BAB 2 SEL PUNCA
Biologi sel punca merupakan bidang baru yang maju dan sangat pesat dengan penemuan-penemuan baru yang dilaporkan dari seluruh dunia. Selama bertahun-tahun para peneliti telah mencari cara untuk menggunakan sel punca untuk menggantikan sel dan jaringan yang rusak, tetapi hanya baru-baru ini saja diketahui
bahwa sel punca banyak menarik perhatian dari para ilmiah dan
kebijakan publik. 1 Minat terhadap sel punca juga jelas meningkat dalam beberapa dekade terakhir ini. Hal ini disebabkan karena potensi sel punca yang sangat menjanjikan untuk terapi berbagai penyakit sehingga menimbulkan harapan baru dalam pengobatan berbagai penyakit. 10
1.Definisi Sel punca adalah tipe khusus dari sel-sel yang belum berdiferensasi, yang dapat ditemukan hampir di setiap jenis jaringan dan diseluruh kehidupan dalam organisme multisel. Sel punca memiliki dua sifat unik. Pertama adalah kapasitas mereka memperbaharui atau meregenerasi dirinya sendiri. Dalam hal ini sel punca dapat membuat replika sel yang persis sama dengan dirinya melalui pembelahan sel. Kemampuan kedua adalah untuk berdiferensiasi menjadi sel lain. Dalam hal ini
sel punca mampu berkembang menjadi berbagai jenis sel
matang, misalnya sel saraf, sel otot jantung, sel otot-otot rangka, sel pankreas, dan lain-lain. 1, 5, 6, 11
Universitas Sumatera Utara
Gambar. 1 Keterangan mengenai sel punca yang mempunyai sifat mereplikasi diri dan berdiferensiasi menjadi sel lain.( The National Academies. Understanding Stem Cells. 2004 : 3)
2. Jenis Berdasarkan jenisnya sel punca dibagi menjadi 2 yaitu : 1, 5, 6, 10, 11, 12, 13, 14 1. Sel punca embrional Sel punca embrional adalah sel punca yang diambil dari inner mass cell embrio pada fase blastosit yaitu 5-7 hari setelah pembuahan. Massa sel bagian dalam dari embrio mengelompok dan mengandung sel induk embrionik. Sel dapat diisolasi dari inner mass cell embrio dan dikultur secara in vitro. Sel induk embrional dapat diarahkan menjadi sel apa saja yang dikehendaki, seperti sel darah, sel otot, sel hati, sel ginjal, dan sel lainnya.
Universitas Sumatera Utara
Gambar. 2 Keterangan gambar diferensiasi daripada sel punca embrionik (The National Academies. Understanding Stem Cells. 2004 : 4)
Gambar. 3 Sel punca yang berasal dari inner mass cell dalam tahap blastokista embrio manusia telah terbukti dapat berdiferensiasi menjadi beberapa jenis sel yang berbeda dan memiliki potensi untuk menggantikan atau dapat meregenerasi jaringan. ( Andreasen JO, Andreasen FM, Andreasen L. Textbook and color atlas traumatic injuries to the teeth . 4th ed. 2007 : 115)
Universitas Sumatera Utara
2. Sel punca dewasa Sel punca dewasa berasal dari jaringan dewasa yaitu sel yang dapat berproliferasi dalam periode yang panjang untuk memperbaharui diri, serta dapat berdiferensiasi untuk menghasilkan sel-sel khusus yang mempunyai karakteristik morfologi dan fungsi yang spesifik. Salah satu sel punca dewasa adalah sel punca hematopoitik (hematopoietic stem cells), yaitu sel punca pembentuk sel-sel darah yang sehat. Sumber sel induk hematopoitik adalah sum-sum tulang, darah tepi, dan darah tali pusat. Sel punca dewasa memiliki ciri yang unik, yaitu memiliki sifat undifferentiated dan dapat mempertahankan sifat ini sampai mereka terpapar dan merespons terhadap sinyal. Sel punca dewasa mempunyai kemampuan mereplikasi diri yang panjang dan kemampuan berdiferensiasi ganda selama organisme hidup.1
