sel jantung, sel kulit, stem cell
Sel jantung manusia yang secara kimiawi diprogram dari sel kulit manusia.(Credit: Nan Cao, Ph.D., Gladstone Institutes)

Bhataramedia.com – Melalui sebuah terobosan besar, para ilmuwan di Institut Gladstone mengubah sel-sel kulit menjadi sel-sel jantung dan otak dengan menggunakan kombinasi bahan kimia. Semua penelitian sebelumnya pada pemrograman ulang sel memerlukan penambahan gen eksternal ke dalam sel, sehingga temuan ini merupakan prestasi yang belum pernah terjadi sebelumnya. Penelitian ini menjadi dasar untuk meregenerasi sel yang hilang atau rusak dengan obat farmasi di kemudian hari.

Pada dua studi yang diterbitkan di Science dan Cell Stem Cell, tim ilmuwan yang dipimpin oleh peneliti senior Gladstone, Sheng Ding, Ph.D., menggunakan bahan kimia yang secara bertahap membujuk sel kulit untuk berubah menjadi sel punca (stem-cell) organ spesifik dan, akhirnya, menjadi sel-sel jantung atau otak. Penemuan ini menawarkan metode yang lebih efisien dan dapat diandalkan untuk memprogram ulang sel dan menghindari masalah medis di seputar rekayasa genetika.

“Metode ini membawa kita lebih dekat untuk dapat menghasilkan sel-sel baru di lokasi cedera pada pasien,” kata Ding, penulis senior pada kedua studi. “Harapan kami adalah dapat mengobati penyakit seperti gagal jantung atau penyakit Parkinson, dengan obat yang membantu regenerasi jantung dan otak pada daerah yang rusak menggunakan sel-sel jaringan yang ada pada organ tersebut. Proses ini lebih dekat dengan regenerasi alami yang terjadi pada hewan seperti kadal air dan salamander , yang telah lama memukau kita.”

Jantung yang Diperbaiki Secara Kimiawi

Jantung orang dewasa memiliki kemampuan yang sangat terbatas untuk menghasilkan sel-sel baru, sehingga para ilmuwan telah mencari cara untuk menggantikan sel-sel yang hilang setelah serangan jantung, seperti mentransplantasi sel jantung dewasa atau sel punca (stem cell) ke jantung yang rusak. Namun, upaya ini sebagian besar tidak efektif, karena kebanyakan sel-sel dewasa yang ditransplantasikan tidak dapat bertahan atau terintegrasi dengan baik ke jantung, dan hanya beberapa jenis sel punca yang dapat dibujuk untuk menjadi sel-sel jantung.

Pendekatan alternatif yang dipelopori oleh Deepak Srivastava, M.D., direktur penelitian kardiovaskular dan stem cell di Gladstone, menggunakan gen untuk mengubah sel-sel pembentuk bekas luka di dalam jantung hewan menjadi otot baru yang meningkatkan fungsi jantung. Pendekatan pemrograman ulang kimiawi untuk melakukan hal yang sama mungkin menawarkan cara yang lebih mudah untuk memberikan isyarat yang menyebabkan otot jantung untuk meregenerasi secara lokal.

Pada studi yang diterbitkan di Science, para peneliti menggunakan campuran sembilan bahan kimia untuk mengubah sel kulit manusia menjadi sel-sel jantung yang berdetak. Melalui ‘trial and error’, mereka menemukan kombinasi terbaik dari bahan kimia untuk memulai proses, dengan mengubah sel menjadi kondisi yang menyerupai sel punca multipotensi. Sel punca ini dapat berubah menjadi berbagai jenis sel di dalam organ tertentu. Campuran bahan kimia kedua dan faktor pertumbuhan membantu transisi sel menjadi sel-sel otot jantung.

