PENGENALAN DAN KONSEP DASAR

T7
KEDOKTERAN REGENERATIF:
PENGENALAN DAN KONSEP DASAR
Ketut Suastika
Selama lebih dari 1.40 tahun penelitian sel punca (sfem
PENDAHUTUAN
cell) yang menjadi bagian dari biologi per-kembangan dan
Kedokteran rcgetatil (regerative medlcine) merupakan
bidang keilmuan yang relatif baru; dikembangkan oleh
terhadap hal ini dari komunitas kedokteran.Dengan
peneliti dari berbagai keilmuan, dengan tujuan sama yaitu
memperbaiki kehidupan manusia dengan penyembuhan
makin berkembangnya ketertarikan dalam terapi selular
untuk penyakit degeneratif dan kedokteran regeneratif,
penyakit. Tubuh, kenyataannya ada bagian yang mati
atau rusak dan perlu diperbaiki atau diganti. Perhatian
utama kedokteran regeneratif ini adalah bahwa pada
manusia suatu sel tunggal mempunyai potensi menjadi
penelitian tentang biologi sel punca berkembang
dengan pesat.Perkembangan selanjutnya ditandai oleh
reprodu ktif telah dilakukan, namun masih sedikit perhatian
kejadian yang bermakna pada tahun 2007. Hadiah Nobel
dalam bidang Fisiologi dan Kedokteran pada tahun
2007 diberikan kepada Mario Capecchi, Martin Evans,
suatu badan dewasa. Masing-masing sel kita mempunyai
potensi luarbiasa dalam bentuk laten. Para peneliti telah
berusaha untuk mempelajari bagaimana mengidentifikasi
molekul yang digunakan tubuh untuk terus tumbuh ber-
dan Oliver Smithies atas temuannya '?asar pengenalan
modifikasi gen spesifik pada tikus dengan menggunakan
sel punca embrionik'. Hadiah tersebut menjadi tanda
kesinambungan. Dan kini telah dapat disolasi, dipelajari,
dan dihasilkan bahan-bahan tersebut dalam jumlah tidak
terbatas dan digunakannya untuk meregene rasi jaringan
atau organ tubuh manusia.
penting yang menandai pengembangan sel punca sebagai
bahan penelitian dalam kedokteran modern.Arah baru
utama biologi sel punca kiniterbuka dan memungkinkan
pengembangan sel "seperti-punca (stem-like)" pluripoten
Kedokteran regeneratif merupakan cara baru dalam
dan multipoten yang berasal dari sel bukan embryonik
untuk berbagai aplikasi.Pentingnya sel punca di bidang
kedokteran juga ditangkap oleh perkembangan yang
pengobatan penyakit dengan menggunakan jaringan
atau sel yang tumbuh secara khusus (termasuk sel
punca), bahan yang dibuat di laboratorium, dan organ
artifisial. Bidang ini merupakan keilmuan baru yang
cepat dalam bidang kedokteran regeneratif dan rekayasa
jaringan fungsional.
melibatkan berbagai keahlian seperti biologi, kimia, ilmu
komputer, rekayasa, genetik, kedokteran, robotik, dan
bidang lainnya untuk menemukan solusi dari masalah
kedokteran yanq dihadapi oleh manusia. Jadi, kedokteran regeneratif dapat didefinisikan sebagai berikut: "bidang
interdisipliner baru dalam hal penelitian dan penerapan
klinik yang terfokus pada perbaikan (repoil), penggantian
(replocement) atau regenerasi sel, jaringan atau organ
untuk mengembalikan fungsinya yang terganggu akibat
berbagai penyebab, termasuk kelainan kongenital,
trauma dan penuaan".
t20
SEt PUNCA
Fokus kedokteran regeneratif adalah sel manusia.Sel
punca mempunyai potensi untuk berkembang menjadl
tipe sel yang berbeda pada tubuh sepanjang kehidupan
dan pertumbuhan dini.lika sel punca membelah, masingmasing sel baru mempunyai potensi untuk tetap sebagai
sel punca dan menjadi seltipe lain yang mempunyaifungsl
khusus, seperti sel otot, sel darah merah atau sel otak
€C(TERAN
:':- =.'
