PROCEEDING BOOK “SCIENTIFIC ANNUAL MEETING Forum Kedokteran Islam Indonesia (FOKI)” 2016
BIOMEDICAL SCIENCE
Pengaruh Pemberian Mesenchymal Stem cell Pada Dosis Maksimal Terhadap Jumlah Endotel Pembuluh Darah Jaringan Pankreas Diabetes Mellitus Tipe 2 Alvadesty Rahmalita*, Nur Anna Chalimah Sa’dyah#, Agung Putra^ *Mahasiswa Fakultas Kedokteran Universitas Islam Sultan Agung #Bagian Ilmu Penyakit Dalam Fakultas Kedokteran Universitas Islam Sultan Agung ^Bagian Ilmu Patologi Anatomi Fakultas Kedokteran Universitas Islam Sultan Agung
Corresponding Authors: Alvadesty Rahmalita, Mahasiswa Fakultas Kedokteran Universitas Islam Sultan Agung, Jln. Kaligawe KM 4 Semarang 50012 ph. (024) 6583584 fax. (024) 6594366, email:
[email protected]
ABSTRAK Latar Belakang: Terapi yang efektif untuk mengobati penyakit diabetes mellitus masih terbatas. Penggunaan stem cell dalam terapi DM masih perlu dikembangkan untuk menggantikan kerusakan sel-sel b pankreas karena stem cell merupakan sel yang mampu berdiferensiasi menjadi sel lain. Tujuan: penelitian ini bertujuan mengetahui pengaruh Mesenchymal Stem cell (MSC) yang berasal dari umbilical cord terhadap jumlah endotel pembuluh darah jaringan pankreas. Metode: Penelitian eksperimental laboratorium dengan rancangan post test only control group design. Penelitian dilakukan pada 12 ekor model mencit (Mus musculus) jantan diabetik dengan cara diinjeksi streptozotocin (STZ) 40 mg/kgBB selama 5 hari berturut-turut kemudian dibagi dua 5 kelompok (kontrol dan perlakuan). Kelompok perlakuan diinjeksi dengan MSC 3,0x10 secara intraperitoneal, sedangkan kelompok kontrol tidak diinjeksi MSC. Hari ke-44 setelah injeksi MSC mencit dieksekusi untuk pembuatan preparat histopatologi untuk mengetahui jumlah sel endotel pembuluh darah jaringan pankreas yang terbentuk dan kemudian dianalisis dengan independent sample t-test. Hasil: Jumlah sel endotel pembuluh darah jaringan pankreas pada kelompok perlakuan 6,10±2,32 sedangkan pada kelompok kontrol 1,27±0,48. Uji independent sample t-test menghasilkan p=0,001 (p < 0,05) menunjukkan bahwa rata-rata jumlah endotel pembuluh darah jaringan pankreas antara kelompok kontrol dengan kelompok perlakuan berbeda bermakna. Kesimpulan: terdapat pengaruh Mesenchymal Stem cell (MSC) yang berasal dari umbilical cord terhadap jumlah endotel pembuluh darah jaringan pankreas. Kata kunci: Mesenchymal Stem cell Umbilical cord, Endotel, Jaringan Pankreas.
