosedur isolasi sel, terutama bertanggung jawab untuk arus yang diamati. Sering pengukuran pH dilakukan selama semua percobaan juga tidak ditemukan adanya perubahan signifikan di semua sampel solusi anoda (pH dipertahankan pada 7,4 terlepas dari kepadatan sel, aktivasi sel atau karena adanya satu agen aktif).

            Hasil ini menyiratkan bahwa dalam populasi WBC umum, sel-sel tertentu atau molekul-molekul dilepaskan oleh sel tertentu elektrokimia aktif pada permukaan elec-trode. Ini dapat disebabkan oleh tion oxida-elektrokimia dari spesies aktif yang baik yang dikeluarkan oleh sel ke lingkungan ekstraselular (seperti serotonin) atau oleh spesies aktif redoks yang hadir dalam membran sel (seperti flavohemopro-teins dari NADPH yang oksidase kompleks, koenzim A). Dalam perintahkehasilarusBFC, proton juga harus dilepaskan oleh sel-sel ke dalam ruang ekstraseluler. Peningkatan konsentrasi tion-proton dalam kompartemen anoda adalah penting untuk menciptakan gradien difusi, dimana proton dapat melintasi KEP untuk bereaksi dengan molekul oksigen untuk membentuk air di katoda. Menempatkan baik PBS solusi atau deio-nized air di kedua anoda dan katoda kompartemen-unsur tidak menghasilkan arus terdeteksi dan dikaitkan dengan potensi rangkaian terbuka yang kurang dari 20 mV.

Gambar 4. Perbandingan arus diperoleh dari

                   leukosit dan PBMC.

Gambar 5. Perbandingan potensi rangkaian terbuka (bar) dan arus (baris) yang diperoleh dari supernatan (PBS digunakan untuk mencuci sel-sel selama prosedur isolasi Ficoll awal) untuk kedua leukosit (atas) dan PBMC (bawah). Arus yang relatif kecil atau tidak ada arus yang diamati untuk aparat sel bahan bakar PEM.

            Siklik voltametri (CV) ini digunakan untuk mengetahui aktivitas elektrokimia dari sel darah putih manusia yang terisolasi. Voltammograms siklik diperoleh dari PMA (5ngml^-1) dan ionomycin (500ngml^-1) diaktifkan menggunakan leukosit manusia dan PBMC mengungkapkan puncak oksidasi pada sekitar 360 m V vs SCE dan arus puncak hingga 12μ A untuk densitas sel 106 sel mL^-1 (Gambar 2). Puncak oksidasi tidak diamati untuk semua jenis sel lainnya, yaitu K562, Jurkat dan sel BLCL. Ada tidaknya terlihat dari puncak pengurangan voltammograms, yang biasanya menunjukkan bahwa oksidasi ireversibel spesies telah terjadi. Puncak yang tidak diamati dengan tidak adanya sel atau sebelum aktivasi sel-sel dengan PMA. Hasil percobaan kami menunjukkan bahwa campuran limfosit - monosit aktif yang terdiri dari PBMC melepaskan spesies aktif redoks ke lingkungan extracellular  pada saat aktivasi. Berdasarkan studi dibentuk oleh kelompok penelitian sebelumnya (Tabel 1), kemungkinan bahwa spesies redoks bertanggung jawab untuk puncak 360 m Voxidation adalah 5-HT [23-26], meskipun satu kertas dikutip terikat protein membran sebagai sumber dari puncak oxidation [27]. Ia telah mengemukakan bahwa 5-HT dilepaskan dari leukosit manusia tertentu selama inflamasi matory tanggapan, terutama dalam menanggapi alergen selama reaksi alergi. Dalam studi ini, puncak oksidasi selama 5-HT biasanya terdeteksi sekitar 330 m V vs SCE, yang merupakan nilai sedikit lebih rendah dari apa yang telah kita deteksi (360mV), walaupun perbedaannya tidak signifikan. Tidak adanya puncak pengurangan sering dilaporkan dalam studi ini dan telah dikaitkan dengan oksidasi ireversibel serotonin (5-HT) untuk 5-hidro-xyindoleacetic asam(5-HIAA) [26].