--
. Para
peneliti kinl banyak bekerja dengan dua
-:=-:: p!nca, yaitu sel pu nca embryonik dan sel punca
.+ -:-= .-.J somatik.Dan belakangan dikembangkan sel
:-=: -- sotent terindu ksi.pengembangan sel pluripotent
- -:'za
menarik karena: adanya keterbatasan dalam
::'::-:afgan sel somatjk dan penggunaan sel punca
:: :-:-.o manusia bukan sumber idealdarisegiteknik,
::- -:-,, sakan masalah etika dan moral.
-: :.irca dapat digolongkan berdasarkan plastisitas
::- :--:ernya. Berdasarkan sumber atau tipenya sel
:-
t2l
REGENERATTF: PENGENALAN DAN KoNsEP DASAR
-
= :.3et digolongkan menjadi: (1) sel punca embryonik
bagian dalam blastosis); (2) sel punca
:+ =:= :zri endodermal seperti sel punca epitel paru,
.:'::: lari
-.i: ::* al seperti sel punca hemato-poetik, ectodermal
-::- :: !unca saraf); (3) sel punca kanker (contohnya
= .--:: eukemiamyeloidakut,selpuncatumorotakdan
:-' :' ::_, .rdara); dan (4) sel punca pluripotent terjnduksi.
=:- -: hat potensinya, sel punca digolongkan atas:
+ ::::::en (zigot, spora, morula; mempunyai potensi
:* :-:an9 menjadi semua sel manusia, seperti sel
:-= -:: Carah atau jantung; dan dapat berkembang
-=-:: :'ga n isme fungsio nal keselu ru ha n); sel pluripoten
-- :--:: embryonik, kalus; sel ini dapat berkembang
-:' :- !e.nua jaringan, tetapi tidak bisa berkembang
-:- :: ::ganisme keseluruhan); sel multipoten (sel
:--::- ::. sepertisel punca hematopoetik dan sel punca
-=.:-: -: sel inidapat berkembang menjadi rentang sel
:-: ::-::ias di dalam satu tjpejaringan); sel unipoten
- :':r_-50r).
rc-x=_ tang dimaksud dengan sel punca?
i'
Belakangan juga diterapkan untuk sel yang telah
difertilisasi karena sel ini merupakan langkah pertama
dalam menggenerasi sel totipotent dan pluripotent
dan selanjutnya berkembang menjadi seluruh jaringan
orga n isme.
5el punca
mem pu
nyai
ke mam pua
n untuk
memperbaharui diri dengan membelah diri asimetrik
dan simetrik secara berulang, dan menjadi sel khusus
yang berbeda yang akan membentuk aneka jaringan.
Kemampuan diferensiasi menjadi berbagai jalur sel ini
disebut sebagai pluripotensi dalam sel punca embryonik
yang berasal dari blastosjs. Sel jni dapat berdiferensjasi
menjadi berbagaiseldi dalam tubuh, sehingga mempunyai
kemampuan untuk meregenerasi berbagai jaringan
tubuh.
Para ahli sekarang bisa mengisolasi masa sel bagian
dalam dari blastosit dan menumbuhkannya pada media
khusus dan mereplikasi seltersebut dalam suatu keadaan
tidak berdeferensiasi.Dengan penambahan faktor
pertumbuhan khusus, sel ini dapat dirangsang untuk
berdeferensiasi menjadi berbagai tipe sel.Dari pertama
kali dilakukan pada sel punca tikus dan kemudian pada
manusia oleh Thompson dkk pada tahun 1998, telah
menjadi daya tarik penggunaan sel punca embryonik
manusia untuk terapi seJular dalam regenerasi organ
dan perbaikan jaringan dengan menyuntikkan sel secara
langsung ke dalam organ ataujarjngan yang rusak. Usaha
ini mendapat tantangan dalam membuat sediaan sel
punca yan9 aman secara klinik. Efikasi klinik transplantasi
sel punca juga belum terwujud karena pemahaman
yang belum baik tentang perilaku sel punca dalam
mengendalikan regenerasi organ, kecuali pada keganasan
,a,'' lviereplikasi
J
merujuk suatu asal uniseluler dari organisme multlseluler
hematologik.
