STEM CELL
AULIA ISMAYA FITRIANI I21112032
FARMASI FAKULTAS KEDOKTERAN UNIVERSITAS TANJUNGPURA 2012
KATA PENGANTAR Puji syukur penyusun panjatkan ke hadirat Allah Subhanahu wata΄ala, karena berkat rahmat-Nya saya dapat menyelesaikan makalah yang berjudul Stem cell. Makalah ini diajukan guna memenuhi tugas mata kuliah Biologi Sel. Saya mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu sehingga makalah ini dapat diselesaikan sesuai dengan waktunya. Makalah ini masih jauh dari sempurna, oleh karena itu saya mengharapkan kritik dan saran yang bersifat membangun demi kesempurnaan makalah ini. Semoga makalah ini memberikan informasi bagi masyarakat dan bermanfaat untuk pengembangan ilmu pengetahuan bagi kita semua.
Pontianak. Januari 2013
Penyusun
i
DAFTAR ISI BAB I : Pendahuluan...........................................................................................1 BAB II: Pengenalan stem cell.............................................................................2 BAB III: Jenis-jenis stem cell.............................................................................5 BAB IV: Mekanisme penggunaan stem cell.....................................................10 BAB V : Potensi Stem cell dalam Dunia Kesehatan.........................................15 Kesimpulan........................................................................................................22 Daftar Pustaka....................................................................................................23
ii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Tabel 3.2 Tabel 3.3 Tabel 5.1
Stem cell dewasa dan jalur multipoten yang dihasilkan..................8 Kesamaan potensi stem cell embrionik dan dewasa........................9 Perbedaan antara stem cell embrionik dan stem cell dewasa...........9 Perbedaan prinsip mekanisme transplantasi organ dengan transplantasi sel..............................................................................20
iii
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Gambar 3.1 Gambar 4.1 Gambar 5.1 Gambar 5.2 Gambar 5.3
Keistimewaan stem cell berdiferensiasi menjadi lebih dari 1 jenis sel .................................................................................3 Berbagai teknik produksi stem cell embrionik : fertilisasi, kloning, dan partenogenesis..................................................7 Prosedur penggunaan stem cell di laboratorium untuk aplikasi klinis.......................................................................10 Potensi stem cell dalam pengobatan berbagai penyakit.......15 Degenerasi sel tubuh membuat perbedaan nyata antara kesehatan orang tua dan orang yang berusia muda..............16 Berbagai jenis alur administrasi stem cell pada terapi infark jantung..................................................................................17 Praktek transplantasi pada abad ke-3...................................20
Gambar 5.4
iv
BAB I. PENDAHULUAN Terkait dengan hakekatnya, stem cell kini telah menjadi topik utama pembicaraan banyak ilmuwan, ahli medis, bahkan orang awam diseluruh penjuru dunia. Betapa tidak? Sejumlah keunikan yang dimiliki stem cell membuatnya membuatnya berbeda dari sel-sel jenis lain yang menyusun organisme. Karakteristik yang dimiliki stem sel ini telah memberikan secercah harapan akan tersedianya terapi medis jenis baru bagi penderita penyakit degeneratif yaitu penyakit-penyakit yang mengiringi proses penuaan seperti stroke, parkinson, Alzheimer, dan sebagainya.
Peningkatan usia harapan hidup merupakan suatu indikator penting kualitas kesehatan penduduk suatu negara. Bila pada era sebelumnya angka kematian banyak disebabkan oleh penyakit infeksi, secara perlahan namun pasti saat ini penyakit degeneratif mulai menunjukan dominasinya sebagai penyebab kematian utama.
Sebagai salah satu tema sentral riset biomedis yang akan mengubah konsep pengobatan dunia kedokteran masa depan, stem cell adalah sesuatu yang perlu diketahui dan dipahami oleh seluruh tenaga profesi kesehatan, baik yang berhubungan dengan riset ataupun pengobatan.
Makalah ini dibuat sebagai referensi pengenalan dasar stem cell dan prinsip aplikasinya dalam berbagai masalah pengobatan. Akhir kata penyusun menyambut gembira setiap apresiasi dan kritik konstruktif demi perbaikan yang akan terus dilangsungkan.