PENDAHULUAN Diabetes melitus merupakan suatu kondisi terjadi penurunan produksi insulin atau penurunan sensitivitas jaringan terhadap insulin yang dapat menyebabkan gangguan metabolisme lemak, karbohidrat, dan protein (Guyton et al., 2012). Hiperglikemi adalah tanda utama dari penyakit Diabetes Melitus jika tidak ditangani dapat menyebabkan kerusakan pada sistem organ tubuh, khususnya pembuluh darah dan saraf (Hoogwerf, 2010). Hiperglikemia juga dapat meningkatkan produksi sitokin proinflamasi melalui aktivasi Toll-Like Receptors (TLRs) 2 dan 4 sehingga menyebabkan destruksi sel beta pankreas dan disfungsi endokrin pankreas pada DM tipe 1 dan 2 (Hoogwerf, 2010). Diabetes Mellitus tipe 1 terjadi karena adanya autoimun, sedangkan Diabetes Mellitus tipe 2 terjadi karena proses degenerasi pada pankreas yang terjadi secara terus-menerus. Diabetes Mellitus tipe 1 hingga saat ini belum ditemukan obatnya sehingga harus menggunakan insulin atau OAD untuk menjaga kadar glukosa darah dan mengurangi komplikasi Diabetes Mellitus. Terapi ini hanya bersifat sementara dan bersifat simptomatik. Pengobatan dibutuhkan untuk memperbaiki kerusakan pada jaringan pancreas tersebut dengan mengaktifkan sel sekitar maupun sel pankreas itu sendiri menjadi sel b pankreas, hal ini hanya dimungkinkan dengan penggunaan stem sel. Embrionic Stem cell maupun Adult Stem cell adalah sel yang dapat berdiferensiasi menjadi sel lain. Mesenchymal Stem sel merupakan bagian dari stem sel yang beberapa tahun belakangan ini mulai banyak dikembangkan sebagai upaya pengobatan (Ezquer et al., 2014). Mesenchymal Stem Sel diduga dapat memperbaiki kerusakan pancreas akibat Diabetes Mellitus karena kemampuannya memperbaiki jaringan yang rusak (Ezquer et al., 2014). Penggunaan Mesenchymal Stem cell dengan pemilihan dosis maksimal dapat mempercepat penyembuhan pada pancreas yang mengalami kerusakan. Penduduk Indonesia pada saat ini diperkirakan berjumlah 240 juta. Menurut data RISKESDAS 2007, prevalensi DM untuk usia 15 tahun sebesar 5,7% di Indonesia. Berdasarkan IDF 2014, 9,1 juta orang penduduk didiagnosis menderita DM. Dengan angka tersebut Indonesia mendapat peringkat ke-5 di dunia, atau naik
62
ISBN: 978-602-1145-33-3
dua peringkat dibanding IDF tahun 2013 yang menempati peringkat ke-7 di dunia dengan jumlah penderita Diabetes Mellitus 7,6 juta orang (PERKENI, 2015). Diabetes Mellitus merupakan penyakit yang berbahaya. Sel b berfungsi untuk menghasilkan insulin. Kerusakan sel b ini lah yang menyebabkan defesiensi sekresi insulin. Defesiensi insulin ini yang menyebabkan gangguan metabolisme. Para ahli melakukan berbagai riset dan percobaan untuk menemukan terapi dalam mengobati Diabetes Mellitus ini. Antara lain dengan transplantasi sel b untuk menggantikan sel pankreas yang telah rusak (Leichtman, et al., 2008). Tetapi cara ini memiliki banyak risiko dan keterbatasan. Salah satunya adalah keterbatasan donor pankreas serta reaksi rejeksi organ pasca transplantasi juga merupakan resiko yang tidak dapat dihindari (Harlan et al., 2009). Disamping itu, untuk mencegah reaksi imunologik pada transplantasi pankreas dibutuhkan obat imunosupresi, juga menimbulkan banyak efek samping (Harlan et al., 2009). Akibatnya, banyak penderita Diabetes Mellitus yang tidak dapat menjalankan transplantasi sel b yang mengalami kerusakan hingga akhir hidupnya. Berdasarkan hal tersebut,stem sel tentu menjadi bahan yang potensial untuk melakukan transplantasi sel b (Harlan et al., 2009). Mesenchymal Stem cell dapat berdiferensiasi menjadi sel yang dapat