Sel Punca sebagai Transformasi Alternatif Terapi
Wahyu Widowati dan Rahma Micho Widyanto Fakultas Kedokteran, Universitas Kristen Maranatha, Bandung
Abstract Stem cells are cells that became the beginning of the growth to others cell that constract the whole body of organisms, including human. Stem cells are from embryonic, fetal, or adult cells, which are capable to proliferate to cells in a long time, which this cell doesn’t have specific function, stem cells are able to differentiate into specific cell that build tissues and organ systems. Stem cells have charateristic including : undifferentiated cells, this cell is self-renewal, cells can differentiate into more than one type of cells (multipotent/pluripotent). Types of stem cells include embryonic stem cells derived from embryo, or inner cell mass (ICM) and adult stem cells found in bone marrow, cord blood, umbilical cord, peripheral blood, liver, skin, brain, dental pulp, fatty tissue. The uniqueness of stem cells give new hope as an alternative therapy or cells therapy for various types especially degenerative diseases. Keywords: stem cell, cell therapy
1. Terapi sel punca Perkembangan sel punca dimulai dari penelitian pada tahun 1961. Terapi pengobatan menggunakan sel punca pertama kali berhasil dilakukan transplantasi sumsum tulang pada tahun 1968. Pada awal tahun 1980 berhasil dibuat sel punca embrio dari tikus di laboratorium, tahun 1988 pertama kali berhasil diisolasi sel punca embrio dari hamster, tahun 1998 berhasil diisolasi sel dari massa sel embrio dini dan dikembangkan sel punca embrio serta berhasil diisolasi sel germinal berasal dari sel dalam jaringan gonad janin, dan tahun 2005 ditemukan sumber sel punca pluripoten dan penelitian sel punca terus dikembangkan untuk berbagai jenis terapi penyakit khususnya penyakit degeneratif, hingga kini banyak negara di dunia antara lain Eropa, Amerika, Jepang, Korea, Singapura telah menggunakan terapi sel punca sebagai pilihan pengobatan bagi penyakit kelainan hematologi maupun penyakit degeneratif (Fuet al; 2006, Rosenstrauchet al; 2005). Beberapa rumah sakit di Indonesia juga terus mengembangkan penelitian serta mulai menerapkan terapi sel punca. Jenis sel punca yaitu sel embrionik dan sel punca dewasa yang banyak terdapat dalam sumsum tulang, namun pada penelitian lebih lanjut ditemukan juga bahwa ternyata sel punca dapat pula diisolasi dari darah tali pusat, darah perifer, hepar, kulit, maupun dari pulpa gigi, dan bahkan dari jaringan lemak yang pada umumnya merupakan limbah buangan sisa operasi liposucction (Hester, 2000), serta dari human embryonic stem cell (hESC) (Aleckovicand Simon, 2008). 2. Deskripsi sel punca Sesuai dengan kata yang menyusunnya (stem = batang; cell = sel), stem cell adalah sel yang menjadi awal mula dari pertumbuhan sel lain yang menyusun keseluruhan tubuh organisme, termasuk manusia. Seperti batang pohon yang menjadi tumpuan bagi pertumbuhan ranting dan daunnya, stem cell juga merupakan awal dari pembentukan berbagai jenis sel penyusun tubuh (Halim dkk., 2010). Stem cell merupakan sel dari embrio, fetus, atau sel dewasa yang berkemampuan untuk memperbanyak diri sendiri dalam jangka waktu yang lama, belum memiliki fungsi spesifik, dan 1
Zenit Volume 2 Nomor 1 April 2013