1
BAB II. PENGENALAN STEM CELL
2.1 DEFINISI Mungkin sebagian dari kita masih merasa asing dengan istilah stem cell. Kata stem cell mulai populer di dunia kedokteran sejak tahun 1950-an, yaitu sejak ditemukannya sel penyusun sumsum tulang belakang yang mampu membentuk seluruh jenis sel darah dalam tubuh manusia. Apakah stem cell itu? Stem cell adalah sel primitif yang memiliki kemampuan memperbaru dan potensi untuk berdiferensiasi, merupakan sel yang bersumber dari tubuh, dalam keadaan tertentu dapat berdiferensiasi menjadi berbagai fungsi jaringan sel maupun organ, dalam dunia medis disebut sebagai “sel multi-fungsi”. Stem cell juga merupakan awal mula dari pertumbuhan sel lain yang menyusun keseluruhan tubuh organisme, termasuk manusia. Stem cell dalam bahasa mandarin berasal dari kata “pohon”, “batang” dan “sumber”, artinya stem sel sama seperti batang pohon yang dapat tumbuh cabang, daun, berbunga dan berbuah. Oleh karena itu, ilmuan menamakannya sebagai stem cell. Dalam bahasa indonesia kata stem cell akhir-akhir ini diartikan sebagai sel punca. Kata punca berarti awal mula Makna sebagai sel awal mula ini semakin diteguhkan pada penemuan keberadaan stem cell pada awal kehidupan manusia, yaitu pada masa embrio. Hal ini tentu menegaskan bahwa stem cell adalah sel yang menjadi awal mula terbentuknya 200 jenis sel yang menyusun tubuh manusia. 2.2 KARAKTERISTIK Setiap sel memiliki karakteristik masing-masing, begitu juga stem cell. Karateristik yang dimiliki stem cell adalah : belum berdiferensiasi (undifferentiated) dan mampu memperbanyak diri sendiri (self renewall). Belum berdiferensiasi ( undifferentiated) Stem cell merupakan sel yang belum memiliki bentuk dan fungsi spesifik layaknya sel lainnya pada organ tubuh. Misalnya fungsi berdenyut (sel jantung), menghasilkan hormon, menghantarkan impuls (sel syaraf) ataupun fungsi lainnya. Bukti ilmiah bahkan menunjukan bahwa populasi stem cell belum aktif (inaktive) dan fungsinya baru terlihat pada waktu dan kondisi tertentu. 2
Gambar 2.1 keistimewaan stem cell dalam berdiferensiasi menjadi > 1 jenis sel
Kemampuan untuk berdiferensiasi menjadi lebih dari 1 jenis sel lain (differentiate) yang membuat stem cell mampu berkembang menjadi berbagai jenis sel matang, misalnya sel saraf, sel otot jantung, sel otot rangka, sel pankreas, dan lain-lain inilah yang membuat stem cell dipercaya akan menjadi jalan keluar bagi penyakit degeneratif seperti stroke, Alzheimer, diabetes melitus, dan lain-lain.Kemampuan stem cell sebagai sel yang belum berdiferensiasi ternyata dimaksudkan untuk menjaga kontinuitas regenerasi populasi sel yang menyusun jaringan dan organ tubuh. Selain itu, kemampuan stem cell untuk berdiferensiasi juga dianggap lebih istimewa dari sel-sel lain, karena stem cell mampu berdiferensiasi menjadi lebih dari 1 jenis sel tubuh. Hal ini berarti stem cell bersifat multipoten dan pluripoten bergantung pada jenis sel itu sendiri. 3
Multipoten bila stem cell hanya mampu berdiferensiasi menjadi beberapa jenis sel yang biasanya berada dalam suatu golongan serupa, seperti sel-sel sistem hematopoietik ataupun sistem syaraf. Sedangkan pluripoten bila stem cell mampu berdiferensiasi menjadi sel tubuh apapun. Proses diferensiasi stem cell diduga dipengaruhi faktor internal dan faktor eksternal sel. Faktor internal mencakup faktor genetik, sedangkan faktor eksternal mencakup kondisi lingkungan sel, faktor pertumbuhan serta kondisi kebutuhan jaringan atau organ tubuh itu sendiri. Hingga saat ini faktor-faktor yang mempengaruhi tujuan diferensiasi stem cell secara pasti masih di terus teliti. Memperbanyak diri sendiri (self renewall) Kemampuan untuk memperbaharui atau meregenerasi dirinya sendiri (self-regenerate/selfrenew). Dalam hal ini stem cell dapat membuat salinan sel yang hampir sama dengan dirinya melalui pembelahan sel. Kemampuan meregenerasi diri sendiri ini tidak dimiliki sel-sel tubuh lainnya seperti sel jantung, sel syaraf, sel otak dan lain-lain.itulah sebabnya apabila terjadi kerusakan pada sel jantung, sel otak, maupun sel pankreas maka pada umumnya kerusakan tersebut bersifat ireversebel. Karena kemampuannya memperbanyak diri ini jugalah populasi stem cell dalam tubuh terjaga. Kemampuan stem cell untuk memperbanyak diri ini diduga dapat dilakukan berulang kali dan tidak terbatas, serta dapat dipertahankan dalam waktu yang relatif lama.
4
BAB III. JENIS-JENIS STEM SEL Keberadaan stem cell dalam berbagai tahap pertumbuhan dan organ tubuh, telah membuat stem cell terbagi lagi menjadi beberapa jenis. Asal-usul stem cell menentukan penamaan dan karakteristik dari setiap jenis stem cell. Jenis stem cell yang akan dibahas pada bab ini meliputi stem cell embrionik dan stem cell dewasa Berdasarkan tingkat maturasi tubuh yang menjadi sumber keberadaanya, secara singkat stem cell dibagi menjadi dua jenis yaitu stem cell embrionik (embryonic stem cell) dan stem cell dewasa ( adult stem cell). Stem cell embrionik (embryonic stem cell) Stem cell embrionik adalah stem cell yang didapatkan pada saat tubuh masih berada dalam masa embriogenesis. Lebih tepatnya disebut juga sebagai massa sel dalam (inner cell mass) yang terdapat dalam blastosis. Stem ccll embrionik merupakan awal dari seluruh jenis sel dalam tubuh manusia. Tergolong sebagai stem cell yang bersifat pluripoten. Dengan sifatnya yang pluripoten ini, secara logika tidak ada satupun penyakit degeratif yang tidak dapat disembuhkan oleh stem cell jenis ini. Selain sifat pluripoten ini, stem cell jenis ini memiliki daya polimerasi yang tinggi, talomer yang panjang dan aktifitas hormon telomerase yang tinggi. Karena hal ini juga lah terapi menggunakan stem cell embrionik ini memiliki resiko yang tinggi akan terjadinya polimerase sel yang berlebih,sehingga berpotensi terjadinya tumorigenesis (pembentukan tumor yang tidak diinginkan). Selain itu kontroversi lain dari penggunaan stem cell embrionik ini berasal dari nilai etis penggunaan embrio sebagai sumber didapatkan nya stem cell ini. Hal ini lah yang menyebabkan riset seputar stem cell ini umumnya menggunakan stem cell yang berasal dari embrio hewan, yang tentunya tidak dapat disamakan dengan manusia Setiap kehidupan manusia berasal dari proses fertilisasi, yaitu hasil pertemuan antara sperma dan ovum.Dari fertilisasi maka dihasilkan zigot, oleh karena zigot terbentuk oleh penyatuan sperma dan ovum maka materi genetik yang berada di dalamnya merupakan kesatuan dari sperma dan ovum. Setelah terbentuk maka zigot akan membelah menghasilkan blastomer yang setiap hari berlipat ganda (2,4 dan seterusnya). Dengan demikian saat hari keempat pasca fertilisasi, blastomer yang terbentuk akan berjumlah 8 sel.
