Mengenal ELISA: Teknologi Modern dalam Diagnostik Penyakit

Pemeriksaan laboratorium telah digunakan oleh dokter sejak dulu untuk menegakan diagnosis penyakit. Sebelum mikroskop ditemukan, pemeriksaan  laboratorium dilakukan secara makroskopik yaitu pemeriksaan yang dilakukan dengan mata telanjang terhadap berbagai jenis spesimen seperti urin dan tinja. Akan tetapi, hanya dengan pemeriksaan makroskopik kita tidak bisa mengetahui perubahan yang terjadi pada tingkat mikroskopis seperti jenis dan bentuk sel parasit, bakteri, maupun virus. Oleh karena itu, pada tahun 1590 seorang ayah dan anak bernama Zacharias Janssen dan Hans Janssen mengembangkan mikroskop cahaya yang dapat memperbesar objek kecil yang tidak bisa dilihat dengan mata telanjang sehingga dapat diamati. Hal ini membuka jalan bagi penemuan dan penelitian baru di bidang biologi, kedokteran, dan ilmu pengetahuan lainnya. Seiring berjalannya waktu, metode pemeriksaan laboratorium untuk mendeteksi dan mengukur zat target dalam sampel semakin berkembang, contohnya adalah teknologi RID (Radial immuno diffusion) dan RIA (Radio immunoassay).

 

Dalam perkembangan teknologi pemeriksaan laboratorium secara mikroskopik, metode ELISA (enzyme-linked immunosorbent assay) menjadi salah satu terobosan penting. Teknologi ini ditemukan oleh Eva Engvall dan Peter Perlman pada tahun 1971. Metode ELISA diterapkan dalam berbagai bidang dan menjadi metode yang rutin digunakan dalam laboratorium penelitian dan diagnostik di seluruh dunia. Mereka mengembangkan ELISA dengan memodifikasi metode RIA (Radio immunoassay) dengan cara menggantikan radioaktif iodine 125 dengan enzim untuk mengkonjugasikan antigen dan antibodi.

Metode ELISA pertama kali digunakan untuk menentukan kadar antibodi  IgG  pada serum darah kelinci. Metode ELISA akhirnya dipatenkan di Amerika Serikat dan Eropa. Setelah itu, metode ELISA mulai banyak digunakan oleh peneliti-peneliti. Pada tahun 1974,  LJungstrom dkk. memanfaatkan metode ini dalam parasitologi untuk mengidentifikasi trichinosis. Pada tahun 1945, Voller menggunakan metode ELISA untuk mendiagnosis malaria. Pada tahun 1978-1981, Bishai, Galli, Leinikki, Ukkonen, dkk. menggunakan metode ELISA untuk mengidentifikasi infeksi yang disebabkan oleh virus influenza, parainfluenza, dan mumps. Pada tahun 1980, Siegle et al. memodifikasi metode ELISA dengan plat mikrotitrasi untuk mengidentifikasi konsentrasi dari berbagai hormon, peptida, dan protein. Saat ini metode ELISA digunakan baik untuk penelitian atau keperluan diagnostik seperti pemeriksaan antigen virus covid, screening hepatitis, analisis parasit, mendeteksi marker tumor,mengukur kadar hormon, dan lain-lain.

 

ELISA bekerja dengan dua prinsip: yaitu reaksi antara antibodi dengan antigen dan reaksi antara enzim dengan substrat. Reaksi tersebut terjadi dalam setiap well microplate. Pada permukaan well telah dilapisi antibodi yang spesifik terhadap antigen target. Kemudian, ketika sampel yang mengandung antigen target dimasukan ke well, maka akan terjadi reaksi dengan antibodi di dalam well sehingga terbentuk ikatan antibodi-antigen target. Akan tetapi, di dalam sampel tidak hanya terdapat antigen target, terdapat juga antigen-antigen lain yang tidak diperlukan. Antigen tersebut dieliminasi dengan cara dicuci (wash) dengan buffer. Setelah itu, kompleks antibodi-antigen akan diikatkan dengan antibodi yang terlabel dengan enzim (enzyme-labelled antibody). Kemudian untuk mengetahui apakah sudah terdapat ikatan antara antibodi dengan antigen, ditambahkan sejumlah substrat yang akan bereaksi dengan enzim pada enzyme-labelled antibody. Reaksi tersebut akan membentuk produk yang menghasilkan warna. Untuk menghentikan reaksi tersebut, ditambahkan NaOH, HCl, atau asam sulfat. Warna yang terbentuk diukur serapannya pada panjang gelombang 400-600 nm menggunakan ELISA reader dengan prinsip spektrofotometri.