mampu berdiferensasi menjadi tipe sel tertentu yang membangun sistem jaringan dan organ dalam tubuh (Rantamdkk.,2009). Padanan kata stem cell dalam bahasa Indonesia antara lain: sel punca, sel induk, sel dasar, sel stem, sel tunas, sel promordial, dan sel batang. Hasil konsultasi Komisi Bioetika Nasional (KBN) dengan Pusat Bahasa diusulkan bahwa istilah sel punca atau sel batang sebagai padanan baku Bahasa Indonesia untuk stem cell. Selanjutnya, KBN memilih sel punca sebagai padanan baku untuk stem cell dalam Bahasa Indonesia (Soenarso dkk., 2007). 3. Karakteristik sel punca Karakteristik dari sel punca diantaranya adalah: belum berdiferensiasi (undifferentiated), mampu memperbanyak diri-sendiri (self renewal), dan dapat berdiferensiasi menjadi lebih dari 1 jenis sel (multipoten/pluripoten). 3.1 Belum Berdiferensiasi Salah satu karakter dasar yang dimiliki oleh sel punca adalah tidak mempunyai struktur jaringan yang spesifik untuk melakukan fungsi tertentu. Sebagai contoh, sel punca tidak dapat bekerja dengan jaringan didekatnya untuk melakukan fungsi memompa darah ke seluruh tubuh (seperti sel otot jantung),dan tidak dapat mengangkut molekul oksigen melalui aliran darah (seperti sel darah merah). Meski demikian, sel punca yang belum terdiferensiasi mempunyai kemampuan untuk berdiferensiasi menjadi tipe sel spesifik, seperti sel-sel otot jantung, sel-sel darah, atau sel-sel otak (NIH, 2009). 3.2 Mampu Memperbanyak Diri Sendiri Sel punca dapat melakukan replikasi (proliferasi) dan menghasikan sel-sel berkarakteristik sama dengan sel induknya. Kemampuan memperbanyak diri dan menghasilkan sel-sel yang sama seperti induknya ini tidak dimiliki oleh sel-sel tubuh lainnya seperti sel jantung, otak maupun sel pankreas. Itulah sebabnya apabila jaringan dalam jantung, otak, maupun pankreas mengalami kerusakan, maka pada umumnya kerusakan tersebut bersifat irreversible (Halim dkk.,2010). Kemampuan sel punca untuk melakukan replikasi dapat berlangsung berulang kali. Dalam laboratorium, sel punca yang berproliferasi dalam jangka waktu lama dapat menghasilkan jutaan sel. Jika sel yang dihasilkan tetap dalam kondisi yang belum terspesialisasi, maka dikatakan sel mempunyai kemampuan long-term selfrenewal, yaitu kemampuan sel punca mereplikasi diri dengan melakukan pembelahan menjadi tipe sel yang belum terspesialisasi dalam jangka waktu yang lama tergantung dari tipe spesifik dari sel puncanya (NIH, 2009).
3.3 Dapat Berdiferensiasi Menjadi Lebih dari Satu Jenis Sel Selain mampu mememperbanyak diri, sel punca sekaligus juga mempunyai kemampuan untuk membentuk sel yang terspesialisasi. Meskipun kebanyakan sel dalam tubuh seperti jantung maupun hati telah terbentuk khusus untuk memenuhi fungsi tertentu, sel punca selalu berada dalam keadaan tidak terdiferensiasi sampai ada sinyal tertentu yang mengarahkannya berdiferensiasi menjadi sel jenis tertentu. Kemampuannya untuk berproliferasi bersamaan dengan kemampuannya berdiferensiasi menjadi jenis sel tertentu inilah yang membuatnya unik. Keberadaan sel punca sebagai sel yang belum berdiferensiasi ternyata dimaksudkan untuk menjaga kontinuitas regenerasi populasi sel yang menyusun jaringan dan organ tubuh. Hal ini dapat dilakukan dengan kemampuan sel punca untuk berdiferensiasi menjadi sel-sel tubuh yang dibutuhkan (Kirschstein dan Skirboll, 2001; Aini, dkk., 2008). Sel punca mampu berdiferensiasi menjadi lebih dari satu jenis sel tubuh. Hal ini berarti sel punca bersifat totipoten, pluripoten, multipoten, atau oligopoten, tergantung dari jenis sel punca itu sendiri. Sel punca bersifat totipoten bila mampu berdiferensiasi menjadi tipe sel embrionik. Sel semacam ini mampu untuk membangun sistem organisme yang lengkap. Sel punca pluripoten merupakan turunan dari sel totipoten yang mampu berdiferensiasi menjadi sel tubuh yang berasal dari ketiga lapisan embrional (ektoderm, mesoderm, dan endoderm). Sel punca bersifat multipoten bila mampu berdiferensiasi menjadi beberapa jenis sel yang masih berada dalam satu golongan serupa, 2
Sel Punca sebagai Transformasi Alternatif Terapi (Wahyu Widowati dan Rahma Micho Widyanto)
misalnya sel-sel sistem hematopoietik, ataupun sel saraf. Sel punca bersifat oligopoten bila mampu berdiferensiasi menjadi beberapa jenis sel tertentu saja, seperti sel punca limfoid dan mieloid (Schöler, 2007).