5
Blastomer yang terdapat dalam tahapan 2 sampai dengan inilah yang masih bersifat totipotensi. Bila dipisahkan dan diisolasi maka blastomer-blastomer tersebut akan mampu melakukan proses embriogenesis masing-masing dan membentuk individu baru. Potensi ini tidak ditemukan pada blastomer di atas tahapan 8. Sesuai dengan literatur ilmiah bahwa potensi diferensiasi sel akan terus menurun seiiring dengan ertambahnya usia sel-sel tersebut. Riset dan penerapan terapi menggunakan stem sel embrionik ini memang banyak ditentang karena dianggap melanggar etika. Betapa tidak, embrio yang seharusnya merupakan awal mula dari kehidupan manusia dianggap tidak layak dijadikan bahan riset dan penelitian. Oleh karena itu para peneliti terus mencari dan mengkaji beberapa metode produksi embrio yang sekiranya tidak melanggar etika yang ada. Metode isolasi stem cell embrionik Setelah stem cell embrionik berhasil diproduksi maka langkah selanjutnya adalah proses isolasi. Terdapat beberapa macam metode isolasi stem cell embrionik, antara lain metode enzimatis, metode bedah imun, metode bedah mikro atau mekanik, dan metode penyayatan laser.
6
Gambar 3.1 berbagai teknik produksi stem cell embrionik : fertilisasi, kloning dan partenogenesis Stem cell dewasa ( adult stem cell)Stem cell dewasa adalah stem cell yang ditemukan ditengah sel-sel lain yang telah berdiferensiasi dalam suatu jaringan yang telah mengalami maturasi. Dengan kata lain stem cell jenis ini adalah sekelompok sel yang belum berdiferensiasi atau bahkan masih dalam keadaan tidak aktif, yang terdapat pada suatu jaringan dalam tubuh yang telah memiliki fungsi spesifik. Bukti ilmiah yang telah ada menunjukan bahwa stem cell dewasa memiliki sifat yang multipoten, dengan demikian stem cell jenis ini memiliki kemampuan berdiferensiasi yang lebih rendah bila dibandingkan dengan stem cell embrionik.Namun yang menjadi kekurangan stem cell dewasa adalah konsentrasinya yang tergolong jauh lebih rendah bila dibandingkan dengan sel sel lain yang telah berdiferensiasi dalam suatu jaringan dewasa. Hal ini mengakibatkan tahap isolasi yang jauh lebih sulit dari tahap isolasi stem sel embrionik. Selain itu maturitasi sel yang jauh lebih tua dibandingkan dengan stem cell embrionik, diperkirakan berdampak pada kemampuan sel jenis ini memperbanyak diri. 7
Keberadaan stem cell jenis ini diperkirakan untuk mejaga homeostatis jaringan tempatnya berada. Saat ini hampir semua jaringan dalam tubuh terbukti mengandung stem cell dewasa di segala usia, sekalipun manusia yang bersangkutan telah lanjut usianya. Oleh karena itu penggolongan stem cell dewasa dilakukan berdasarkan organ dan golongan sel yang akan menjadi alur diferensiasinya.. Seperti stem cell hematopoetik, stem cell syaraf, stem cell kulit, stem cell mesenkimal, stem cell jantung dan sebagainya.
Tabel 3.1 Menjelaskan contoh stem cell dewasa dan jalur multipotennya masing-masing Jenis stem cell
Diferensiasi multipoten yang dihasilkan
Mesenkimal
Osteosit, tenosit, adiposit, kondrosit, sel stroma sumsum tulang
Hematopoietik
Progenitor sel darah yang akan menjadi seluruh jenis sel darah matur yang fungsional
Epidermis
Keratinosit, fibrobas, folikel rambut
Neural
Neuron, oligodendrosit, astrosit
Sel oval hati
Hepatosit, sel β pankreas
Testis dan ovarium
Sel gonad pria dan wanita, sel sertoli, sel leydig
Metode isolasi stem cell dewasa Manusia sebagai makhluk multiselular, terdiri dari berbagai macam sel yang menjalankan fungsinya secara spesifik dalam organ/jaringan tubuh. Seringkali, walaupun peneliti melakukan pengamatan yang cermat dengan mikroskop, karakteristik sel yang satu dengan yang lainnya tidak dapat dibedakan. Dalam jaringan / organ yang telah matang, stem cell dewaa bahkan seringkali tampak tidak aktif. Stem cell ini baru teraktivasi jika jaringan/ organ tersebut mengalami kerusakan. Baik dalam keadaan aktif maupun inaktif, secara kasat mata stem cell tampak serupa dengan sel lainnya yang juga menyusun organ/jaringan tersebut. Untuk mendapatkan isolasi murni stem cell organ yang bersangkutan, maka peneliti dan praktisi medis mengginakan modal pengetahuan yang ada menyangkut karakteristik stem cell masing-masing organ.Dua metode identifikasi dan isolasi stem cell dewasa yang paling sering digunakan yaitu pemisahan sel mononuklear yang mengandung stem cell, pada darah tepi, darah tali pusat, dan sumsum tulang; serta identifikasi dan isolasi stem cell yang terkandung dalam polpulasi multiselular, dengan menggunakan fluorescene activated cell storing (FACS)/flowcytometry. 8
Tabel 3.2 kesamaan potensi stem cell embrionik dan stem cell dewasa Berada dalam kondisi yang belum berdiferensiasi Dapat melakukan poliferasi yang menghasilkan sel-sel dengan sifat yang sama dengan sifat yang dimiliki sel induknya Dapat berdiferensiasi menjadi lebih dari satu jenis sel yang spesifik