tdirinya sendiri, atau
SEL PUNCA DEWASA
menjadiberbaqai
...3 .cj
r':
terdiferensiasi pada suatujaringan atau organ yang dapat
memperbaharui diri sendiri dan dapat berdiferensiasi
menjadi beberapa atau keseluruhan tipe sel khusus dari
jaringan atau organ. Peran utama sel punca dewasa pada
organisme hidup adalah untuk mempertahankan atau
mem pe rbaikija ringan. Sel punca dewasajuga disebut sel
punca somatik atau nonembryonik, hal jni mengacu pada
sei dari tubuh bukan sel germ, sperma atau telur
PUNCA EMBRYONIK
-+ :,-:a pertama kali djsebutkan di dalam literatur
: . :::
Sel punca dewasa adalah sel tidak terdiferensiasj
iffere ntiqted ceLL) yang ditemukan diantara sel
(u n d
oleh
jerrnan Ernst Haeckel pada tahun 1g6g untuk
Pemanfaatan sel punca dewasa ini menarik perhatian
peneliti, karena ternyata sel ini banyak ditemukan pada
jaringan dewasa, seperti otak, sumsum tulang, darah
tepi, pembuluh darah, otot skeletal, kulit, gigi, jantung,
usus, hati, epitelium ovarium, dan testis. Suatu fakta. sel
r22
DASAR-DASAR ILMU PENYAKIT DALAM
hematopoetik dewasa atau sel punca pembentuk darah
kesempatan yang baik untuk mengetahui pembentukan
(btood-forming stem cell\ dari sumsum tulang telah
jaringan baik pada orang nr:rmal maupun patologik,
yang selanjutnya bisa mendiagosis penyakitnya dan
digunakan untuk transplantasi selama 40 tahun.
Hanya sejumlah kecil sel punca dewasa ditemukan
pada masing- masing j aringan, dan sekalidikeluarkan dari
tubuh kapasitasnya untuk membelah adalah terbatas; hal
ini menyulitkan dalam pengembangannya dalam jumlah
besar. Para peneliti berusaha menemukan cara yang lebih
baik untuk menumbuhkan sel punca dewasa dalamjumlah
yang lebih banyak pada biakan sel dan memanipulasinya
mengembangkan pengobatannya. Bagaimana sel punca
pluripotent terinduksi dikembangkan dari sel fibroblast
kulit, secara skematik dapat dilihat pada gambar 2.
t\
menjadi tipe sel khusus, sehingga dapat digunakan
untuk mengobati injuri dan penyakit. Beberapa contoh
penggunaannya adalah untuk meregenerasi tulang dari sel
yang berasaldari stroma sumsum tulang, pengembangan
sel penghasil insulin untuk penderita diabetes melitus tipe
-'.';
.'j ;.'
+
1, dan perbaikan ototjantung yang rusak akibat serangan
jantung dengan sel ototjantung.
--l
,
(p€mocBnan/
Psancaneai)
SEL PUNCA PTURIPOTEN TERINDUKSI
oeniilcn.et p.