Gambar. 4 Keterangan gambar menunjukkan sel punca dewasa yang dapat berdiferensiasi menjadi sel seperti yang kita kehendaki. (Turksen K. Adult stem cells. 2004 : 70)
Universitas Sumatera Utara
3.Sumber Sel punca bisa didapat dari berbagai sumber, yaitu : 1, 5, 6, 15, 16 a. Transplantasi sel punca dari sumsum tulang Sumsum tulang adalah jaringan spons yang terdapat dalam tulang-tulang besar seperti tulang pinggang, tulang dada, tulang punggung, dan tulang rusuk. Transplantasi sumsum tulang merupakan terapi sel punca yang berhasil pertama kali. Sumsum tulang merupakan sumber yang kaya akan sel induk hematopoietik. Sejak dilakukan pertama kali kira-kira 30 tahun yang lalu, transplantasi sumsum tulang digunakan sebagai bagian dari pengobatan leukemia, limfoma jenis tertentu, dan anemia aplastik. Karena teknik dan angka keberhasilannya semakin meningkat, maka pemakaian transplantasi sumsum tulang sekarang ini semakin meluas. Pada transplantasi ini prosedur yang dilakukan cukup sederhana. Pasien dalam keadaan teranestesi total dan dilakukan pengambilan sumsum tulang (sekitar 600cc) diambil dari tulang panggul donor dengan bantuan sebuah jarum suntik khusus, kemudian sumsum tulang itu disuntikkan ke dalam vena resipien. Sumsum tulang donor berpindah dan menyatu di dalam tulang resipien dan selselnya mulai berproliferasi. Apabila semuanya berjalan dengan lancar, seluruh sumsum tulang resipien akan tergantikan dengan sumsum tulang yang baru. Namun, prosedur transplantasi sumsum tulang memiliki kelemahan karena sel darah putih resipien telah dihancurkan oleh terapi radiasi dan kemoterapi. Sumsum tulang yang baru memerlukan waktu sekitar 2-3 minggu untuk menghasilkan sejumlah sel darah putih yang diperlukan guna melindungi resipien terhadap infeksi.
Universitas Sumatera Utara
Turunan sumsum tulang sel punca mesenkim dapat mereplikasi diri dan dapat berdiferensiasi, di bawah kondisi eksperimental, menjadi osteoblast, kondrosit, mioblasts, adiposit dan jenis sel lain, seperti sel-sel neuron, pulau pankreas sel beta,dll. Turunan
sumsum tulang sel punca mesenkim saat ini
sedang diselidiki dalam aplikasi yang lebih luas, seperti cacat pada tulang rawan sendi, defek tulang, cangkok jaringan adiposa, jantung infark, penyakit hati dan regenerasi neurologis. Sel punca mesenkim sering dipandang sebagai ukuran sel punca dewasa.
b. Transplantasi sel punca dari adiposa Sel punca adiposa didapat dan diisolasi dari lemak manusia, biasanya dengan cara ” lipectomi ” atau aspirasi sedot lemak. Sel punca adiposa dapat berdiferensiasi menjadi adiposit, kondrosit, miosit, saraf dan turunan osteoblast. Sel punca adiposa dapat mereplikasi diri menjadi
banyak
bagian tanpa
kehilangan kemampuan untuk berdiferensiasi lebih lanjut. Banyak kepercayaan, bahwa sel punca adiposa mempunyai keuntungan yang lebih dari populasi sel punca dewasa yang lain, untuk jaringan adiposa lebih banyak ke individuindividu tertentu, yang
mudah diakses dan
lebih
lengkap. Akan tetapi,
kemampuan untuk menyusun kembali jaringan dan organ oleh sel punca adipose melawan sel punca dewasa lain belum dibuktikan secara komprehensif.
c. Transplantasi sel punca dari darah tali pusat Sel punca tali pusat berasal dari darah tali pusat. Pada tahun 1970-an, para peneliti menemukan bahwa darah plasenta manusia mengandung sel punca dewasa yang sama dengan sel punca yang ditemukan dalam sumsum tulang.