I. II. III. IV. V. VI. VII. VIII. IX. X. XI. XII.
Gambar 1. Hirarki sel punca. Keterangan: Tahap dari zigot dan awal pembelahan sel hingga ke tahap morula merupakan sel punca yang bersifat totipoten, karena dapat berdiferensiasi menjadi organisme yang kompleks. Pada tahap blastosis, hanya sel pada innercell mass (ICM) yang mampu untuk berdiferensiasi menjadi ke tiga lapisan embrional (endoderm, mesoderm, dan ektoderm) sebagaimana primordial germcells (PGC), yang merupakan sel penggagas gamet jantan dan betina. Pada jaringan dewasa, sel multipoten dan progenitor terdapat pada jaringan dan organ untuk menggantikan sel yang hilang atau terluka. Pada saat ini, telah diketahui bahwa sel punca dewasa juga dapat berdiferensiasi menjadi sel dari golongan lain (garis terputus). Sel punca embrionik (embryonic stem cell/ ECS) yang didapat dari ICM, mempunyai kapasitas untuk berdiferensiasi secara in vitro menjadi semua sel somatik.(Wobus and Boheler, 2005) 3. Jenis-jenis Sel Punca Sel punca dibagi menjadi dua jenis, yaitu sel punca embrionik (embryonic stem cell) dan sel punca dewasa (adult stem cell) yang masing-masing mempunyai fungsi dan karakter yang berbeda. 3.1. Sel Punca Embrionik Seperti namanya, sel punca embrionik didapat dari embrio, lebih tepatnya dari ICM blastosis yang merupakan tahap awal dari perkembangan embrio. Embrio manusia mencapai tahap blastosis pada hari ke 4-5 setelah terjadinya fertilisasi, yang pada saat itu terdapat kurang lebih 50-150 sel. Sel punca 3
Zenit Volume 2 Nomor 1 April 2013
embrionik biasanya didapatkan dari sisa embrio yang tidak dipakai pada IVF (invitro fertilization) (Thomson et al., 1998; Saputra, 2006). Sel punca embrionik merupakan awal dari seluruh jenis sel dalam tubuh manusia yang mempunyai sifat pluripoten, jumlahnya banyak, dan mudah dikembangkan menjadi berbagai macam jaringan sel, seperti neuron, kardiomiosit, osteoblast, fibroblast dan sebagainya. Inilah keistimewaan dari sel punca embrionik yang sulit disaingi oleh jenis sel punca yang lain. Dengan sifat pluripoten yang dimilikinya maka akan sangat menjanjikan dalam untuk diaplikasikan dalam terapi penyakit degeneratif (Halim dkk.,2010). Selain itu, sel punca embrionik juga mempunyai sifat berumur panjang dan mampu berproliferasi beratus-ratus kali lipat pada kultur (Saputra, 2006). Meski demikian, sampai saat ini penggunaan sel punca embrionik sebagai terapi masih menjadi bahan perdebatan dari segi moral dan etika karena diambil dari embrio manusia yang berarti harus membunuh suatu kehidupan (Soenarso, dkk., 2007). 3.2 Sel Punca Dewasa Sel punca dewasa adalah sel punca yang dapat ditemukan dari bagian tubuh yang mempunyai sifat berbeda-beda tergantung dari mana sel tersebut berasal. Sel punca dewasa terdapat pada beberapa jaringan yang berbeda, termasuk sumsum tulang, darah dan otak. Diperkirakan sel punca dewasa hanya mampu untuk berdiferensiasi menjadi beberapa jenis sel yang terbatas, sesuai dengan jaringan dimana sel punca ini berasal (Kadereit, 2005). Kemampuan diferensiasi sel punca dewasa tergolong multipoten, yaitu hanya mampu berdiferensiasi menjadi beberapa jenis sel yang umumnya segolongan. Kemampuan diferensiasi ini lebih rendah dari sel punca embrionik. Selain itu kelemahan sel punca dewasa adalah konsentrasinya yang tergolong jauh lebih rendah dalam perbandingannya dengan sel-sel yang telah berdiferensiasi pada jaringan dewasa. Sebagai contoh, diperkirakan sel punca jaringan hematopoietik yang terdapat dalam sumsum tulang hanya berjumlah 1 : 104 hingga 1 : 105 jumlah total sel yang ada. Hal ini jelas akan membuat tahap isolasi menjadi lebih sulit jika dibandingkan dengan isolasi sel punca embrionik (Kim, 2007). Keuntungan dari sel punca dewasa diantaranya adalah sel sudah terspesialisasi sehingga induksi menjadi lebih sederhana. Pada aplikasi untuk kepentingan terapi, sel punca dewasa dapat langsung diambil dari sel pasiensendiri sehingga menghindari penolakan imum dan