Adanya implikasi etik, sosial dan politis penggunaan sel
punca embrionik, maka dikembangkan alternatif sel punca
5e PL (a
i:;l',",'-";
5el yane terd ferensias , sepert fibrob ast pada k! it, terisolasi d.n
lain yang berasal darisel somatik. Takahashi dan Yamanaka
pada tahun 2006 telah berhasil membuat sel seperti-punca
(diprogram/dibnc.ng) u aig menjadi ipscs meia ui introduG dar bebecpa se.,
sepertlpousfldarnano€.Seanjutnya, pscsbisa dlter ma dan terdifierens asiulane
menjadi seldan jaringai reeener.tif yangberlfatterapeutika.
embrionik dari fibroblast tikus, dengan menransfeksi 4
Gambar 2. Sel punca pluripotent terinduksl dari fibroblast kuiit
(Dikutip dari Tsao, 2008).
gen kritis retrovirus ke dalam sel fibroblast, yaitu Oct3/4,
Klf4, Sox2, dan c [,4yc. Sel tersebut kini disebut sel punca
plu ripotent terindu kst (induced pluripotenf ste/, iiPSlcells),
secara sistematik didentifikasi dari satu set 24 gen yang
telah diketahui untuk mengatur siklus sel pada sel punca
dan garis seluler lainnya. Dengan cara yang sama dalam
waktu singkat sel iPS dapat dibuat darifibroblast manusia.
Temuan ini menjadi terobosan penting, mengingat sel
iPS identik dengan sel punca embrionik yang kini dapat
dibuat dari sel somatik tanpa menggunakan jaringan
embryo atau fetal.
Tantangan berikutnya adaiah bagimana membuat sel
iPS dari sel matur yang berasal dari individu yang sakit
untuk memahami lebih besar biologi dan jalur signaling
yang berkontribusi terhadap patologi penyaklt.cenerasi
sel iPS spesifik penyakit telah menjadi kenyataan dan
telah dilaporkan oleh kelompok dari Harvard.Di dalam
publikasinya, Park dkk. Menemukan generasi sel iPS dari
penderita dengan berbagai penyakit genetik dengan
penurunan l\4endelian atau kompleks; penyakit ini
letmasuk adenasine deaminqse deficiency relqted severe
combined immunodeflciency, sindrom S hwach ma n Bodian-Diamond, penyakit Gaucher tipe III, distrofi
muskulorum Duchenne dan Becket penyakit Parkinson,
penyakit Huntington, diabetes mellitus tipe 1, sindrom
Down /trisomi 21, dan pembawa keadaan sindrom LeschNyhan. Sel iPS spesifik penyakit seperti ini memberikan
SEL PUNCA KANKER
Kanker terjadi karena pembelahan sel yang cepat,
abnormal dan tidak terkendali pada berbagai organ
di dalam tubuh yang menyebabkan keganasan dan
metastasis. Kelompok John Dick dari Universitas Toronto
pertama kali mengusulkan keberadaan sel "seperti punca"
(stem-Like) pada leukemia myeloid akut. Sel punca kanker
adalah sel punca yang ada pada masa turnor, yang bisa
berkembang menjadi berbagaitipe sel kanker. Berdasarkan
se punca kanker yang
berkembang dengan proliferasi dan diferensiasi menjadi
hipotesis, asal tumor adalah
berbagai tipe sel. Jumlah sel punca kanker hanya bagian
kecil dari masa tumor (sekitar 0.i 1%dari masatotal)dan
dapat dibedakan dari sel lain di dalam masa tumor dengan
antigen permukaan khusus seperti CD34.. Keunikan dari
sel punca kanker dibandingkan dengan sel punca normal
adalah bertumbuh diluar kendali.