Puncak oksidasi diperoleh dari sel suspen-diskusi hampir tidak discernable melawan arus latar belakang, sebagai daerah total yang dibatasi oleh masing-masing kurva CV itu sangat besar dibandingkan dengan daerah yang dibatasi oleh puncak oksidasi dalam mV 350-400 rentang mV (Gambar 2). Arus latar belakang besar merupakan konsekuensi langsung dari dua faktor, yaitu tingkat scan (ditetapkan pada 100 mV s ^-1) dan luas permukaan yang besar dari mobil-bon elektroda serat (PRF Bahan Komposit, Dorset, Inggris). Lebih besar luas permukaan elektroda menyebabkan kapasitansi yang lebih besar. Hubungan antara tingkat scan, kapasitansi dan arus voltametri dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

i = υCd [1 ​​- exp (-t/RsCd)]     (1)

Dimana i adalah saat ini, v adalah tingkat scan, Cd adalah capaci-dikan elektroda, t adalah waktu dan Rs adalah solusi perlawanan [28]. Arus puncak untuk reaksi ireversibel digambarkan dengan persamaan berikut:

ip = (2,99 x 105) α ^½ n ^{3 / 2} AD₀ ^½ C₀ * υ ^{1 / 2}   (2)

Dimana ip adalah arus puncak, αadalah koefisien transfer elektron, n adalah jumlah elektron yang ditransfer, A adalah luas permukaan, D_o adalah koefisien difusi, C_o* adalah konsentrasi dari spesies dalam larutan curah dan v adalah tingkat scan [28].

Perbedaan antara 30 mV potensi puncak dilaporkan dalam literatur (330 mV) dan (360 mV) tidak ditafsirkan. 30 mV mungkin tidak signifikan, sejak kondisiscan dan fitur permukaan elektroda secara signifikan dapat berdampak potensi puncak. Gambar 6 menunjukkan bahwa besarnya kenaikan oksidasi puncak arus dengan kepadatan sel, lebih lanjut memverifikasi hubungan antara sel dan aktivitas electrochemi-kal. Hubungan antara kerapatan sel dan arus puncak pada Gambar 6 tampak nonlinier. Bagaimanapun, ini hanya mungkin menjadi nonlinier nyata sebagai variabilitas dalam seberapa kuat sel dari mata pelajaran yang berbeda menanggapi agen aktivasi PMA yang dapat terjadi. Akibatnya, ini akan mempengaruhi serotonin banyak yang akhirnya diproduksi.

Hal ini juga diketahui bahwa beberapa jenis sel mengandung pro-proteinnya kompleks dalam membran sel mereka yang berfungsi sebagai rantai transpor elektron. Oksidase NADPH com-kompleks, misalnya, terdiri dari struktur dalam membran plasma yang pada asosiasi dalam perpindahan elektron negara aktif antara jalur fosfat pentosa metabolisme glukosa dan oksigen ekstraseluler. Banyak jenis sel darah putih, PMLs khususnya manusia (neutrofil [29,30] dan eosinofil [31-33]), dengan enzim kompleks. Oksidase NADPH mirip dengan rantai transpor elektron ditemukan di beberapa mikro-organisme. Penelitian sebelumnya dilakukan oleh orang lain menunjukkan kemampuan transfer elektron organisme mikroba. Telah diketahui bahwa mikroorganisme ini dapat mentransfer elektron ke elektroda oleh berbagai mekanisme, termasuk:

Gambar 7. Pelepasan serotonin dari leukosit diaktifkan dan lebih khusus, PBMC. Setelah microdialysis ("dial") dari 5-HT (500nM), PBS, PBMC dan PBMC diaktifkan, 5-HT ditentukan dengan menggunakan HPLC Perkiraan pemulihan 9% (+ / -1%). Ditentukan untuk microdialysis yang probe (yang dihitung dari 5-HT standar dan dial 5-HT dalam A) Berdasarkan perkiraan ini, konsentrasi 5-HT sekitar 291 nM (+ /- 34nM). Dihitung terkait dengan pengaktifan pada PBMC kepadatan sel 106 sel mL^-1 (B). 5-HT HPLC puncak untuk dial PBS dan dial PBMC mungkin karena kontaminasi residu probemicro dialysis.

