Ilmuwan Temukan "Lem Seluler" untuk Regenerasi Jaringan

Para peneliti telah merekayasa molekul yang bertindak seperti "lem seluler". Penemuan ini merupakan langkah besar menuju pembangunan jaringan dan organ, tujuan pengobatan regeneratif yang telah lama dicari.

Para peneliti di UC San Francisco (UCSF) telah merekayasa molekul yang bertindak seperti "lem seluler". Temuan ini memungkinkan mereka untuk memahami secara tepat bagaimana sel saling terikat serta merupakan langkah besar menuju pembangunan jaringan dan organ, tujuan pengobatan regeneratif yang telah lama dicari.

Molekul perekat ditemukan secara alami di seluruh tubuh, menyatukan puluhan triliun selnya dalam pola yang sangat teratur. Mereka membentuk struktur, membuat sirkuit saraf, dan memandu sel kekebalan ke targetnya. Perekat seluler ini pun memfasilitasi komunikasi antar sel untuk menjaga fungsi tubuh sebagai keseluruhan yang mengatur diri sendiri.

Dalam sebuah studi baru, yang diterbitkan dalam Nature edisi 12 Desember 2022, para peneliti merekayasa sel yang mengandung molekul adhesi khusus yang terikat dengan sel pasangan tertentu dengan cara yang dapat diprediksi untuk membentuk ansambel multiseluler yang kompleks.

"Kami dapat merekayasa sel dengan cara yang memungkinkan kami untuk mengontrol sel mana yang berinteraksi dengannya, dan juga untuk mengontrol sifat interaksi itu," kata penulis senior Wendell Lim PhD, profesor bidang Farmakologi Seluler dan Molekuler Byers dan direktur Institut Desain Sel UCSF. "Temuan ini membuka pintu untuk membangun struktur baru seperti jaringan dan organ," imbuh dia.

Jaringan dan organ tubuh mulai terbentuk di dalam rahim dan terus berkembang hingga masa kanak-kanak. Saat dewasa, banyak instruksi molekuler yang memandu proses generatif ini telah hilang, dan beberapa jaringan, seperti saraf, tidak dapat sembuh dari cedera atau penyakit.

Lim berharap temuannya ini dapat mengatasi hal ini dengan merekayasa sel dewasa untuk membuat sambungan baru. Tetapi melakukan ini membutuhkan kemampuan untuk merekayasa dengan tepat bagaimana sel berinteraksi satu sama lain.

"Sifat jaringan, seperti kulit Anda misalnya, sebagian besar ditentukan oleh bagaimana sel-sel berbeda diatur di dalamnya," kata Adam Stevens, PhD, peneliti di Cell Design Institute dan penulis pertama makalah ini. "Kami sedang merancang cara untuk mengendalikan organisasi sel ini dan yang terpenting untuk dapat mensintesis jaringan dengan sifat yang kami inginkan," ucap dia.

Banyak hal yang membuat jaringan tertentu berbeda adalah seberapa erat sel-selnya terikat satu sama lain. Misalnya dalam organ padat seperti paru-paru atau hati, banyak sel yang akan terikat cukup erat.

Tetapi dalam sistem kekebalan, ikatan yang lebih lemah memungkinkan sel mengalir melalui pembuluh darah atau merangkak di antara sel kulit atau jaringan organ yang terikat erat untuk mencapai patogen atau luka.

Untuk mengarahkan kualitas ikatan sel itu, para peneliti merancang molekul perekat mereka dalam dua bagian. Salah satu bagian molekul bertindak sebagai reseptor di bagian luar sel dan menentukan sel lain mana yang akan berinteraksi dengannya. Bagian kedua, di dalam sel, menyelaraskan kekuatan ikatan yang terbentuk.

Kedua bagian dapat dicampur dan dicocokkan dengan cara modular, membuat susunan sel yang disesuaikan yang terikat dengan cara yang berbeda di seluruh spektrum jenis sel.

Aplikasi Lain

Stevens mengatakan penemuan ini juga memiliki aplikasi lain. Misalnya, peneliti dapat merancang jaringan untuk memodelkan keadaan penyakit agar lebih mudah mempelajarinya di jaringan manusia.

Adhesi sel adalah perkembangan kunci dalam evolusi hewan dan organisme multisel lainnya, dan molekul adhesi khusus dapat menawarkan pemahaman yang lebih dalam tentang bagaimana jalur dari organisme tunggal ke multisel dimulai.

"Sangat menarik bahwa kami sekarang memahami lebih banyak tentang bagaimana evolusi mungkin mulai membangun tubuh," kata Stevens.

"Pekerjaan kami mengungkapkan kode adhesi molekuler fleksibel yang menentukan sel mana yang akan berinteraksi, dan dengan cara apa. Sekarang setelah kami mulai memahaminya, kami dapat memanfaatkan kode ini untuk mengarahkan bagaimana sel berkumpul menjadi jaringan dan organ. Alat ini bisa jadi benar-benar transformatif," imbuh dia. I-1

Regenerasi Bagi Pengobatan Manusia

Dalam artikel yang dipublikasikan di Nature pada 2019, Ken Muneoka, profesor Fakultas Kedokteran Hewan & Ilmu Biomedis (CVMBS) Universitas Texas A&M, membuktikan kemungkinan regenerasi sendi pada mamalia untuk pertama kalinya.