Denqan kemoterapi kanker konvensional atau
terapi radiasi, sel yarrg mengalami diferensiasi akan
terbunuh, namun sel punca kanker karena kepuncaannya dan tidak aktif, tidak tersentuh dan bisa menqhindar
atau resltensi. Dan dipercaya bahwa sel punca kanker
ini menjadi sumber benih kanker yanq menyebabkan
I=:<TERAN
REGENERATIF: PENGENALAN DAN KoNsEP DASAR
t23
: :-:-ian dan metastasis kanker. Berdasarkan konsep
- :-<si sel punca kanker agar berdiferensiasi akan
-- '--:rngkan dalam pengobatan kemoterapi; dengan
::-, '- diharapkan adanya perbaikan angka harapan
- : -: ::nderita
kanker
P.odusilnsulin
5€nsor Glukosa
-!CINGAN BTOARTIFISIAT
i -::-
b oartifisial atau rekayasa jaringan meliputi
.- ::-:.n, modifikasi, pertumbuhan, dan pemeliharaan
. -:=- ridup yang ditanam di dalam perancah (scaffold)
::-:- atau sintetik untuk mampu melaksanakan
, :: : okimia kompleks, termasuk kendali adaptif dan
:: - ::. riian jaringan hidup normal. Keilmuan ini awalnya
i .-: adanya usaha untuk mencari terapi alternatiJ
::-= renderita dengan gagal organ terminal yang
-: -:
-:u hkan donor organ untuk pembedahan cangkok
- -.-
Seberapa keadaan yang mendorong mengapa
: :,::a jaringan ini menjadi tantangan dan penting:
,::erbatasan fungsi biologis jar;ngan atau orqan
.-', : yang dibuat dari material buatan manusia saja;
,,:<ijranganjaringan atau organ donoruntukcangkok
: ::- 3) perkembangan yang pesat dalam mekanisme
::. -:rasi yang dibuat oleh ahli bjologi molekuler; dan (4)
::- ,:caian dalam bioteknologi modern untuk pembiakan
= -::n dan produksi faktor pertumbuhan skala besar.
:':h ke depan area ini adalah bagaimana meng_
:- -alkan inplan dan menghas'lkan alat nanobiologis
:-: .kurat. Hal ini akan dicapai bila dibantu oleh 3
-- I
rnenggunakan material biomimetik nanostruktur
: : : rnanipulasi secara molekuler; (2) penerapan
- ,--= ektronik dan nanoelektronikuntuk penginderaan
.:
Gambar 3- Gambar skematik pankreas bioartifisial (pBA)
(Dikutip dari Sumi
pada matriks dan keseluruhannya mengawali jaringan
bioartifisial autologus; (3) akhirnya, setelah tercapainya
tingkat kematangan tertentu di laboratorium, jaringan
bioartifisial ini ditanam sebagai jaringan pengganti ke
tubuh penderita.Kini teknolog i dasar untuk meningkatkan
mutu dan ketersedian jaringan bioartifisial sudah sangat
berkembang.Secara rinci dapat dibaca pada artikel yang
ditulis oleh Kagami dan kawan2 pada buku Regenerotive
Med[cine and Tissue Engineeting-Cells ond Biomateriols
(2011).
REFERENSI
1.
2.
::-::n sel hidup dan untuk mempercepat regenerasi
.- -;:n. Kini telah banyak diteliti dan dimanfaatkan
3.
-:-
^va; dan potensi tumbuh dari implanjika ditanamkan
::::
anak-anak.Salah satu model skematik dari organ
:::.tifisial adalah pankreas bjoartifisial seperti
-.pada gambar 3.
4
5.
6.
3 langkah: (1) sel penderita (autologus)
dengan prosedur biopsy, kemudian sel diisolasi
:=- ditingkatkanjumlahnya di dalam laboratorium; (2) sel
- :-:nsfer ke dalam suatu struktur pembawa (matriks) yang
hrlm DrrL.e. prtld
L.rndg.rl
Croatia. 2011. Pp. 3-20.
Kagami tt Agata H, kato
R.
Matsuoka
F,
fbio A. Fundamental
hnologicdiJevelopment, rpquired lor m, red*eJ avdrbrlir)
of tissue engineering. In Regenrative medicine and tissue
engineering-cells and biomaterials. Eberli D (Editor). publish
by ln lech. Riieh. CrodtiJ.20t t. fp I 20.