D. Pembahasan

            Elektron transportasi, meresap dalam membran plasma mikroba, umumnya tidak diamati di ekstra-seluler membran sel eukariotik. Kehadiran sebuah rantai transpor elektron di membrane ekstraselular mikroba menyediakan kemungkinan elektron tunneling terjadi antara spesies yang terikat membran dan permukaan elektroda. Pada sel eukariotik, transpor elektron adalah proses yang biasanya diturunkan ke membran mitokondria intraseluler. Namun, sejumlah artikel penelitian telah dipublikasikan melakukan demonstrasi bahwa arus elektron tersebut pada kenyataannya juga ada di antara sel darah putih tertentu. (Schrenzel dkk, 1998) menunjukkan bahwa arus kecil dapat diukur melintasi membran plasma dari granulosit eosinofil manusia [29]. Percobaan dilakukan berdasarkan hipotesis bahwa enzim membran NADPH oksidase yang terkait, ditemukan di fagosit darah (misalnya neu-trophils dan eosinofil), menghasilkan superoksida melalui transfer elektron dari NADPH untuk oksigen ekstraseluler. Besarnya arus yang tercatat di seluruh membran ekstraseluler berada di urutan 10 sampai 20 pA per sel dalam studi ini.

            Oksidase NADPH adalah kompleks beberapa protein thatassociate satu sama lain pada saat aktivasi sel [32,33]. Aktivasi in vitro biasanya dicapai dengan penerapan ester phorbol, phorbol-12-miristat-13-asetat (PMA) [29,30,33]. Aktivasi yang paling mungkin terjadi melalui protein kinase jalur C (PKC) [34,35]. Kompleks enzim dan analog nya juga semakin ditemukan dalam berbagai jenis sel yang berbeda termasuk mikroglia [36], otot polos pembuluh darah [37], hemato-poietic sel induk [38], dan sel endotel [39]. Kehadiran sebuah rantai transpor elektron dalam membran plasma sel darah putih berarti bahwa dimungkinkan untuk "membajak" elektron ini energi tinggi untuk mengalihkan mereka ke elektroda di dekatnya. Dalam situasi seperti ini, sebuah sel biofuel didasarkan pada sel darah putih metabolisme glukosadapatdirancangsecara teoritis. Interaksi listrik antara sel dan permukaan elec-trode menjadi penting untuk suatu proses langsung elec-tron pemindahan berlangsung. Ide untuk menggunakan elektron berasal dari NADPH oxi-dase untuk menyalakan sebuah sel biofuel pertama kali diusulkan oleh Justin dan rekan [1-3,40-45] dan kemudian baru-baru ini oleh Sakai dan rekan [46]. Dalam studi yang dilakukan oleh Justin dan rekan, termasuk yang satu ini, sel darah putih manusia diisolasi langsung dari darah manusia secara keseluruhan. Sebagian besar populasi sel terisolasi terdiri sel PBMC (B dan limfosit T). Kegiatan K562 dan garis Jurkat sel darah putih juga diselidiki. Namun, dalam studi Sakai, yang Speci-fic sel yang digunakan adalah THP-1 sel monocytic manusia dirangsang untuk berdiferensiasi menjadi makrofag. Studi Sakai menunjukkan bahwa arus keluaran dari incor-porating makrofag BFC pada anoda bisa terganggu oleh aplikasi inhibitor oksidase NADPH seperti diphenylene Iodinium (DPI). Studi saat ini menyarankan untukdijelaskan dalam makalah ini, namun bahwa proses perpindahan elektron lain dapat terjadi antara sel dan elektroda. Seperti yang ditunjukkan dalam pekerjaan ini, serotonin dilepaskan dari sel darah putih aktifadalah mediator mungkin untuk transfer elektron antara sel dan elektroda. Meskipun konfirmasi ini dengan menggunakan teknik elektrokimia seperti voltametri siklik dan HPLC untuk validasi, sulit untuk membantah kemungkinan bahwa oksidase NADPH juga aktif. Salah satu alasan bahwa penelitian kami tidak mengungkapkan puncak CV redoks karena oksidase NADPH mungkin karena NADPH oksidase tidak seaktif antara PBMC dibandingkan makrofag seperti neutrofil dan eosi-nophils. Hanya tingkat yang sangat rendah makrofag biasanya diisolasi dari orang sehat, seperti yang terjadi dalam penelitian kami - sebuah kebutuhan yang diperlukan untuk kelembagaan Review Board (IRB) kepatuhan. Oleh karena itu, pengaruh aktivitas oksidase NADPH khusus pada biofuel arus sel tidak akan sebagai dominan sebagai makrofag kultur dibedakan ke elektroda sebagai dilakukan oleh Sakai dan rekan. Hal ini mengejutkan bahwa dalam pekerjaan oleh Sakai dan rekan bahwa saat ini latar belakang yang lebih besar terkait dengan serotonin tidak diamati. Hal ini menunjukkan serotonin yang mungkin tidak pro-diproduksi oleh monosit yang berbeda, tidak seperti nomenon phe-rilis yang ditunjukkan oleh sel-sel yang digunakan dalam studi kami. Jauh berbeda mekanisme transfer elektron untuk sel darah putih tertentu yang sangat mungkin digunakan dalam dua penelitian.

