Stem Cell

STEM SEL

PENDAHULUAN

Berkembangnya ilmu pengetahuan dan tehnologi, mau tidak mau terus berdampak pada perkembangan terhadap ilmu-ilmu yang lainnya, salah satunya di bidang biologi molekuler dan kedokteran. saat ini di bidang biologi molekuler khususnya imunologi adalah pengembangan sel induk, yang biasa disebut stem sel atau sel punca.

Para ahli saat ini telah mulai menengok dan meneliti kemungkinan penggunaan sel punca untuk mengobati penyakit-penyakit atau kelainan-kelainan yang tak mungkin lagi untuk diobati dengan obat-obatan atau tindakan operatif, khususnya penyakit degeneratif maupun kelainan lainnya seperti trauma, keganasan dan sebagainya. Selain itu sel punca juga digunakan dalam penelitian untuk mencari obat-obat baru pada tingkat laboratorium maupun untuk mempelajari patogenesis penyakit. Tentu saja penelitian, penggunaan dan pengembangan sel punca ini tidak terlepas dari potensi nilai bisnis yang akan diraih manakala sel punca ini sudah dapat digunakan untuk mengobati penyakit atau kelainan pada penderita dan ditemukannya obat-obatan baru.

DEFINISI

Sel punca (Stem cell) adalah sel yang tidak/belum terspesialisasi yang mempunyai kemampuan/potensi untuk berkembang menjadi berbagai jenis sel-sel yang spesifik yang membentuk berbagai jaringan tubuh.

SEJARAH

Perkembangan pengetahuan tentang sel punca tentunya tidak terlepas dari penemuan-penemuan oleh para ahli dalam bidang kesehatan dan kedokteran. Beberapa penemuan yang spektakuler mengilhami penemuan sel punca antara lain :

a. Sejak tahun 1970 an transplantasi sumsum tulang telah dilakukan untuk mengobati penderita defisiennsi imun dan leukemia.

b. Tahun 1990 : Para peneliti untuk pertama kalinya mengekstraksi sel-sel punca dari embrio manusia.

c. Tahun 1998 : James Thomsom (University Wisconsin-Madison) mengisolasi sel punca dari masa sel-sel dalam dari embrio sangat muda,dan mengembangkan trah sel punca embrionik manusia untuk pertama kalinya.

d. Tahun 1999 : Keberhasilan pertama transplantasi sel-sel penghasil insulin manusia dari kadaver

e. Tahun 2001 : Presiden Bush membatasi pendanaan pemerintah untuk penelitian sel punca manusia.

f. Tahun 2002 : Juvenile Dibetes Research Foundation International berupaya menghimpun dana sebesar 20 juta dolar untuk membantu penelitian sel-sel punca.

g. Tahun 2003 : California menyetujui penelitian sel-sel punca.

h. Tahun 2004 : Penelitian dari Universitas Havard menumbuhkan sel-sel punca dari embrio dengan dana swasta.

KARAKTERISTIK SEL PUNCA

Sel punca (Stem Cell) berbeda dengan jenis sel lain yang terdapat dalam tubuh. Semua sel punca tanpa memandang asal sumbernya, mempunyai sifat umum yang sama yaitu

1. Differensiasi (Differentiate) yaitu kemampuan untuk berkembang menjadi sel lain. Sel punca mampu berkembang menjadi berbagai jenis sel yang khas (spesifik) misalnya sel saraf, sel otot jantung, sel otot rangka, sel pankreas dan lain-lain

2. Regenerasi (Self regenerate/self renew) yaitu kemampuan untuk memperbaharui atau meregenerasi dirinya sendiri. Sel punca mampu membuat salinan sel yang persis sama dengan dirinya melalui pembelahan sel.

JENIS-JENIS SEL PUNCA

a. Berdasarkan potensi atau kemampuan untuk berdiferensiasi sel punca dapat di bedakan menjadi :

Totipotent yaitu sel punca yang dapat berdiferensiasi menjadi semua jenis sel. Yang termasuk dalam sel punca totipotent adalah zigot. Sel ini merupakan sel embrionik awal yang mempunyai kemampuan untuk membentuk berbagai jenis sel termasuk membentuk

Gbr.1 Stem Sel Totipotent

satu individu yang utuh. Disamping mempunyai kemampuan untuk membentuk berbagai sel pada embrio sel totipotent juga dapat membentuk sel-sel yang menyusun plasenta.