Tabel 3.3 perbedaan antara stem cell embrionik dan stem cell dewasa Perihal
Stem cell embrionik
Stem cell dewasa
Sumber
Inner cell mass
Populasi sel somatis
Potensi diferensiasi
Pluripoten
Multipoten
Potensi poliferasi
++
+
Isolasi
Lebih mudah karena seluruh sel
Lebih susah karna konsentrasi
yang terdapat pada inner cell
perbandinan jumlahnya dengan
mass adalah stem cell
sel dewasa dalam jaringan
embrionik
sangat kecil
Lebih mudah karna ditunjan
Lebih sulit karena kemampuan
dengan kemampuan poliferasi
poliferasi yang lebih rendah dan
yang lebih tinggi dan prosedur
prosedur yang masih terus di
yang lebih baku
optimalkan
Kulturisasi in vitro
9
BAB 1V. MEKANISME PENGGUNAAN STEM CELL Gambar 4.1 prosedur penanganan stem cell di laboratorium untuk aplikasi klinis
Sebagai sel yang diharapkan mampu memperbaiki fungsi jaringan/organ tubuh yang telah rusak, stem cell yang sebelumnya telah diisolasi dan mengalami sejumlah perlakuan di laobatorium, akan kembali ditransplantasikan dalam tubuh pasien yang membutuhkannya. Hingga saat ini, para peneliti di berbagai pusat riset stem cell masih berupaya menemukan metode dan jalur administrasi stem cell ke dalam tubuh yang paling optimal. Secara garis besar, terdapat dua metode transplantasi stem cell ke dalam tubuh pasien yang membutuhkannya. Metode pertama adalah secara langsung mengimplantasikan stem cell tersebut ke dalam jaringan/organ tubuh pasien yang telah rusak. Metode kedua adalah mengimplantasikan stem cell melalui pembuluh darah, baik yang berada dekat dengan lokasi jaringanorgan yang telah rusak atau pembuluh darah manapun yang terdapat pada tubuh pasien. Karena kemudahan aplikasinya dikemudian hari, maka metode inilah yang paling banyak digunakan dan diuji efektifitasnya. 10
Distribusi stem cell ke jaringan tau organ yang pelu diperbaiki merupakan langkah pertama yang harus dicapai demi keberhasilan upaya untuk memperbaiki fungsi jaringan/organ yang bersangkutan. Oleh karena itu sudah seharusnya kita semua mengerti konsep optimalisasi distribusi stem cell ke jaringan/organ tubuh yang telah rusak. Sekarang, konsep ini dikenal dengan istilah “homing”. 4.1 Homing Jika saat ini adalah saat pertama anda mengetahui istilah homing, mungkin yang pertama kali muncul dalam pikiran anda adalah kata rumah. Ya, pemikiran ini bukanlah pemikiran yang salah. Homing dalam teknologi stem cell memang dibentuk dari asal kata “home” yang berarti rumah. Sekalipun bukan berasal dari kata kerja, namun penambahan akhiran –ing dalam homing, memang dilakukan untuk mendefinisikan homing sebagai aktifitas stem cell untuk kembali ke rumahnya, yaitu jaringan/organ tubuh yang telah rusak dan hendak diperbaiki. Istilah homing pertama kali dipergunakan untuk mendeskripsikan proses yang terjadi dalam transplantasi sel dari sumsum tulang. Stem cell hematopoietik yang disuntikkan kedalam pembuluh darah, secara otomatis segera menuju ke bagian sumsum tulang yang mengalami kerusakan. Dalam uji laboratorium pada hewan, stem cell yang telah diadministrasikan sebelumnya telah diberi penanda untuk melacak keberadaannya setelah masuk ke dalam pembuluh darah. Melalui percobaan tersebut, stem cell yang terbukti segera menuju jaringan tubuh hewan yang rusak. Pada penyelidikan selanjutnya aktifitas stem cell seperti ini diduga dipengaruhi oleh adanya protein spesifik yang dilepaskan oleh sel-sel tubuh yang rusak sebagai bentuk komunikasi selular. Protein ini bersifat kemoatraktif, sehingga mampu menarik stem cell yang berada di peredaran darah, untuk menuju ke arah keberadaan proteinnya. Dalam kaitannya dengan konsep homing, kemampuan stem cell dalam merespons sinyal selular selsel yang mengalami kerusakan dapat dimanfaatkan untuk mengoptimalkan aplikasi klinis terapi stem cell, saat ini bukti yang telah ada juga menjelaskan bahwa efisiensi homing stem cell pada transplantai dipengaruhi oleh usia individu resipien. Semakin tua usia seorang individu resipien, maka tingkat efisiensinya juga relatif akan menurun. Riset yang dilakukan menggunakan mencit muda berusia 6minggu dibandingkan dengan mencit tua berusia 22-25 minggu menunjukan bahwa efisiensi homing stem cell hematopoeitik pada mencit yang muda tiga kali lipat lebih baik daripada mencit tua. Mengingat sistem peredaran darah manusia menghubungkan satu pembuluh darah dengan pembuluh darah lainnya yang tersebar diseluruh tubuh, maka stem cell yang ditransplantasikan untuk jaringan/organ tubuh tertentu yang telah rusak juga dapat tersebar ke jaringan dan organ lain yang bukan merupakan target stem cell. Oleh karena itu riset yang lebih mendalam masih dibutuhkan untuk meningkatkan efisiensinya. 11