Universitas Sumatera Utara
Karena sel punca dari sumsum tulang telah berhasil mengobati pasien dengan penyakit kelainan darah yang mengancam jiwa seperti leukemia dan gangguangangguan sistem kekebalan tubuh, maka para peneliti percaya bahwa mereka juga dapat menggunakan sel punca dari darah tali pusat untuk menyelamatkan jiwa pasien. Darah tali pusat mengandung sejumlah sel induk yang bermakna dan memiliki keunggulan di atas transplantasi sel induk dari sumsum tulang atau dari darah tepi bagi pasien-pasien tertentu. Transplantasi sel induk dari darah tali pusat telah mengubah bahan sisa dari proses kelahiran menjadi sebuah sumber yang dapat menyelamatkan jiwa.
d. Transplantasi sel punca dari cairan ketuban Sel punca cairan ketuban dapat diperoleh dari aspirasi amniosentesis selama proses pembentukan gen. Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa sel punca dari cairan ketuban memiliki kemampuan luar biasa dalam berproliferasi dan berdiferensiasi menjadi beberapa jenis sel, seperti kondrosit, adiposit, osteoblast, miosit, sel endotel seperti sel-sel neuron dan sel-sel hidup.
e. Transplantasi sel punca dari induced pluripotent Sel punca dari induced pluripotent berasal dari sel-sel epitel. Sel punca induced pluripotent lebih dikenal sebagai sel punca dewasa atau somatik sel punca yang telah memiliki sifat yang mirip seperti sel punca embrionik. Secara biologis dan sosial, studi ini cukup signifikan. Di bidang biologis, sel punca dari induced pluripotent memiliki kemampuan untuk menghasilkan jumlah sel punca yang besar sebagai sumber sel autologous yang dapat digunakan untuk menumbuhkan
Universitas Sumatera Utara
jaringan khusus untuk pasien tertentu. Di bidang sosial, sel punca dari induced pluripotent muncul untuk meminimalkan kebutuhan sel embrionik manusia.
f. Transplantasi sel punca sel dari gigi Sel punca dari gigi terisolasi dari pulpa gigi, ligamen periodontal (termasuk bagian apikal) dan struktur gigi lainnya . Sel punca kraniofasial, termasuk sel punca dari gigi, berasal dari sel neural crest dan sel mesenkimal selama pengembangan. Neural crest merupakan sel-sel progenitor dari pembentukan jaringan saraf. Secara konseptual, sel punca dari gigi juga berpotensi untuk berdiferensiasi menjadi turunan sel saraf. Khususnya, sel punca yang berasal dari gigi desidui telah menunjukkan adanya hubungan terhadap pembentukan penanda sel saraf (neural markers) seperti nestin. Demikian pula, sel punca yang berasal dari sumsum tulang juga telah hubungan
terhadap
pembentukan
penanda
sel
menunjukkan adanya
saraf (neural
markers).
Dijumpainya neural markers dari sel punca gigi menunjukkan potensi sel ini dalam pengobatan penyakit Parkinson. Sel punca dari gigi yang telah terisolasi, baik dari gigi desidui atau gigi permanen dianggap sebagai sel punca setelah melahirkan atau sel punca dewasa g. Zigot, yaitu pada tahap sesaat setelah sperma bertemu dengan sel telur. h. Fetus. Fetus dapat diperoleh dari klinik aborsi dengan syarat seperti : usia janin 3 minggu, berdasarkan persetujuan si ibu dan apabila bayi yang dilahirkan nantinya dapat membahayakan atau menganggu kesehatan dan keselamatan si ibu.