Timnya telah mempertanyakan gagasan lama tentang ilmu yang mendasari subjek, kali ini dalam kaitannya dengan bagaimana mamalia dapat meregenerasi bagian tubuh yang rusak.

Hanya beberapa organ, seperti hati, dan jaringan tertentu, seperti epidermis, lapisan atas kulit, yang dapat beregenerasi secara alami pada manusia.

Spesies lain, terutama salamander, memiliki kemampuan untuk meregenerasi bagian kompleks termasuk tulang, persendian, dan bahkan seluruh anggota tubuh. Akibatnya, selama lebih dari 200 tahun, para peneliti telah mempelajari hewan-hewan ini untuk mencoba memahami proses di balik regenerasi anggota tubuh dengan harapan suatu hari dapat menerjemahkan prinsip-prinsip tersebut untuk memicu regenerasi yang lebih komprehensif pada manusia.

Karena penelitian ini, sekarang diterima secara luas bahwa keberadaan saraf adalah satu-satunya faktor terpenting dalam regenerasi anggota tubuh.

Menurut dua penelitian terbaru Muneoka, meskipun mungkin benar untuk salamander dan spesies lain, tidak demikian halnya dengan mamalia. Penelitian pertama, yang dirilis pada tahun 2021 di Journal of Bone and Mineral Research membuktikan bahwa mamalia membutuhkan beban mekanis, atau kemampuan untuk mengerahkan tenaga pada atau dengan lokasi yang terpengaruh. Studi kedua, yang baru-baru ini diterbitkan dalam Developmental Biology, membuktikan bahwa regenerasi tidak terhalang oleh kekurangan saraf.

Bersama-sama, temuan ini menghadirkan perubahan yang cukup besar dalam pemikiran tentang bagaimana regenerasi dapat bekerja dalam pengobatan manusia.

"Apa yang ditunjukkan oleh kedua penelitian ini bertentangan dengan dogma berusia dua abad bahwa Anda perlu saraf untuk beregenerasi," kata Muneoka. "Apa yang menggantikannya pada mamalia adalah Anda membutuhkan beban mekanis, bukan saraf," papar dia.

Sebelumnya para ilmuwan percaya bahwa dua hal harus ada di daerah yang terkena dampak untuk mendorong regenerasi pada mamalia. Yang pertama adalah faktor pertumbuhan, yaitu molekul yang dapat merangsang sel untuk menumbuhkan kembali dan merekonstruksi bagian tubuh.

Dalam regenerasi alami, faktor-faktor pertumbuhan ini, yang bervariasi dari satu spesies ke spesies lainnya dan berdasarkan area yang diregenerasi, diproduksi oleh tubuh.

Untuk regenerasi yang disebabkan oleh manusia, faktor pertumbuhan ini harus diperkenalkan ke daerah tersebut.

Faktor kedua yang diyakini perlu adalah saraf. Keyakinan ini didasarkan oleh banyak studi regenerasi mamalia yang diinduksi manusia sebelumnya di daerah, biasanya ujung jari, tanpa saraf, di mana seluruh anggota badan juga tidak dapat digunakan lagi.

Studi-studi tersebut akan memiliki hasil yang diprediksi dan ketika faktor pertumbuhan diperkenalkan, regenerasi tidak terjadi, sehingga mengarah pada kesimpulan bahwa, seperti pada spesies lain, saraf merupakan persyaratan untuk regenerasi.

Saraf amat diperlukan untuk regenerasi pada mamalia karena regenerasi anggota tubuh tak akan berguna jika orang tersebut tidak dapat merasakan atau mengendalikan anggota tubuhnya karena tidak memiliki saraf.

Dari sudut pandang Muneoka, pergeserannya adalah bahwa alih-alih menganggap saraf sebagai syarat regenerasi, saraf adalah bagian dari apa yang perlu diregenerasi. Oleh karena itu hasil penelitian berikutnya harus fokus pada menciptakan kembali faktor pertumbuhan yang dihasilkan saraf, yang memungkinkan para peneliti memulai regenerasi pada salamander, bahkan jika saraf tidak ada.

Akhir dari jalan menuju regenerasi manusia sepenuhnya mungkin masih jauh di masa depan, tetapi perubahan mendasar dalam pemikiran semacam ini merupakan penanda utama di jalan itu.

"Regenerasi anggota tubuh manusia mungkin masih fiksi ilmiah, tapi kami tahu beberapa fakta tentang itu, dan sekarang kami tahu Anda harus memiliki beban mekanis bersama dengan faktor pertumbuhan," kata Larry Suva, kepala Departemen Fisiologi & Farmakologi Veteriner (VTPP) CVMBS.

"Masih ada sejumlah masalah rumit yang harus dipecahkan sebelum regenerasi seluruh anggota tubuh manusia dimungkinkan, tetapi temuan Dr Muneoka merupakan langkah penting selanjutnya untuk memastikan kita memecahkan masalah yang tepat," imbuh Suva. I-1