Pluripotent yaitu sel punca yang dapat berdiferensiasi menjadi 3 lapisan germinal: ektoderm, mesoderm, dan endoderm, tapi tidak dapat menjadi jaringan ekstraembryonik seperti plasenta dan tali pusat. Yang termasuk stem cell pluripotent adalah embryonic stem cell

Gbr.2 Stem Sel Pluripotent

Multipotent yaitu stem cell yang dapat berdifferensiasi menjadi banyak jenis sel misalnya hemopoetic stem cells yang terdapat pada sumsum tulang yang mempunyai kemampuan untuk berdifferensiasi menjadi berbagai jenis sel yang terdapat dalam darah seperti

eritrosit, lekosit dan trombosit. Contoh lainnya adalah neural stem cells yang mempunyai kemampuan berdifferensiasi menjadi sel saraf dan sel glia.

Gbr.3 Stem Sel Multipotent

Oligopotent yaitu sel punca yang mampu berdiferensiasi menjadi sedikit jenis sel. Contoh sel punca dewasa meloid dan limfoid.
Unipotent yaitu stem cells yang hanya dapat menghasilkan 1 jenis sel. Berbeda dengan non stem cells, stem cells mempunyai sifat masih dapat mempebaharui atau meregenerasi diri (self-regenerate/self renew) Contohnya erythroid progenitor cells hanya mampu berdifferensiasi menjadi sel darah merah.

b. Berdasarkan sumbernya sel punca di bedakan menjadi :

1 1. Zygote Yaitu pada tahap sesaat setelah sperma bertemu dengan sel telur.

2. 2. Embryonic stem cell yaitu sel yang diambil dari inner cell mass dari suatu blastosis (embrio yang terdiri dari 50 ¬ 150 sel, kira-kira hari ke-5 pasca pembuahan). Embryonic stem cell. biasanya didapatkan dari sisa embrio yang tidak dipakai pada IVF (in vitro fertilization). Tapi saat ini telah dikembangkan teknik pengambilan embryonic stem cell yang tidak membahayakan embrio tersebut, sehingga dapat terus hidup dan bertumbuh. Untuk masa depan hal ini mungkin dapat mengurangi kontroversi etis terhadap embryonic stem cell.

Gbr.5 Stem Sel embrionik

3. Fetus. fetus adalah perkembangan pada fase seteleh embrio dan sebelum kelahiran. Fetus dapat diperoleh dari klinik aborsi.

Stem cell darah tali pusat yaitu stem cell yang diambil dari darah plasenta dan tali pusat segera setelah bayi lahir. Stem cells dari darah tali pusat merupakan jenis hematopoetic stem cells dan ada yang menggolongkan kedalam adult stem cells. Sampai saat ini ada 2 tipe stem cells yang telah ditemukan dalam darah tali pusat yaitu hematopoetic stem cells, dan mesenchymal stem cells. Selain kedua jenis stem cells tersebut di dalam darah tali pusat masih ada beberapa tipe lain yang telah ditemukan seperti neuron like stem cells, tetapi hal ini masih memerlukan penelitian lebih lanjut⁵. Darah tali pusat mempunyai immunogenicity yang lebih rendah⁶, isolasinya tidak membutuhkan prosedur yang invasif dan untuk transplantasi tidak membutuhkan 100% ketepatan HLA (human leucocyte antigen)

5. Adult stem cell. yaitu sel yang diambil dari jaringan dewasa, antara lain dari: Sumsum tulang.

· Sel punca sumsum tulang terdiri atas :

a. hematopoietic stem cell. Sel punca yang akan berkembang menjadi berbagai jenis sel darah seperti : eritrosit, limfosit B, limfosit T, neutrofil, basofil, eosinofil, monosit, dan makrofag.

b. stromal stem cells atau disebut juga mesenchymal stem cell yang berdiferensiasi menjadi berbagai jenis sel seperti : osteosit (sel tulang), khondrosit, dan jaringan pengikat lain.