4.Peran Sel punca
Universitas Sumatera Utara
Peran sel punca yang didapat dari riset adalah : 10 1. Terapi gen. Sel punca ( dalam hal ini hematopoitic stem cell) digunakan sebagai alat pembawa transgen ke dalam tubuh pasien, dan selanjutnya dapat dilacak jejaknya apakah sel punca ini berhasil mengeksperesikan gen tertentu dalam tubuh pasien. Dan karena sel punca mempunyai sifat self-renewing, maka pemberian pada terapi gen tidak perlu dilakukan berulang-ulang, selain itu hematopoietic stem cell juga dapat berdiferensiasi menjadi bermacam-macam sel, sehingga transgen tersebut dapat menetap di berbagai macam sel 2.Mengetahui proses biologis, yaitu perkembangan organisme dan perkembangan kanker. Melalui sel punca dapat diketahui proses perkembangan, baik sel normal maupun sel kanker 3. Penemuan dan perkembangan obat baru , yaitu untuk mengetahui efek obat terhadap berbagai jaringan 4. Terapi sel berupa replacement therapy. Oleh karena sel punca dapat hidup di luar organ tubuh manusia misalnya di cawan petri, maka dapat dilakukan manipulasi terhadap sel punca itu tanpa mengganggu organ tubuh manusia. Sel punca yang telah dimanipulasi tersebut dapat ditransplantasi kembali masuk ke dalam organ tubuh untuk menangani penyakit-penyakit tertentu
5.Keuntungan dan kerugian
Keuntungan dan kerugian memakai jenis sel punca dalam cell-based therapy Keuntungan sel punca embrional yaitu : 10, 17
Universitas Sumatera Utara
1. Mudah didapat dari klinik fertilitas 2. Bersifat pluripoten sehingga dapat berdiferensiasi menjadi segala jenis sel dalam tubuh 3. Immortal. Maksudnya berumur panjang, dapat berproliferasi beratus-ratus kali lipat pada kultur 4.Reaksi penolakan rendah Kerugian sel punca embrional yaitu : 1. Dapat bersifat tumorigenik. Artinya setiap kontaminasi dengan sel yang tak berdiferensiasi dapat menimbulkan kanker 2. Selalu bersifat alogenik sehingga berpotensi menimbulkan penolakan 3. Secara etis sangat kontroversial Keuntungan sel punca dewasa yaitu : 1. Dapat diambil dari sel pasien itu sendiri sehingga menghindari penolakan imun 2. Sudah terspesialisasi sehingga induksi menjadi lebih sederhana 3. Secara etis tidak ada masalah. Kerugian sel punca dewasa yaitu : 1. Jumlahnya sedikit, sangat jarang ditemukan pada jaringan matur sehingga sulit mendapatkan dalam jumlah banyak 2. Tidak memiliki masa hidup yang panjang 3. Bersifat multipoten, sehingga diferensiasi tidak seluas sel punca embrional yang bersifat pluripoten.
6. Karakteristik sel punca
Universitas Sumatera Utara
Sel punca yang dapat bereplikasi menjadi mature cell mempunyai karakteristik dan bentuk khas. Teminologi sel punca oleh para peneliti dibedakan berdasarkan karakteristik in vivo, in vitro dan pasca transplantasi in vivo yaitu:
1, 5,
6, 10
1. Totipoten Sel berasal dari sel telur yang mempunyai kemampuan menjadi sel dan jaringan embrio serta jaringan yang mendukung pertumbuhan embrio itu sendiri. Mamalia mempunyai 200 jenis sel yang meliputi sel saraf (neuron), sel otot (miosit), sel kulit (epitelial), sel darah (eritrosit, monosit,limfosit dll), sel tulang (osteosit) dan sel kartilago (kondrosit). Sel yang juga berperan pada pertumbuhan embrio meliputi jaringan ekstraembrional, plasenta dan tali pusat. 2. Pluripoten Sel berasal dari 3 lapisan germinal embrio yang berasal dari inner cell blastokis sebelum menempel pada dinding uterus. Ketiga lapisan tersebut terdiri dari : mesoderm, endoderm dan ektoderm yang merupakan cikal dari semua sel dalam tubuh. Mesoderm merupakan cikal dari sumsum tulang, korteks adrenal, jaringan limfe, otot polos, otot jantung, otot rangka, jaringan ikat, sistim urogenital dan sistim vaskular. Endoderm merupakan cikal dari timus, tiroid, laring, trakhea, paru, vesika urinaria, vagina, uretra, GIT. Sedangkan lapisan terakhir, ektoderm merupakan cikal dari kulit, jaringan saraf, medula adrenal, hipofisis, jaringan ikat kepala dan wajah, mata dan telinga.