Terdapat tiga jenis metode ELISA, yaitu:

1. Direct ELISA
   Prinsip direct ELISA adalah dengan mengikat langsung antigen dengan enzyme-labelled antibody. Metode ini umumnya digunakan untuk mengukur konsentrasi antigen
2. Indirect ELISA
   Pada indirect ELISA, antigen tidak berikatan langsung dengan enzyme-labelled antibody, melainkan diikatkan terlebih dahulu dengan antibodi primer. Metode ini umumnya digunakan untuk mengukur total antibodi di dalam sampel
3. Sandwich ELISA
   Berbeda dengan direct dan indirect ELISA, pada Sandwich ELISA well dilapisi dengan antibodi penangkap (capture antibody). Antibody ini akan berikatan dengan antigen target kemudian diikatkan kembali dengan antibodi secara direct dan indirect sehingga bentuknya seperti sandwich. Metode ini umumnya digunakan untuk mengukur konsentrasi antigen dari sampel yang kompleks seperti ( hormon, sitokin, dst)

Metode ini memiliki keunggulan seperti:

1. Prosedur sederhana
2. Spesifitas dan sensitivitas tinggi, karena berdasarkan reaksi antigen dengan antibodi yang spesifik
3. Efisiensi tinggi
4. Umumnya aman dan ramah lingkungan, karena tidak memerlukan substansi radioaktif dan pelarut organik dalam jumlah banyak.

Akan tetapi, ELISA juga memiliki kekurangan seperti:

1. Biaya penyiapan antibodi yang tinggi
2. Memerlukan teknik yang rumit dan media kultur yang mahal
3. Kemungkinan terjadinya positif/negatif palsu tinggi
4. Ketidakstabilan antibodi
5. Memerlukan transportasi dan penyimpanan dalam keadaan dingin karena adanya antibodi yang tidak stabil

Sebagai kesimpulan, pemeriksaan laboratorium telah mengalami evolusi signifikan sejak ditemukannya mikroskop cahaya oleh Zacharias Janssen dan Hans Janssen pada tahun 1590. Pengembangan metode ELISA oleh Eva Engvall dan Peter Perlman pada tahun 1971 menjadi tonggak penting dalam bidang pemeriksaan laboratorium secara mikroskopis. Metode ini telah memberikan kontribusi besar dalam diagnosis penyakit, penelitian biologi, kedokteran, dan ilmu pengetahuan lainnya. Dalam metode ELISA, reaksi antara antigen dan antibodi serta enzim dengan substrat terjadi dalam well microplate, dan hasilnya dapat diukur melalui spektrofotometri. Metode ELISA memiliki keunggulan seperti prosedur yang sederhana, sensitivitas tinggi, dan efisiensi yang baik. Meskipun demikian, ada beberapa tantangan seperti biaya penyiapan antibodi yang tinggi dan kemungkinan hasil positif/negatif palsu. Namun, metode ELISA tetap menjadi salah satu metode yang paling umum digunakan dalam pemeriksaan laboratorium saat ini, dengan berbagai aplikasi dalam diagnosis penyakit, pemantauan kesehatan, dan penelitian. Dengan terus berlanjutnya kemajuan teknologi, diharapkan metode ELISA akan terus berkembang dan memberikan kontribusi yang lebih besar dalam upaya peningkatan kualitas kesehatan dan pemahaman ilmiah di masa depan.

Referensi:

American Physical Society.Lens Crafters Circa 1590: Invention of the Microscope. APS News. 2004. https://www.aps.org/publications/apsnews/200403/history.cfm

Aydin S. A short history, principles, and types of ELISA, and our laboratory experience with peptide/protein analyses using ELISA.Peptides. 2015;72:4-15.

Sakamoto S, Putalun W, Vimolmangkang S, Phoolcharoen W, Shoyama Y, Tanaka H, Morimoto S. Enzyme-linked immunosorbent assay for the quantitative/qualitative analysis of plant secondary metabolites. J Nat Med. 2018;72(1):32-42. doi: 10.1007/s11418-017-1144-z