menghasilkan insulin (Ezquer et al., 2014). Untuk mengatasi kerusakan pada pankreas, stem cell dapat menggagalkan respon autoimun di sel b pancreas, mengganti sel b yang rusak dengan diferensiasi dari sel induk, dan modifikasi jaringan lain di sekitar pancreas. Dalam hal ini, telah banyak dilakukan penelitian tentang stem cell embrionik dan telah terbukti berpotensi untuk membentuk populasi sel yang menghasilkan insulin. Penelitian kali ini akan melihat jumlah endotel pembuluh darah jaringan pancreas pada mencit Mus Musculus yang diinjeksi Mesechymal Stem cell dengan dosis 300.000 yang sebelumnya telah menderita Diabetes Mellitus. METODE Penelitian ini adalah penelitian eksperimental laboratorium dengan menggunakan rancangan“post test only control group design”. Penelitian ini menggunakan dua kelompok, yaitu satu kelompok kontrol dan satu kelompok eksperimental. Variabel bebas pada penelitian ini adalah Pemberian Mesenchymal Stem cell. Mesenchymal Stem cell diberikan pada dosis 300.000 stem cell. Variabel tergantung pada penelitian ini adalah endotel pembuluh darah pankreas. Endotel pembuluh darah adalah sel epitelyang melapisi dinding pembuluh darah, yang dilihat dengan menggunakan mikroskop pada pembesaran 5 lapang pandang dengan pembesaran 400 x pada pewarnaan Hematoksilin Eosin (HE). Sampel yang digunakan dalampenelitian ini dilakukan pada 12 ekor model mencit (Mus musculus) jantan diabetik dengan cara diinjeksi streptozotocin (STZ) 40 mg/kgBB selama 5 hari berturut-turut kemudian dibagi dua kelompok (kontrol dan perlakuan). Kelompok perlakuan diinjeksi dengan MSC 3,0x10 5 secara intraperitoneal, sedangkan kelompok kontrol tidak diinjeksi MSC. Hari ke-44 setelah injeksi MSC mencit dieksekusi untuk pembuatan preparat histopatologi untuk mengetahui jumlah sel endotel pembuluh darah jaringan pankreas yang terbentuk. Analisis data menggunakan SPSS (Statistical Package for Social Science) for windows.Data yang diperoleh berupa data numerik dengan skala rasio. Analisis deskriptif disajikan dalam rata-rata dan standard deviasi.Analisis normalitas data dengan uji Shapiro-Wilk untuk melihat sebaran distribusi data.Analisis homogenitas kelompok menggunakan Levene’s Test, sebagai syarat uji parametrik. Hasil uji Saphiro-Wilk dan Leuvene’s Test didapatkan nilai p>0,05 maka distribusi data normal dan homogen. Data yang berdistribusi normal dan homogen digunakan uji statistik parametrik Independent-Samples T Test. HASIL Hasil pengamatan jumlah endotel pembuluh darah jaringan pankreas ditunjukkan pada Gambar 4.1.
6
PROCEEDING BOOK “SCIENTIFIC ANNUAL MEETING Forum Kedokteran Islam Indonesia (FOKI)” 2016 Gambar 4.1. Histologi Pankreas setelah diinjeksi dengan MSC dosis 3,0 x 10
5
Keterangan* : Meningkatnya jumlah endotel pembuluh Darah pankreas yang normal setelah diinjeksi dengan MSC dosis 3,0 x 10 5 Tabel 4.1. Pemberian MSC pada kelompok perlakuan
Tabel 4.1 menunjukkan terdapat perbedaan rata-rata antara kelompok perlakuan dan kontrol. Kebermaknaan perbedaan rata-rata tersebut dibuktikan secara statistik.Dari hasil penelitian dilakukan uji normalitas menggunakan Shapiro-Wilk dan didapatkan distribusi data dari semua kelompok normal (p>0,05) kemudian dilakukan uji homogenitas dengan menggunakan Levene Test dan diperoleh varian data dari semua kelompok homogen dengan p=1,000 (p>0,05), sehingga dapat disimpulkan data berdistribusi normal dan varian data homogen. PEMBAHASAN Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa pemberian MSC dapat meningkatkan jumlah endotel pembuluh darah jaringan