Dengan metode ini, lebih dari 97% sel mulai berdetak, karakteristik yang dimiliki oleh sel-sel jantung yang sehat dan telah berkembang dengan baik. Sel-sel ini juga merespon dengan tepat terhadap hormon, dan secara molekuler mirip sel otot jantung, bukan sel-sel kulit. Terlebih lagi, ketika sel ditransplantasikan ke jantung tikus di awal proses, sel berkembang menjadi sel otot jantung yang sehat di dalam organ.

“Tujuan utama dalam mengobati gagal jantung adalah menggunakan cara yang kuat dan handal agar jantung mampu untuk membuat sel-sel otot baru,” kata Srivastava, rekan penulis pada penelitian di Science. “Pemrograman ulang sel dari pasien sendiri, dapat memberikan cara yang paling aman dan paling efisien untuk regenerasi otot jantung yang sakit atau sekarat,” seperti dilansir Gladstone Institutes (28/04/2016).

Meremajakan Otak dengan Sel Punca Saraf

Pada studi kedua, yang diterbitkan di Cell Stem Cell, para ilmuwan menciptakan sel punca saraf dari sel kulit tikus menggunakan pendekatan yang sama.

Campuran bahan kimia yang digunakan terdiri dari sembilan molekul, beberapa di antaranya tumpang tindih dengan yang digunakan pada studi pertama. Selama sepuluh hari, campuran kimia ini mengubah identitas sel, sampai semua gen sel kulit dimatikan dan gen sel punca saraf secara bertahap diaktifkan. Ketika ditransplantasikan ke tikus, sel-sel punca saraf secara spontan berkembang menjadi tiga tipe dasar sel-sel otak : neuron, oligodendrocytes, dan astrosit. Sel-sel punca saraf juga mampu mereplikasi diri, membuatnya ideal untuk mengobati penyakit neurodegeneratif atau cedera otak.

“Dengan meningkatkan keselamatan teknik yang digunakan, sel-sel punca saraf ini suatu hari dapat digunakan untuk terapi penggantian sel pada penyakit neurodegeneratif seperti Parkinson dan Alzheimer,” kata rekan penulis senior, Yadong Huang, M.D, Ph.D., seorang peneliti senior di Gladstone. “Di masa depan, kita bahkan dapat membayangkan mengobati pasien dengan ‘koktail’ obat yang bekerja pada otak atau sumsum tulang belakang, meremajakan sel-sel di otak secara real time.”

Nan Cao dan Mingliang Zhang, sarjana postdoctoral di Gladstone, masing-masing merupakan penulis pertama pada penelitian yang diterbitkan di Science dan Cell Stem Cell. Ilmuwan Gladstone lain yang terlibat pada studi termasuk Yu Huang, Ian Spencer, Yu Zhang, Baoming Nie, Min Xie, Haixia Wang, Tianhua Ma, Tao Xu, Guilai Shi, Saiyong Zhu, Kai Liu, dan Ke Li. Peneliti lain dari University of California, San Francisco dan Case Western Reserve University juga mengambil bagian dalam penelitian.

Referensi Jurnal :

1. Nan Cao, Yu Huang, Jiashun Zheng, C. Ian Spencer, Yu Zhang, Ji-Dong Fu, Baoming Nie, Min Xie, Mingliang Zhang, Haixia Wang, Tianhua Ma, Tao Xu, Guilai Shi, Deepak Srivastava, Sheng Ding. Conversion of human fibroblasts into functional cardiomyocytes by small molecules. Science, 2016 DOI: 10.1126/science.aaf1502.

2. Mingliang Zhang , Yuan-Hung Lin , Yujiao Jennifer Sun , Saiyong Zhu10 , Jiashun Zheng , Kai Liu , Nan Cao , Ke Li , Yadong Huang , Sheng Ding. Pharmacological Reprogramming of Fibroblasts into Neural Stem Cells by Signaling-Directed Transcriptional Activation. Cell Stem Cell, 2016 DOI: 10.1016/j.stem.2016.03.020.