tidak terkendala masalah etika (Saputra, 2006). Alur defirensiasi dari sel punca dewasa adalah : 1). Sel punca hematopoietik, mampu berdiferensiasi menjadi seluruh sel darah seperti sel darah merah, trombosit, monosit (makrofag), neutrofil, basofil, eosinofil, limfosit B, limfosit T dan natural killer cell (NK) ; 2). Sel punca jaringan syaraf (neural), sel punca mampu berdiferensiasi menjadi tiga golongan utama syaraf yaitu astrosit, oligodendrosit, neuron dan kelompok sel syaraf yang memiliki aktivitas dopamigernik, sehingga dapat digunakan untuk terapi Parkinson; 3). Sel punca jaringan kulit, sel punca banyak ditemukan di stratum basalis epidermis kulit dasar folikel rambut, mampu berdeferensiasi menjadi keratinosit, sel penyusun lapisan epidermis kulit; 4). Sel punca mesenkimal, sel punca yang mampu berdiferensiasi menjadi osteosit, kondrosit, adiposit dan berbagai jenis sel penyusun jaringan ikat; 5). Sel punca jantung, sel punca mampu berdiferensiasi menjadi sel punca utama penyusun organ jantung yaitu endotel, kardiomiosit dan sel otot polos (Halim dkk, 2010). 4. Kesimpulan Sel punca memliki banyak keunikan yang berbeda dengan sel lain penyusun tubuh manusia, karakteristik sel punca memberikan peluang dan harapan sebagai transformasi terapi medis untuk berbagai jenis penyakit degeneratif dimana sel-sel dalam jaringan/organ mengalami kerusakan bersifat irreversible sehingga obat-obatan hanya dapat menghambat atau mencegah kerusakan lebih lanjut, sel punca mampu memperbaiki dan menyembuhkan penyakit degeneratif. Daftar Pustaka Aleckovic M, Simon C. 2008. Is teratoma formation in stem cell research a characterization tool or a window to developmental biology? Reprod Biomed Online, 17(2): 270–280. 4
Sel Punca sebagai Transformasi Alternatif Terapi (Wahyu Widowati dan Rahma Micho Widyanto)
Fu Y-S, Cheng Y-C, Lin M-Y A, Chu P-M, Chou S-C, Shih Y-H, Ko M-H, Sung M-S. 2006. Conversion of Human Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells in Wharton's Jelly to Dopaminergic Neurons In Vitro: Potential Therapeutic Application for Parkinsonism. Stem Cells; 24(1):115-124 Halim D, Murti H, Sandra F, Boediono A, Djuwantono T, Setiawan B. 2010. Stem Cell: Dasar Teori dan Aplikasi Klinis. Penerbit Erlangga, Jakarta. Kadereit S. 2005. Adult Stem Cells. International Society for Stem Cell Research. Kim YJ. 2007. Culture of Umbilical Cord and Cord Blood Derived Stem Cells. Dalam: Freshney JR, Stacey GN, Aurebach JM (ed.). Culture f Human Stem Cells. John Wiley and Sons., Inc. Canada. Kirschstein R, Skirboll LR. 2001. Stem Cells : Scientific progress and future research directions. Washington: National Institute of Health. NIH (National Institute of Health). 2009. Stem Cell Basics. Dalam: Stem Cell Information.Department of Health and Human Services. Rantam FA, Ferdiansyah, Nasronudin, Purwati. 2009. Stem Cell Exploration Method of Isolation and Culture. Airlangga University Press, Surabaya Rosenstrauch D, Ponglajen G, Zidar N, Gregoric I. 2005. Stem Cell Therapy for Ischemic Heart Failure. ex Heart Inst J;32:339-347 Saputra V. 2006. Dasar-dasar Stem Cell dan Potensi Aplikasinya dalam Ilmu Kedokteran. Cermin Dunia Kedokteran No. 153, 2006. Schöler, Hans R. 2007. The Potential of Stem Cells: An Inventory. Dalam: Nikolaus Knoepffler, Dagmar Schipanski, and Stefan Lorenz Sorgner. Humanbiotechnology as Social Challenge. Ashgate Publishing, Ltd. Soenarso WS, Rahayu EC, Sriharjo S. 2007. Prospek dan Tinjauan Bioetik Pengambangan Teknologi Kloning Sel Punca untuk Terapi di Bidang Kedokteran. Deputi Bidang Pengembangan Sistem IptekNasional. Kementrian Negara Riset dan Teknologi, Jakarta Thomson JA, Itskovitz-Eldor J, Shapiro SS, Waknitz MA, Swiergiel JJ, Marshall VS, Jones JM. 1998. Embryonic Stem Cell Lines Derived from Human Blastocysts. Science 282: 1145–1147. Wobus AM, Boheler KR. 2005.Embryonic Stem Cells: Prospects for Developmental Biology and Cell Therapy. Physiol Rev. 85: 635–678
5