pankreas pada model mencit diabetes, karena MSC memiliki kecenderungan untuk bermigrasi ke daerah yang cedera atau sakit (Rojas et al. 2005) dan memiliki potensi multi-diferensiasi menjadi sel-sel lain yang dalam penelitian ini adalah sel endotel pembuluh darah jaringan pankreas. Pada kondisi diabetes tipe 2 terjadi kerusakan sel beta pankreas, dan ketika MSC diinjeksikan secara intraperitoneal ke mencit, MSC pertama akan masuk kedalam darah terlebih dahulu dan akan menghasilkan hematopoitic cell atau sel darah. Hematopoietic cells tersebut akan mencari dan bergabung denganE-selection yang menghasilkan proses rolling. Setelah proses rolling, akan terjadi proses adhesion dimana sel-sel tersebut akan melekat ke membransel endothelial. Setelah itu, sel akan melakukan proses transmigration, yaitu sel-sel tersebut akan berpindah dan menembus selendothelial dan kemudian akan masuk bermigrasi menuju ke sel-sel beta pankreas yang mengalami kerusakan dan selanjutnya mereplikasi sel-sel beta pankreas yang rusak tersebut. MSC juga menghasilkan faktor pertumbuhan dan sitokin yang bekerja pada sel-sel dari jaringan dimana mereka bermigrasi, mempromosikan perbaikan cedera dan replikasi sel (Korbling dan Eztrov, 2003). MSC diketahui dapat mensekresi Vascular endothelial growth factor (VEGF) dan faktor pertumbuhan lain serta meningkatkan proliferasi sel-sel endotel. Sekresi VEGF merupakan mediator sinyal dari sel b pankreas ke sel endotel untuk menginduksi pembentukan jaringan kapiler pada pulau Langerhans (Konstantinova dan Lammert, 2004). Vascular endothelial growth factor (VEGF) adalah regulator angiogenik multi-fungsi yang merangsang pembentukan pembuluh darah, kelangsungan hidup sel endotel dan proliferasi sel epitel. Reseptor VEGF secara dominan terekspresi pada sel-sel endotel vaskular dan juga ditemukan dalam pulau pankreas (Yancopoulos et al., 2000). Penelitian Zhang et al., (2004) menunjukkan bahwa ekspresi VEGF mengakibatkan peningkatan baik pada massa graft islet dan revaskularisasi, dan secara cepat dapat membuat penerima graft memiliki normoglycemia yang stabil. Penelitian Bhansali et al. (2015) menunjukkan pemberian MSC pada tikus putih galur wistar diabetik dapat menurunkan kadar glukosa darah disertai dengan peningkatan neogenesis islet. Mesenchymal Stem cell (MSC) juga melepaskan sejumlah besar sitokin yang mendukung perkembangan
6
ISBN: 978-602-1145-33-3
hematopoietic dan progenitor stem cell, sebagaimana sekresi dari sitokin-sitokin lainnya yang terkait dengan peningkatan aliran darah pada jaringan iskemik (Kinnaird et al., 2004). Mesenchymal Stem cell (MSC) yang berasal dari darah tali pusat memiliki kapasitas diferensiasi multi-lineage pada kondisi kultur tertentu, dan beberapa studi telah menunjukkan bahwa MSC yang berasal dari darah tali pusat dapat berdiferensiasi menjadi sel yang dapat memproduksi insulin. MSC darah tali pusar mirip dengan sel yang mengekspresikan tahap spesifik antigen 4 atau stage-specific antigen 4 (SSEA 4), octamer 4 (Oct4) yang bisa berdiferensiasi menjadi seperti sel-selislet yang memproduksi insulin. Sel-sel seperti islet ini mengekspresikan insulin dan protein C-peptida (Sun et al., 2007). Penelitian Denner et al. (2007) juga melaporkan bahwa stem cell darah tali pusar manusia dapat menjadi sel yang memproduksi insulin secara in vitro. Penelitian ini juga menunjukkan bahwa stem cell darah tali pusat dapat berdiferensiasi menjadi sel-sel yang dapat memproduksi insulin secara in vitro yang ditunjukkan dengan adanya peningkatan pada jumlah endotel