· Jaringan lain pada dewasa seperti pada: - susunan saraf pusat - adiposit (jaringan lemak) - otot rangka - pankreas Adult stem cell mempunyai sifat plastis, artinya selain berdiferensiasi menjadi sel yang sesuai dengan jaringan asalnya, adult stem cell juga dapat berdiferensiasi menjadi sel jaringan lain. Misalnya: neural stem cell dapat berubah menjadi sel darah, atau stromal stem cell dari sumsum tulang dapat berubah menjadi sel otot jantung, dan sebagainya.

Adult stem cell mempunyai sifat plastis artinya selain berdifferensiasi menjadi sel yang sesuai dengan jaringan asalnya adult stem cells juga dapat berdifferensiasi menjadi sel jaringan lain, misalnya neural stem cells dapat berubah menjadi sel darah, stromal stem cell dari sumsum tulang dapat berubah menjadi sel otot jantung dan sebagainya.

Gbr.6 Stem Sel dewasa

PERAN SEL PUNCA DALAM BIDANG KEDOKTERAN DAN KESEHATAN

Sel punca dapat berperan dalam bidang penelitian maupun pengobatan. Sampai saat ini penelitian terhadap sel punca dalam mengatasi berbagai penyakit masih terus dikembangkan. Penggunaan sel punca dalam bidang kedokteran dan kesehatan dibedakan menjadi penggunaan dalam riset dan penggunaan untuk terapi medis (Cell Based Therapy).

Beberapa peran sel punca dalam riset antara lain :

1. Terapi gen.

Stem cell (dalam hal ini hematopoietic stem cell) digunakan sebagai alat pembawa transgen ke dalam tubuh pasien, dan selanjutnya dapat dilacak jejaknya apakah stem cell ini berhasil mengekspresikan gen tertentu dalam tubuh pasien. Dan karena stem cell 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 stem cell dapat dipelajari nasib sel, baik sel normal maupun sel kanker.

3. Penemuan dan pengembangan obat baru.

yaitu untuk mengetahui efek obat terhadap berbagai jaringan.

4. Terapi sel berupa replacement therapy.

Oleh karena stem cell dapat hidup di luar organ tubuh manusia misalnya di cawan petri, maka dapat dilakukan manipulasi terhadap stem cell itu tanpa mengganggu organ tubuh manusia. Stem cell yang telah dimanipulasi tersebut dapat ditransplantasi kembali masuk ke dalam organ tubuh untuk menangani penyakit-penyakit tertentu.

Beberapa peran sel punca dalam terapi medis (Cell Based Therapy) antara lain :

1. Penyakit autoimun

Penyakit autoimun merupakan penyakit yang ditimbulkan akibat respon imun yang berlebihan, sehingga menyerang sel-sel tubuh itu sendiri. Misalnya pada lupus, artritis reumatoid dan diabetes tipe 1. Setelah diinduksi oleh growth factor agar hematopoietic stem cell banyak dilepaskan dari sumsum tulang ke darah tepi, hematopoietic stem cell dikeluarkan dari dalam tubuh untuk dimurnikan dari sel imun matur. Lalu tubuh diberi agen sitotoksik atau terapi radiasi untuk membunuh sel-sel imun matur yang tidak mengenal self antigen (dianggap sebagai foreign antigen). Setelah itu hematopoietic stem cell dimasukkan kembali ke tubuh, bersirkulasi dan bermigrasi ke sumsum tulang untuk berdiferensiasi menjadi sel imun matur sehingga sistem imun tubuh kembali seperti semula.

2. Penyakit degeneratif

Penyakit degeneratif merupakan penyakit yang menyerang fungsi atau struktur tubuh seiring dengan berjalan waktu. Pada penyakit degeneratif seperti stroke, penyakit Parkinson, penyakit Alzheimer, terdapat beberapa kerusakan atau kematian sel-sel tertentu sehingga bermanifestasi klinis sebagai suatu penyakit. Pada keadaan ini stem cell setelah dimanipulasi dapat ditransplantasi ke dalam tubuh pasien agar stem cell tersebut dapat berdiferensiasi menjadi sel-sel organ tertentu yang menggantikan sel-sel yang telah rusak atau mati akibat penyakit degenerative.