Universitas Sumatera Utara
Gambar. 5 Keterangan gambar diferensiasi daripada jaringan manusia pada karakteristik pluripotent yang terbagi menjadi lapisan ektoderm, mesoderm dan endoderm (http: // stemcells.nih.gov/info/scireport/chapter1/asp)
3. Unipoten Terminologi ini digunakan pada sel yang berasal dari suatu organ, sehingga hanya mampu membentuk sel yang sama. Sehingga dengan karakteristik demikian maka sel punca dapat berupa sel punca embrional dan sel punca dewasa. Sel punca germional mempunyai karakteristik totipoten dan pluripoten, sel punca ini diperoleh dari jaringan embrio 4 hari. Jika sel berasal dari gonadal ridge fetus 5-10 minggu maka disebut sel germ embrional. Sedangkan sel punca dewasa mempunyai karakteristik unipoten dan didapat dari organ tertentu. Sel punca dewasa merupakan progenitor atau prekursor sel yang akan berkembang menjadi sel matang dengan bentuk dan karakteristik yang khas. Saat diferensiasi ini terjadi,
Universitas Sumatera Utara
gen tertentu teraktivasi dan gen lainnya bersifat inaktif meskipun sel punca dewasa sulit untuk diisolasi dan diidentifikasi, sel ini diharapkan dapat berperan dalam dunia terapi.
7. Cara kerja Dalam pengaturan klinis, rute yang optimal untuk pemberian sel punca tergantung pada anatomi dan tingkat kerusakan jaringan atau organ yang terlibat, dapat secara langsung atau lokal atau dengan pemberian secara implantasi intravaskuler. Meskipun layak untuk jaringan dengan batas-batas anatomis, daerah implantasi adalah invasif, memiliki prosedur yang terkait biaya, dan bisa mengakibatkan morbiditas yang signifikan. Selain itu, pemberian ini bisa menyebabkan trauma cedera dan peradangan. Studi baru-baru ini oleh Sackstein dan rekan, melaporkan bahwa CD44 dapat berfungsi sebagai molekul homing dari sum-sum tulang yang berasal dari sel punca mesenkimal. Mekanisme sel punca pada saat meregenerasi tulang dengan menggunakan mesenkimal sel punca dapat digambarkan sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
Gambar. 6 Skema mekanisme daripada sel punca ( Khaldoyanidi S. Directing stem cell homing. 2008: 199)
Mesenkimal sel punca pertama akan masuk kedalam darah terlebih dahulu dan akan menghasilkan Hematopoitic Cell atau sel darah. Kemudian Hematopoietic Cells atau sel darah tersebut akan mencari dan bergabung dengan E-selection yang menghasilkan suatu proses yaitu rolling. Setelah proses rolling, akan terjadi proses adhesion yang mana sel-sel tersebut akan melekat ke membran Endothelial Cell atau sel endothelial. Setelah itu, sel nya akan melakukan proses transmigration, yaitu sel-sel tersebut akan berpindah dan menembus sel endothelial dan kemudian akan masuk ke dalam sum-sum tulang. Pada sum-sum tulang sel-sel tersebut akan menghasilkan banyak modifikasi dari sel-sel CD44, seperti SC, HA (hyaluronan), FGF, Osteopontin. Setelah itu modifikasi-
Universitas Sumatera Utara
modifikasi tersebut akan masuk kedalam tulang dan dapat diarahkan sesuai dengan apa yang ingin diregenerasikan.18
Universitas Sumatera Utara