4.2 Mekanisme regenerasi jaringan oleh stem cell Setelah stem cell diadministrasikan secara sistemik atau secara langsung sampai pada jaringan yang dituju, maka mekanisme regenerasi jaringan yang rusak pun segera dimulai. Mekanisme perbaikan jaringan yang rusak dengan menggunakan stem cell terdiri dari dua jenis, yaitu diferensiasi stem cell dan produks faktor pertumbuhan (growth factor) stem cell. Diferensiasi stem cell Seperti yang telah dijelaskan pada bab sebelumya, salah satu keistimewaan stem cell adalah kemampuan berdiferensiasi menjadi berbagai jeis sel somatik. Dengan kemampuan ini, maka stem cell yang telah sampai pada lokasi kerusakan sel dalam jaringan tubuh, akan mampu berdiferensiasi menjadi bentuk sel somatik jaringan tubuh tersebut, sehingga mampu menggantikan sel-sel yang telah rusak. Untuk mencapai efektifitas yang optimal, jenis stem cell yang dipakai disesuaikan dengan jalur diferensiasi yang dikehendaki. Namun, bukan tidak mungkin diferensiasi stem cell dewasa untuk dipakai menjadi sel diluar jalur diferensiasinya. Fenomena ini disebut transdiferensiasi. Dengan ditemukannya fenomena transdiferensiasi, pemikiran yang sebelumnya menyatakan hanya stem cell embrionik yang bersifat pluripoten nampaknya harus di tinjau ulang. Meskipun demikian keraguan akan ada tidaknya fenomena transdiferensiasi ini juga masih ada. Kepastian kemurnian stem cell dewasa yang digunakan dalam uji laboratorium tanpa adanya kontaminasi stem cell jenis lain adalah salah satu hal yang masih dipertanyakan. Stem cell jenis lain yang juga dimanfaatkan potensi diferensiasinya adalah stem cell embrionik. Saat diuji, baik dalam cawan kultur (in vitro) maupun hewan percobaan ( in vivo), stem cell embrionik tidak diragukan lagi kemampuannya dalam membentuk seluruh jenis sel dari ketiga lapisan embrional manusia. Sayangnya kelebihan potensi ini justru menimbulkan resiko teratoma bila langsung diterapkan pada manusia yang membutuhkannya. Untuk meminimalisir resiko ini, salah satu solusi yang saat ini paling banyak digunakan adalah dengan melakukan induksi diferensiasi stem cell embrionik terlebih dahulu dalam laboratorium sebelum ditransplantasikan ke dalam tubuh manusia.Seluruh fakta ilmiah yang didapatkan melaalui uji laboratorium , telah berhasil membuktikan kemampuan stem cell untuk berdiferensiasi menjadi berbagai jenis sel tubuh. Walaupun demikian, potensi stem cell untuk berdiferensiasi saat dicangkokkan ke dalam tubuh, masih terus diteliti. Sejumlah ahlipun meragukan keberlangsungan kemampuan ini secara in vivo dalam tubuh pasien, mengingat potensi stem cell lain dalam meregenerasi sel tubuh yang rudak juga dapat menjadi kunci keberhasilan terapi transplantasi stem cell pada pasien penyakit degeneratif. 12
Produksi faktor pertumbuhan (growth factor) stem cell Sebagian peneliti juga berpendapat bahwa stem cell yang ditransplantasikan ke dalam tubuh secara sistematik (melalui jalur pembuluh darag) dapat menginduksi stem celllain yang berada di berbagai organ tubuh pasien sendiri untuk berpoliferasi dan bergerak menuju organ/jaringan yang mengalami kerusakan. Dengan demikian, dapat disimpulkan bahwa stem cell yang berasal dari luar tubuh mampu merangsang stem cell dari dalam tubuh individu itu melakukan tgas regenerasi sel yang telah rusak. Salah satu hal yang diduga menyebabkan hal ini adalah sejumlah faktor yang diproduksi stem cell yang dicangkokkan ke dalam tubuh, mampu merangsang pengeluaran stem cell dari berbagai organ tubuh pasien. Faktor-faktor ini adalah faktor sitokin dan faktor pertumbuhan (growth factor). 4.3 Penggunaan stem cell dalam terapi gen Selain stem cell, rekayasa genetika merupakan bidan ilmu kedokteran lainnya yang juga banyak megundang perhatian para peneliti dan praktisi medis di abad ke -21 ini. Penyakit-penyakit kongenital yang berawal dari kelainan genetik penderitanya dipercaya dapat ditolong dengan merekayasa susunan genetik pasien yang bersangkutan. Dalam penerapannya, rekayasa genetika memiliki prinsip memperbaiki dan menutupi ekspresi susunan DNA yang rusak, atau menambahkan DNA yang dapat membawa nilai positif bagi sel (pasien) yang bersangkutan.Berdasarkan sel yang menjadi vektornya, terapi gen dibagi menjadi dua jenis, yaitu terapi gen yang menggunakan vektor sel gamet dan terapi gen yang menggunakan vektor gen somatis. Terapi gen yang menggunakan vektor sel gamet Spermatozoa dan ovum merupakan sel-sel yang potensial untuk digunakan dalam rekayasa genetika. Bila keduan jenis sel ini disisipi susunan DNA yang hendak dimasukkan dalam tubuh pasien, maka susunan DNA inipun akan terus diturunkan kepada keturunan pasien. Terapi gen yang menggunakan vektor sel somatis Secara teoritis, penyisipan susunan DNA untuk terapi gen sebenarnya dapat dilakukan pada sel somatis manapun. Sayangnya, mengingat sel somatis merupakan sel dewasa yang tidak lagi memiliki kemampuan poliferasi yang tinggi, maka sifat dari gen yang disisipkan hanya mampu bertahan untuk sementara waktu. Hal ini disebabkan karena setelah sel somatis dimasukkan ke dalam tubuh pasien mengalami kerusakan (apoptosis), maka efek yang dibawanya pun akan hilang.