            Tujuan masa depan dalam melanjutkan pekerjaan yang diuraikan dalam makalah ini akan mengeksplorasi cara meningkatkan efisiensi elec-tron transfer leukosit manusia untuk densitas enhancing saat ini dan kekuasaan diimplan aplikasi sel biofuel.

E.  Kesimpulan

            Dalam studi ini, kami mengusulkan pengembangan bahan bakar sel baru biologis yang dapat memanfaatkan sumber daya body'sown untuk menghasilkan listrik, melalui spesifik electrochemical interaksi antara sel dan elektroda dalam jarak dekat. Motivasi dari penelitian ini adalah untuk mengembangkan BFC yang  dapat digunakan untuk daya perangkat medis implan, termasuk mikro dan nano-biosensor. Penelitian ini bertujuan untuk menunjukkan bahwa transfer elektron antara sel darah putih manusia dan elektroda antar menghadap dapat terjadi melalui salah satu atau semua dari tiga mekanisme yang mungkin: 1) transfer elektron langsung melalui membran terikat redoks spesies (seperti flavocyto-krom oksidase NADPH), 2) transfer elektron tidak langsung melalui exocytosednon-metabolik spesies biokimia (misalnya serotonin), dan 3) transfer elektron tidak langsung melalui exocytosed spesies metabolik biokimia yang relevan. Hasil kami menunjukkan bahwa sel-sel darah putih aktif dapat menghasilkan arus listrik kecil ketika intro diproduksi ke dalam kompartemen anoda dari bahan bakar sel membran pertukaran proton, dengan ferricyanidedi kompartemen katoda. Voltametri siklik dari sel-sel darah putih menunjukkan puncak oksidasi pada sekitar 360 mV vs SCE. Puncak pada potensi ini telah dikaitkan dengan serotonin rilis. HPLC telah digunakan untuk memverifikasi bahwa sel darah putih manusia pada serotonin rilis activation. Garis darah putih berbagai sel tidak melepaskan serotonin, menunjukkan bahwa sel yang terisolasi mungkin penyerapan serotonin dari aliran darah dari pada memetabolisme sendiri.

Referensi