pembuluh darah jaringan pankreas secara in vivo. Penelitian ini membuktikan pengaruh MSC terhadap peningkatan jumlah endotel pembuluh darah jaringan pankreas, namun penelitian ini tidak meneliti efek hipoglikemik dari MSC, serta efek pemberian MSC terhadap kadar insulin pada model mencit diabetik. Keterbatasan lain, penelitian ini tidak mengukur kadar dari faktorfaktor yang memediasi efek MSC terhadap jumlah pembuluh darah sel endotel, seperti kadar VEGF, sitokin, antigen, dan protein C-peptida. KESIMPULAN Pemberian Mesenchymal Stem cell pada dosis maksimal berpengaruh terhadap jumlah endotel pembuluh darah jaringan pankreas diabetes mellitus tipe 2. DAFTAR PUSTAKA Bhansali S., Kumar V., Saikia UN., Medhi B., Jha V., Bhansali A., Dutta P., 2015, “ Effect of Mesenchymal stem cells transplantation on glycaemic profile & their localization in streptozotocin induced diabetic Wistar rats”,Indian J Med Res 142, pp 63-71. Denner L., Bodenburg Y., Zhao JG., Howe M., Cappo J., Tilton RG., Copland JA., Forraz N., McGuckin C., Urban R., 2007,“Directed engineering of umbilical cord blood stem cells to produce C-peptide and insulin”,Cell Prolif.;40:367–380. Ezquer, M., M. Arango-Rodriguez, M. Giraud-Billoud and F. Ezquer. 2014. Mesenchymal Stem cell Therapy in Type 1 Diabetes Mellitus and Its Main Complications: From Experimental Findings to Clinical Practice. Center for Regenerative Medicine, School of Medicine Guyton, Arthur C., Hall, E.J., 2012, Insulin Glukagon dan Diabetes mellitus. Dalam : Ermita I, Ibrahim Ilyas et al., Buku Ajar Fisiologi Kedokteran, EGC, Jakarta, 1015-1027. Harlan DM, Kenyon NS, Korsgren O, Roep BO. 2009. Current advances and travails in islet transplantation. Diabetes 58: 2175-2184. Hoogwerf, B.J. 2010. Diabetes Mellitus: Disease Management. http://www.clevelandclinicmeded.com/medicalpubs/ diseasemanagement/endocrinology/diabetes-mellitus/.Diakses tanggal 30 Agustus 2013. Kinnaird T., Stabile E., Burnett MS., Shou M., Lee CW., Barr S., Fuchs S., Epstein SE. 2004. Local delivery of marrow-derived stromal cells augments collateral perfusion through paracrine mechanisms. Circulation 109: 1543–1549. Konstantinova, I. and E. Lammert. 2004. Microvascular development: learning from pancreatic islets. BioEssays 26(10): 1069-1075. Korbling, M. dan Estrov Z. 2003. “Adult stem cells for tissue repair—a new theropeutic concept?”. N Engl J Med. 349:570–582.
6
PROCEEDING BOOK “SCIENTIFIC ANNUAL MEETING Forum Kedokteran Islam Indonesia (FOKI)” 2016
Leichtman AB, Cohen D, Keith D, O’Connor K, Goldstein M, McBride V, Gould CJ, Christensen LL, Ashby VB. 2008. Kidney and pancreas transplantation in the United States, 1997-2006: the HRSA Breakthrough Collaboratives and the 58 DSA Challenge. Am J Transplant 8(4 Pt 2): 946-957. PERKENI. 2015. Konsensus Pengendalian dan Pencegahan Diabetes Melitus Tipe 2 di Indonesia 2015. Jakarta: Perkumpulan Endokrinologi Indonesia Sun B., Roh KH., Lee SR., Lee YS., Kang KS., 2007,“Induction of human umbilical cord blood-derived stem cells with embryonic stem cell phenotypes into insulin producing islet-like structure”,Biochem Biophys Res Commun;354:919–923 Yancopoulos GD., Davis S., Gale NW., Rudge JS., Wiegand SJ., Holash J., 2000,“Vascular-specific growth factors and blood vessel formation”,Nature;407:242–248. Zhang N, Richter A, Suriawinata J, Harbaran S, Altomonte J, Cong L, Zhang H, Song K, Meseck M, Bromberg J, Dong H. 2004. Elevated Vascular endothelial growth factor production in islets improves islet graft vascularization. Diabetes 53(4): 963–970.
66