13
Melalui sejumlah riset yang dilakukan untuk mencapai kesempurnaan dalam penerapan terapi gen, para peneliti mulai menyadari potensi stem cell sebagai vektor yang efektif. Hal inilogis mengingat stem cell memiliki sejumlah keistimewaan yang tidak dimiliki sel somatis ataupun sel gamet, yaitu untuk memperbanyak disei dan berdiferensiasi menjadi sel-sel yang fungsional. Selain itu stem cell juga mampu bertahan hidup dalam kondisi nonaktif dan dalam jangka waktu yang sangat lama.dengan kelebihannya itu, apabila stem cell digunakan sebagai vektor dalam terapi gen maka pasien tidak harus mendapatkan terapi yang sama berulang-ulang dalam jangka waktu yang lama. Beberapa jenis penyakit menjadi fokus terapi gen antara lain fibrosis kistik, hemofilia, distorfi otot kongenital dan kanker.
14
BAB V. POTENSI STEM CELL DALAM DUNIA KESEHATAN
Gambar 5.1 Potensi stem sel dalam berbagai pengobatan penyakit
Stem cell mempunyai kemampuan untuk berdiferensiasi secara terus menerus dan dalam keadaan tertentu mampu berdiferensiasi menjadi berbagai tipe sel jaringan, seperti otot polos, kardiomiosit, neuron, sel beta pankreas, khondrosit, dsb. Karena sifat ini maka stem cell ini dapat dipakai untuk mengobati berbagai penyakit degeneratif yang sekarang termasuk dalam bidang kedokteran. Dalam beberapa tahun lagi stem cell manusia ini dapat dipakai untuk transplantasi berbagai organ yang rusak, seperti ginjal, hati, jantung, tulang dsb. Penggunaan sel stem embrionik masih dibayangi oleh berbagai masalah etik dan masih dilarang di beberapa negara seperti di AS, Jerman, Perancis dsb. sehingga menghambat kemajuan penelitian. Tetapi di berbagai negara lain seperti, UK, Singapura, Korea, India, China dsb, penggunaan sel stem embrionik manusia untuk kedokteran diperbolehkan sehingga penelitian di negara-negara tersebut telah mengalami banyak kemajuan. Untuk mencegah kontroversi ini, maka alternatif lain adalah menggunakan human Umbilical Cord Blood (hUBC) yang mengandung banyak stem cell dewasa yang mempunyai kemampuan diferensiasi lebih baik daripada sel stem sumsum tulang (hBM=human Bone Marrow). Di Indonesia belum memiliki aturan yang jelas tentang penggunaan stem cell dalam dunia medis.
15
Sel stem embrionik maupun sel stem dewasa sangat besar potensinya untuk mengobati berbagai penyakit degeneratif, seperti infark jantung, stroke, penyakit Parkinson, diabetes, berbagai macam kanker terutama kanker darah, osteoarthritis dan sebagainya.
Gambar 5.2 Degenerasi (penuaan) jaringan tubuh membuat perbedaan nyata antara kesehatan orang tua dengan orang yang berusia muda
Stem cell dalam berbagai penyakit degeneratif (penyakit yang mengiringi proses penuaan) Stroke iskemik Pada tikus maupun domba dapat disembuhkan dengan pemberian hUCB. Percobaan pada binatang telah dapat menimbulkan perbaikan fungsional dengan terbentuknya angiogenesis dan neurogenesis. Berdasarkan hasil percobaan binatang yang sangat prospektif maka beberapa pusat penelitian sedang merencanakan untuk melakukan uji klinis pada manusia. Penyakit Parkinson Penyakit yang banyak menghinggapi orang tua juga mempunyai prospek baik untuk dapat disembuhkan oleh stem cell. Patogenesis penyakit Parkinson adalah karena degenerasi sel neuron dopaminergik di substansia nigra. Berbagai percobaan telah berhasil untuk mengubah sel stem menjadi neuron dopaminergik dan jika sel ini disuntikkan ke otak dapat menimbulkan perbaikan. Tetapi sayang sampai sekarang belum ada laporan percobaan klinik yang baik sehingga masih 16
belum dapat diambil kesimpulan yang objektif. Spinal cord injury disertai demielinasi menyebabkan hilangnya fungsi neuron. Remielinasi dengan sel stem dapat mengembalikan fungsi yang hilang. Percobaan pendahuluan dengan ES tikus dapat menghasilkan oligodendrosit yang kemudian dapat menyebabkan remielinisasi akson yang rusak. Diabetes tipe I Pada diabetes tipe I sel pankreas beta yang mensekresi insulin mengalami kerusakan oleh faktor genetik, lingkungan dan imunologik. Akibatnya terjadi defisiensi insulin dan menyebabkan hiperglikemi. Transplantasi seluruh organ pankreas kadaver dapat menyembuhkan penderita. Tetapi jumlah kadaver sangat sedikit dan obat imunosupresi yang dibutuhkan untuk mencegah reaksi imunologik menimbulkan banyak efek samping. Transplantasi sel stem merupakan alternatif baik dan telah menunjukkan hasil positif pada mencit. Tetapi masih banyak kendala yang harus diatasi supaya penggunaan sel stem untuk menyembuhkan pasien diabetes tipe I dapat terlaksana. Infark jantung
Gambar 5.3 berbagai jalur administrasi stem cell dalam terapi infark jantung
Pada infark miokard akut, sel stem sumsum tulang (bone marrow) yang beredar dalam darah perifer dan sel stem yang sudah berada di jantung akan menuju ke daerah infark, tetapi jumlahnya tidak cukup untuk dapat mengatasi dan menyembuhkan daerah infark tersebut. Sel stem akan membentuk sel kardiomiosit dan juga mengadakan neovaskularisasi. Karena jumlah sel stem endogen kurang banyak maka logis untuk mecarikan bantuan sel stem dari luar yang bisa berasal dari sumsum tulang atau sumber lain seperti UCB. Hal ini telah dilakukan dengan hasil yang cukup menggembirakan. 17
Bartinek juga telah melakukan intracoronary infusion BM stem cell otolog pada 22 pasien dengan AMI dan melaporkan hasil yang sangat baik. Sekarang dalam literatur sudah banyak dilaporkan hasil positif pemberian sel stem BM intrakoroner pada AMI.