3. Penyakit keganasan

Prinsip terapi stem cell pada penyakit keganasan sama dengan penyakit autoimun. Hematopoietic stem cell yang diperoleh baik dari sumsum tulang atau darah tali pusat telah lama dipakai dalam terapi leukemia dan penyakit darah lainnya

Beberapa contoh terapi medis dangan menggunakan sel punca :

1. Terapi sel punca untuk Diabetes

Pada diabetes, terjadi kekurangan insulin atau kurangnya kepekaan terhadap insulin. Dalam hal ini transplantasi sel pulau Langerhans diharapkan dapat memenuhi kebutuhan insulin. Pada awalnya, kira-kira 10 tahun yang lalu, hanya 8% transplantasi sel pulau Langerhans yang berhasil. Hal ini terjadi karena reaksi penolakannya besar sehingga diperlukan sejumlah besar steroid; padahal makin besar steroid yang dibutuhkan, makin besar pula kebutuhan metabolik pada sel penghasil insulin. Namun, baru-baru ini penelitian yang dilakukan oleh James Shapiro dkk. di Kanada, berhasil membuat protokol transplantasi sel pulau Langerhans dalam jumlah banyak dengan metode imunosupresi yang berbeda dengan yang sebelumnya. Pada penelitian tersebut, 100% pasien yang diterapi transplantasi sel pulau Langerhans pankreas tidak memerlukan injeksi insulin lagi dan gula darahnya tetap normal setahun setelah transplantasi. Penelitian-penelitian yang sudah dilakukan untuk diabetes ini mengambil sumber stem cell dari kadaver, fetus, dan dari embryonic stem cell. Selanjutnya, masih dibutuhkan penelitian untuk menemukan cara membuat kondisi yang optimal dalam produksi insulin, sehingga dapat menggantikan injeksi insulin secara permanen.

2. Terapi sel punca untuk Skin Replachement

Dengan bertambahnya pengetahuan mengenai stem cell, maka peneliti telah dapat membuat epidermis dari keratinosit yang diperoleh dari folikel rambut yang dicabut. Hal ini memungkinkan transplantasi epidermis autolog, sehingga menghindari masalah penolakan. Pemakaian skin replacement ini bermanfaat dalam terapi ulkus vena ataupun luka bakar.

3. Terapi sel punca untuk penyakit Parkinson

Pada penyakit Parkinson, didapatkan kematian neuron-neuron nigra-striatal, yang merupakan neuron dopaminergik. Dopamin merupakan neurotransmiter yang berperan dalam gerakan tubuh yang halus. Dengan berkurangnya dopamin, maka pada penyakit Parkinson terjadi gejala-gejala gangguan gerakan halus. Dalam hal ini transplantasi neuron dopamin diharapkan dapat memperbaiki gejala penyakit Parkinson. Tahun 2001, dilakukan penelitian dengan menggunakan jaringan mesensefalik embrio manusia yang mengandung neuron-neuron dopamin. Jaringan tersebut ditransplantasikan ke dalam otak penderita Parkinson berat dan dipantau dengan alat PET (Positron Emission Tomography). Hasilnya setelah transplantasi terdapat perbaikan dalam uji-uji standar untuk menilai penyakit Parkinson, peningkatan fungsi neuron dopamin yang tampak pada pemeriksaan PET; perbaikan bermakna ini tampak pada penderita yang lebih muda. Namun setelah 1 tahun, 15% dari pasien yang ditransplantasi ini kambuh setelah dosis levodopa dikurangi atau dihentikan