K.rlil-
l]lD. hltp,//nwia.kdr'ephJ.com/rprrl-on
some
stem-cells-and-grow your-own-skin/.Diakses pida tanggal
23 November 2011.
Manson C and Dunhill p. A brief definition of regenerative
medicine.Regen Med 2008;3: 1,5.
National Institute of Health.stem cell basic.http://stemcells.
nih.gov/injo ba\lcs /bd5ic\lO.,lsp. A(ces.ed on Novpmber
23 201r
7.
Nimalanandhan VS and Sittampalam cS. Stem cells in drugs
discovery, tissue engeneering, and regenerative medicin-e:
Emerging opportuniiies and challenges. J Biomol Screen
8.
Park lH, Arora N, Huo H, Maherali N, AMeldt T, Shimamura
A. ct rl: Dise,r.e+pei ific LnduLed pluripotenL.iem cell.. Celt
2o,08: I34i8n 8b.
:- -sipnya melalui
::-rbil
5
November 201:1.
Hui H, Tang I IJu M, Zhao X. Stem cells: general features
and charateristics. In Stem cells in clinic and rcsearch. Gho
lamrezanezhad A (Editor). published by InTech, Rijeka,
2E
te,
yang
"at
rengembangan jaringan bioartifisial ini
secara
Haseltine WA. The emergence o{ regenerative medicine:
a nell ftplLl dnd J ncw.oriei). h p://w.x w {ien.eboard
nel/(ommunit\ /per"pp.h\ c\
-;. -_:) dan kendali; (3) penerapan pengantaran
obat dan
:---^ean jaringan bioartifisial ini untuk menggantikan
:.'::gai kelainan menetap organ organ tubuh.Beberapa
:--:un9an dari jaringan bioartifisial ini adalah: tidak
. ::TUkan penolakan, karena berasal dari jaringan
:,:: cgous; potensi regenerasi darijaringan hidup yang
: -^am pada kasus injuri, operasjatau infeksidikemudian
hepatobjtiary pancreat Sci 2011; 18r 6 12).
berasal darijaringan binatang dengan teknik khusus atau
dari komponen buatan. Di dalam laboratorium, seltumbuh
-:-:i
siem medis untuk menginduksi, memelihara, dan
-:-:ganti fungsi yang hilang yang tidak dapat diganti
S. J
2009; 1.4: 755-768.
t24
Prokop A. Bioartficial organs in the twenty-first century:
nanobiological devices. Ann N Y Acad Sci 20O! 944: 472-90.
10. Sumi S. Regenerative medicine for insulin deficiency: creation
9.
of panueahc isleis and bioat{icial pancreas. J Hepatobiliary
Pancreat Sci 2011;18(1): 612-.
Takahashi K Yamanaka S: Induction of Pluripotent stem
cells from mouse embryonic and adult fibroblast cultures by
d e{ined f acto$. Cell2006i126t 663 -7 6.
Takahashi K, Tanabe K Ohnuki N4 Narita I\4 Ichisaka T, Tomoda K et al: Induction of pluriPotent stem cells frorn adult
human fibroblasts by defined factors. Cell 2007;737:861'-872.
Thomson JA, Itskovitz-Eldor J, Shapiro SS, Waknitz MA,
Swiergiel JJ, Marshall VS, et al: Embryonic stem cell lines
derived from human blastocysts. Science 1998 ;282:7145-7 .
http://www bioartficial-organs.net/
en/home/tissue-enginee ng.htlrn. Diakses padatanggal 28
Tissue Engineeing.
November 2011.
Tsao H. J Wach Dermatol June 13,2008. httP://dermatol-L
ogy.jwatch.o!g/cgi/conterrrt I l'ullI 2008 / 613 / Accessed on
November 23,2011.
16. Ueda M. Pre{ace. In Applied tissue engineering Ueda M (Editor). Published by Intech. Rijek, Croatia. 2011. PP VII-X
15.
DASAR-DASAR TI.MU PENYAKIT DALAM