Osteoarthritis Osteoarthritis merupakan penyakit degeneratif yang banyak sekali menghinggapi orang tua maupun para atlet. Lutut, bahu, dan berbagai sendi mengalami degenerasi tulang rawan dan menyebabkan rasa nyeri pada pergerakan. Sel stem dapat membentuk khondroblast dan osteoblast dan melalui tissue engineering sel stem dapat diarahkan sedemikian rupa sehingga dapat membentuk jaringan tulang rawan, yang dapat dimasukkan ke dalam sendi sehingga dapat berfungsi sebagai pengganti tulang rawan yang rusak. Jika kerusakan tulang rawan masih ringan maka sel stem dapat langsung dimasukkan ke dalam sendi; sel stem akan berubah menjadi chondroblast dan membentuk lapisan tulang rawan baru. Berbagai percobaan sudah membuktikan manfaat yang sangat besar sel stem untuk osteoarthritis.
Sel stem hematopoetik pada kanker
Salah satu sebab mengapa sel stem hematopoetik (sel stem sumsum tulang) dapat dipakai untuk pengobatan kanker adalah karena dalam keadaaan tertentu harus diberi kemoterapi atau radiasi dosis tinggi sehingga membunuh semua sel yang berkembang biak cepat (termasuk sel kanker, tetapi juga sel stem sumsum tulang, endotel usus dan sel rambut, sehingga pada radiasi atau kemoterapi dosis tinggi selain membunuh sel kanker, pasien akan menderita diare dan rambutnya rontok). Karena sel stem hematopoetik di dalam sumsum tulang yang membentuk leukosit untuk memerangi infeksi, eritrosit untuk membawa oksigen dan trombosit untuk pembekuan darah, bilamana diradiasi atau diberi obat kemoterapi akan mati semua, maka seseorang sebelum diradiasi/diberi obat kemoterapi dosis tinggi, sumsum tulangnya dipanen dulu. Setelah radiasi, dimasukkan lagi dalam darah dan sel stem hematopoetik akan kembali masuk sumsum tulang dan akan berkembang biak lagi. Penggunaan sel stem hematopoetik untuk kanker sudah dipakai sejak beberapa puluh tahun lamanya.
Selain sel stem sumsum tulang, juga dapat dipakai sel stem UCB dan darah perifer yang juga mengandung sel stem. Jika diambil dari darah perifer maka pasien diberi CGSF (Colony Growth Stimulating Factor) yang akan merangsang sumsum tulang untuk memproduksi dan melepaskan banyak sel stem ke sirkulasi dan kemudian dengan alat apheresis, sel stem dipisah dan darah dikembalikan ke dalam sirkulasi. 18
Jika sel stem diambil dari pasien yang sama maka disebut transplantasi otolog. Jika sel stem diambil dari saudara kembar maka disebut transplantasi syngeneik, sedangkan kalau sel stem diambil dari saudara maka disebut transplantasi alogeneik.
Rejuvenasi
Belakangan diketahui bahwa kerusakan jaringan tubuh akan diperbaiki oleh sel stem yang mengalir di darah perifer dan berasal dari sumsum tulang beserta sel stem yang memang selalu berada di setiap organ. Cara kerja sel stem mungkin melalui 3 mekanisme : menciptakan lingkungan mikro yang kondusif untuk regenerasi sel endogen jaringan, transdiferensiasi (sel stem dewasa akan berubah menjadi sel jaringan pengganti yang rusak) dan mungkin melalui fusi sel.
Memang sampai sekarang pertanyaan yang timbul adalah bagaimana tubuh kita dapat memperbaiki jaringan yang rusak? Pada tanaman dan organisme sederhana seperti hydra, planaria, atau salamander dan newt, jika cabang pohon dipotong atau kaki salamander dipotong maka secara otomatis akan tumbuh kembali. Telah terbukti pada organisme sederhana ini sel stem sangat besar peranannya. Dengan penemuan bahwa sel stem embrionik dan dewasa dapat berkembang biak secara tidak terbatas dan dapat mengalami transdiferensiasi, maka sekarang sudah jelas bahwa perbaikan kerusakan jaringan tubuh dapat diperbaiki oleh sel stem dewasa yang beredar dalam darah dan sel stem yang terdapat dalam setiap organ. Dengan penemuan ini maka teoretis setiap kerusakan dapat diperbaiki dengan melakukan infus sel stem eksogen karena sel stem endogen tidak cukup banyak untuk dapat melakukan regenerasi. Sumber sel stem endogen yang paling mudah didapatkan adalah sel stem sumsum tulang dan sel stem UCB, jika kita menghendaki sel stem otolog. Karena itu pengambilan dan penyimpanan sel stem UCB akan sangat bermanfaat, tidak hanya untuk pengobatan kanker pasca radiasi atau pemberian kemoterapi dosis tinggi, tetapi juga untuk memperbaiki kerusakan jaringan dan organ tubuh. Sel stem ini dapat dipergunakan untuk melakukan rejuvenasi dan regenerasi jaringan dan organ tubuh yang rusak.