4. Terapi sel punca untuk penderita penyakit Stroke

Dahulu dianggap bahwa sekali terjadi kematian sel pada stroke, maka akan menimbulkan kecacatan tetap karena sel otak tidak mempunyai kemampuan regenerasi. Tapi anggapan berubah setelah para pakar mengetahui adanya plastisitas pada sel-sel otak dan pengetahuan mengenai stem cell yang berkembang pesat belakangan ini. Beberapa penelitian dengan menggunakan stem cell dari darah tali pusat manusia yang diberikan intravena kepada tikus yang arteri serebri medianya dioklusi menunjukkan hasil yang menggembirakan. Ada pengurangan volume lesi sebanyak 40% dan adanya kemampuan kembali ke 70% fungsi normal. Terdapat pemulihan fungsional pada kelompok yang ditransplantasi stem cell dari darah tali pusat dibandingkan dengan kelompok kontrol dan tampak stem cell dari darah tali pusat bermigrasi masuk ke otak. Penelitian dengan menggunakan mesenchymal stem cell (MSC) dari sumsum tulang autolog yang diberikan intravena pada 30 penderita stroke juga memperbaiki outcome yang dinilai dari parameter . Saat ini pengembangan stem sell adalah untuk pengobatan dimasa depan,

5. Terapi sel punca untuk penyakit Jantung

Penelitian yang diusung oleh Strauer dkk berupa pencangkokan mononuclear bone marrow cell autolog ke dalam arteri yang mengalami infark pada saat PCTA enam hari setelah infark miokard akut pada kelompok kasus, dan tanpa pencangkokan pada kelompok kontrol. Hasilnya berupa area infark yang mengecil serta volume stroke, left ventricular end-systolic volume, kontraktilitas area infark, dan perfusi miokard yang lebih baik pada kelompok kasus daripada pada kelompok kontrol.

Keuntungan dan Kerugian Menggunakan Jenis Stem sel Tertentu dalam Cell-based Therapy

a. Embryonic stem cell:

Keuntungan :

1. Mudah didapat dari klinik fertilitas.

2. Bersifat pluripoten sehingga dapat berdiferensiasi menjadi segala jenis sel dalam tubuh.

3. Immortal. Berumur panjang, dapat berproliferasi beratus-ratus kali lipat pada kultur.

4. Reaksi penolakan rendah

Kerugian :

1. Dapat bersifat tumorigenik. Artinya setiap kontaminasi dengan sel yang tak berdiferensiasi dapat menimbulkan kanker.

2. Selalu bersifat allogenik sehingga berpotensi menimbulkan penolakan.

3. Secara etis sangat kontroversial.

b. Umbilical Cord blood Stem Cell (Sel punca dari darah tali pusat)

Keuntungan :

1. Mudah didapat (tersedia banyak bank darah tali pusat).

2. Siap pakai, karena telah melalui tahap prescreening, testing dan pembekuan.

3. Kontaminasi virus minimal dibandingkan dengan stem cell dari sumsum tulang.

4. Cara pengambilan mudah, tidak berisiko atau menyakiti donor.

5. Risiko GVHD (graft-versus-host disease) lebih rendah dibandingkan dengan menggunakan stem cell dari sumsum tulang, dan transplantasi tetap dapat dilakukan walaupun HLA matching tidak sempurna atau dengan kata lain toleransi terhadap ketidaksesuaian HLA matching lebih besar dibandingkan dengan stem cell dari sumsum tulang.

Kerugian :

1. Kemungkinan terkena penyakit genetik. Ada beberapa penyakit genetik yang tidak terdeteksi saat lahir sehingga diperlukan follow up setelah donor beranjak dewasa.

2. Jumlah stem cell relatif terbatas sehingga ada ketidaksesuaian antara jumlah stem cell yang diperlukan resipien dengan yang tersedia dari donor, karena jumlah sel yang dibutuhkan berbanding lurus dengan usia, berat badan dan status penyakit.

c. Adult stem cell (Sel punca dewasa)

Keuntungan :

1. Dapat diambil dari sel pasien sendiri sehingga menghindari penolakan imun.

2. Sudah terspesialisasi sehingga induksi menjadi lebih sederhana.

3. Secara etis tidak ada masalah.

Kerugian :

1. Jumlahnya sedikit, sangat jarang ditemukan pada jaringan matur sehingga sulit pendapatkan adult stem cell dalam jumlah banyak.

2. Masa hidupnya tidak selama embryonic stem cell.

3. Bersifat multipoten, sehingga diferensiasi tidak seluas embryonic stem cell yang bersifat pluripoten.

Bioetika Pada Penelitian Sel Punca (Stem Cell)

Manfaat yang diperoleh dari penggunaan sel punca embrionik (embryonic stem cell) dalam bidang kedokteran amat besar, namun sumber sel punca embrionik ini merupakan masalah etika yang perlu mendapat perhatian.

Berkembangnya penelitian stem cell dan penggunaan stem cell dalam upaya untuk mengobati penyakit pada manusia akan mengakibatkan timbulnya masalah dalam hal etik. Hal utama terkait dengan masalah etik adalah sumber stem cell tersebut. Berbagai masalah etika yang perlu dipikirkan adalah

1. Apakah penelitian embrio manusia secara moral dapat dipertanggung jawabkan?

2. Apakah penelitian embrio yang menyebabkan kematian embrio merupakan pelanggaran terhadap hak azasi manusia (HAM) dan berkurangnya penghormatan terhadap mahluk hidup?

3. Apakah penyalah gunaan dapat diketahui dan dikendalikan?

4. Apakah penggunaan embrio sisa proses bayi tabung pada penelitian diperbolehkan?

5. Apakah penelitian khusus membuat embrio untk digunakan diperbolehkan?

Isu bioetika utama dalam penelitian dan penggunaan stem cell adalah penggunaan stem cell embrio terutama tentang sumber sel tersebut yaitu embrio. Sumber embrio adalah hasil abortus, zigot sisa IVF dan hasil pengklonan. Pengklonan embrio manusia untuk memperoleh stem cell merupakan isu yang sangat menimbulkan kontroversi. Hal ini terkait dengan isu ”awal kehidupan” dan penghormatan terhadap kehidupan. Pengklonan embrio manusia untuk memperoleh stem cell menimbulkan kontroversi karena berhubungan dengan pengklonan manusia yang ditentang oleh semua agama.

Dalam proses pemanenan stem cell embrio terjadi kerusakan pada embrio dan menyebabkan embrio tersebut mati. Adanya anggapan bahwa embrio berstatus sama dengan manusia menyebabkan hal tersebut tidak dapat diterima

Perdebatan yang cukup ramai adalah mengenai status moral embrio, apakah embrio harus diperlakukan sebagai manusia atau sebagai sesuatu yang berpotensi untuk menjadi manusia atau sebagai jaringan hidup tubuh lainnya. Lebih jauh lagi apakah embrio yang berkembang dianggap sebagai mahluk hidup.

Penggunaan stem cell yang berasal dari surplus zigot pembuatan bayi tabung sendiri. juga menimbulkan kontroversi. Pendapat yang moderat mengatakan ketimbang surplus zigot itu dibuang, sebaiknya dipakai saja untuk penelitian. Sebaliknya ada juga yang berpendapat bahwa sisa itu harus dipelihara hingga zigot itu mati.

Rujukan

1. Subowo.Biologi Sel.Edisi 6.Jakarta.Sagung Seto.2010

2. Stem Cell Wikipedia - http://en.wikipedia.org/wiki/Stem_cell

3. Stem Cells for Cell-Based Therapies, Lauren Pecorino . American

4. Stem Cell Therapy . Research in focus - MRC (Medical Research

F2-S-Cord Blood Stem Cell Transplantation . Leukemia & Lymphoma

5. Stem Cell Wikipedia - http://en.wikipedia.org/wiki/Stem_cell

6. Stem Cells for Cell-Based Therapies, Lauren Pecorino American Stem Cells for Cell-Based Therapies, Lauren Pecorino American

7. Stem Cell Therapy . Research in focus - MRC (Medical Research

Council)

8. Therapeutic Use of Cell Nuclear Replacement: Therapeutic Cloning .

R esearch in focus - MRC (Medical Research Council)

9. http://www.csa.com/discoveryguides/stemcell/overview.php

Autologous mesenchymal stem cell transplantation in stroke patients.

Ann. Neurol. 2005 Jun;57(6):874-82

10. http://www.reeve.uci.edu/anatomy/stemcells.php.Cermin Dunia Kedokteran No. 153, 2006

11. Prayogo R, Wijaya MT, Kultur dan potensi stem cells dari darah tali pusat. Cermin Dunia Kedoketran 2006; 153: 26-28

Stem Cell

Jumat, 07 Maret 2014

STEM CELL