19
Gambar 5.4 praktek transplantasi pada abad ke-3
Tabel 5.1 perbedaan prinsip transplantasi organ dan transplantasi sel Transplantasi organ
Transplantasi sel
Pada umumnya dilakukan dengan cara
Pada umumnya dilakukan dengan cara
allotransplantasi
autotransplantasi
Seringkali terjadi reaksi imunologis atau
tidak menimbulkan reaksi rejeksi karena donor
terjadinya rejeksi organ oleh tubuh resipien
berasal dari individu yang sama
Jumlah donor jauh lebih sedikir dibandingkan
Jumlah sel dapat dimodifikasi atau diperbanyak
resipien yang membutuhkan organ
dilaboratorium melalui kultur sel
Transplantasi baru dapat dilakukaan saat
Terapi dapat dimulai sejak dini yaitu sejak
kondisi organ telah membahayakan
terjadinya kerusakan sel
Autotransplantasi Autotransplantasi adalah jenis transplantasi organ dimana proses eksplantasi dan implantasi dilakukan pada orang yang sama. Jenis transplantasi ini hanya terbatas pada beberapa organ tertentu seperti kulit, tulang dan pembuluh darah sebagai contoh pada banyak kasus luka bakar dokter melakukan autotransplantasi kulit yang sehat dari bagian tubuh yang tidak terbakar ditransplantasikan pada bagian tubuh yang telah kehilangan kulit akibat luka bakar. 20
Allotransplantasi Merupakan sistem transplantasi yang dilakukan oleh donor pada resipien yang berbeda tetapi merupakan spesies yang sama. Allotransplantasi termasuk transplantasi yang sering dilakukan. Sayangnya jumlah kebutuhan resipien akan organ yang dibutuhkan tidak pernah seimbang, dimana jumlah resipien jauh lebih besar daripada jumlah donor
Xenotransplantasi Merupakan jenis transplantasi yang dilakukan oleh donor kepada resipien yan berbeda spesies. Transplantasi ini banyak dilakukan pada era kedokteran terdahulu, yaitu sebelum perbedaan mengenai status imunologis yang menyebabkan rejeksi organ berkembang. Hal ini memungkinkan karena beberapa organ tubuh hewan tertentu mirip dengan organ manusia baik secara fisiologis dan morfologis. Pada saat ini xenotransplantasi telah jarang digunakan karna sudah tentu perbedaan spesies menyebabkan organ donor dikenali sebagai benda asing pada tubuh resipien.
21
KESIMPULAN
1. Stem sel adalah sel primitif yang memiliki kemampuan memperbaru dan potensi untuk berdiferensiasi, merupakan sel yang bersumber dari tubuh, dalam keadaan tertentu dapat berdiferensiasi menjadi berbagai fungsi jaringan sel maupun organ, dalam dunia medis disebut sebagai “sel multi-fungsi”
2. Stem cell adalah sel induk( sel yang tidak/belum terspesialisasi )yang mempunyai 2 sifat: 1. Kemampuan untuk berdiferensiasi menjadi sel lain (differentiate). Dalam hal ini stem cell mampu berkembang menjadi berbagai jenis sel matang, misalnya sel saraf, sel otot jantung, sel otot rangka, sel pankreas, dan lain-lain. 2. Kemampuan untuk memperbaharui atau meregenerasi dirinya sendiri (selfregenerate/self-renew). Dalam hal ini stem cell dapat membuat salinan sel yang hampir sama dengan dirinya melalui pembelahan sel.
3. Teknologi stem sel termasuk “teknologi regeneratif kedokteran”, yang paling bernilai adalah melalui pemisahan atau pengkloningan, pemeliharaan dan diferensiasi induksi di luar tubuh, dapat menciptakan jaringan,sel dan organ yang baru, muda, dan normal. Melalui teknologi transplantasi khusus, memasukkannya ke dalam tubuh untuk menggantikan sel yang rusak maupun yang tidak normal, membawa perubahan dan harapan kepada penderita penyakit kronis yang susah diobati.
22
DAFTAR PUSTAKA Ann A. Kiessling, PhD, Scott. C. Anderson.. Human Embryonic Stem Cells, Second Edition: An Introduction to the Science and Therapeutic Potential Cindrawasih, Gus. 2012. Jurnal tentang Hewan trasngenik (metode stem cell embryo). STKIP Hamzanwadi, Selong : Jurusan MIPA Proram Studi Biologi Danny H, Harry M, Ferry S, Arief B, Tono D, Boenjamin S. 2010 . Stem cell dasar teori dan aplikasi klinis. Jakarta : Erlangga Niel A. Campbell, Jane B. Reece, Lawrence G. Mitchell. 2000. BIOLOGI . Jakarta : Erlangga M Mimeault1, R Hauke and SK Batra. 2007. Stem Cells: A Revolution in Therapeutics—Recent Advances in Stem Cell Biology and TheirTherapeutic Applications in Regenerative Medicine and Cancer Therapies.Clinical Pharmacology and Therapeutics Pribadi, Arief. 2009. Biology Senior High School Year XI, Bilingual edition. Jakarta : Yudhistira Sandra, Ferry. 2012. Terapi Stem Cell - Terobosan Kedokteran Modern untuk Penderita Gagal Jantung. Jakarta : Grasindo Setiawan, Boenjamin. 2006. Makalah Aplikasi Terapeutik Sel Stem Embrionik pada Berbagai Penyakit Degeneratif.Jakarta : Cermin Dunia Kedokteran The National Academics.Understanding Stem cell. National Academy of Sciences,Institute of Medicine.StemcellNAS.pdf. Thomas Scott, Christoper. 2006. Stem cell Now, Kindle Edition
23
