Teknologi Sel Punca Digunakan untuk Terapi Penyakit Penurunan Fungsi Otak

Sebuah penelitian terbaru berhasil mencapai terobosan dengan menghasilkan neuron paling matang (most mature neurons). Neuron yang dihasilkan dari sel punca pluripoten terinduksi ini membuka jalan terapi transplantasi neuron pada cedera traumatis dan neurodegeneratif seperti Parkinson, Alzheimer, atau multiple sclerosis.

Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh Universitas Northwestern, Amerika Serikat telah mencapai terobosan dengan menghasilkan neuron paling matang (most mature neurons) hingga saat ini. Neuron tersebut dihasilkan dari sel punca pluripoten terinduksi (induced pluripotent stem cells/iPSCs).

Kemampuan memproduksi ini merupakan kemajuan dalam membuka jalan baru untuk penelitian medis. Selain itu kemungkinan dapat digunakan untuk terapi transplantasi neuron pada beberapa kondisi seperti penyakit neurodegeneratif dan cedera traumatis.

Neuron sendiri diartikan unit dasar otak dan sistem saraf, sel yang berfungsi dalam menerima input sensorik dari dunia luar. Selanjutnya mengirimkan perintah motorik ke otot, dan untuk mengubah dan menyampaikan sinyal listrik di setiap langkah.

Dalam upaya memproduksi neuron sebelumnya dengan mengubah sel punca menjadi neuron belum menghasilkan neuron yang belum matang secara fungsional yang mirip dengan yang ada pada tahap awal perkembangan.

Pematangan terbatas yang dicapai melalui metode kultur sel induk saat ini membatasi potensi mereka untuk mempelajari degenerasi saraf.

Dalam studi yang diterbitkan dalam jurnal Stem Cell, tim peneliti menciptakan neuron matang, dengan menggunakan "molekul menari," (dancing molecules), sebuah teknik terobosan yang diperkenalkan tahun lalu oleh profesor Universitas Northwestern, Samuel I Stupp.

Tim pertama-tama membedakan iPSC manusia menjadi neuron motorik dan kortikal. Kemudian menempatkannya pada lapisan serat nano sintetik yang mengandung molekul menari yang bergerak cepat.

Tidak hanya neuron yang diperkaya lebih matang, tetapi mereka juga menunjukkan peningkatan kemampuan pensinyalan dan kemampuan percabangan yang lebih besar. Hal ini diperlukan neuron untuk melakukan kontak sinaptik satu sama lain.

Tidak seperti neuron yang berasal dari sel punca biasa yang cenderung menggumpal, neuron ini tidak menyatu, membuatnya kurang sulit untuk dipertahankan.

Dengan pengembangan lebih lanjut, para peneliti percaya neuron dewasa ini dapat ditransplantasikan ke pasien sebagai terapi yang menjanjikan untuk cedera tulang belakang serta penyakit neurodegeneratif, seperti amyotrophic lateral sclerosis (ALS), penyakit Parkinson, penyakit Alzheimer, atau multiple sclerosis.

Neuron yang matang juga menghadirkan peluang baru untuk mempelajari penyakit neurodegeneratif seperti ALS dan penyakit terkait usia lainnya dalam model in vitro berbasis culture dish. Dengan memajukan usia neuron dalam kultur seluler, peneliti dapat meningkatkan eksperimen untuk lebih memahami penyakit yang muncul belakangan.

"Ini adalah pertama kalinya kami dapat memicu pematangan fungsional tingkat lanjut dari neuron yang diturunkan iPSC manusia dengan melapisinya pada matriks sintetis," kata tim peneliti dari Universitas Northwestern, Evangelos Kiskinis.

Hal itu penting karena ada banyak aplikasi yang mengharuskan peneliti menggunakan populasi neuron yang dimurnikan. Sebagian besar laboratorium berbasis sel punca menggunakan neuron tikus atau tikus yang dikultur bersama dengan neuron yang berasal dari sel punca manusia.

"Tapi itu tidak memungkinkan para ilmuwan untuk menyelidiki apa yang terjadi pada neuron manusia karena Anda akhirnya bekerja dengan campuran sel tikus dan manusia," papar Kiskinis, asisten profesor neurologi dan ilmu saraf di Universitas Northwestern.

Ia menerangkan, ketika seseorang memiliki iPSC yang berhasil diubah menjadi neuron, itu akan menjadi neuron muda. Tapi, agar berguna dalam arti terapeutik, maka membutuhkan neuron yang matang. Kalau tidak, itu seperti meminta bayi untuk menjalankan fungsi yang membutuhkan manusia dewasa.

"Kami telah mengkonfirmasi bahwa neuron yang dilapisi dengan serat nano kami mencapai kematangan yang lebih tinggi daripada metode lain, dan neuron yang matang lebih mampu membangun koneksi sinaptik yang mendasar bagi fungsi saraf," ujar dia.

Gunakan Serat Nano

Untuk mengembangkan neuron yang matang, para peneliti menggunakan serat nano yang terdiri dari molekul menari, bahan yang dikembangkan laboratorium Stupp sebagai pengobatan potensial untuk cedera tulang belakang akut.

Dalam penelitian sebelumnya yang diterbitkan dalam jurnal Science, Stupp menemukan cara menyetel gerakan molekul, sehingga mereka dapat menemukan dan berinteraksi dengan benar dengan reseptor seluler yang terus bergerak.

Dengan meniru gerakan molekul biologis, bahan sintetik dapat berkomunikasi dengan sel. Inovasi utama penelitian Stupp adalah menemukan cara mengendalikan gerakan kolektif lebih dari 100.000 molekul di dalam serat nano. Karena reseptor seluler dalam tubuh manusia dapat bergerak dengan kecepatan tinggi terkadang dalam rentang waktu milidetik mereka menjadi target bergerak yang sulit dijangkau.

"Bayangkan membagi satu detik menjadi 1.000 periode waktu," kata Stupp. "Itulah seberapa cepat reseptor bisa bergerak. Skala waktu ini sangat cepat sehingga sulit untuk dipahami," ungkap dia.

Dalam studi baru, Stupp dan Kiskinis menemukan bahwa serat nano yang disetel untuk mengandung molekul dengan gerakan paling banyak menghasilkan neuron yang paling ditingkatkan. Dengan kata lain, neuron yang dibiakkan pada pelapis dengan karakter lebih dinamis.

Pada dasarnya perancah (scaffolding) yang lebih dinamis ini terdiri dari banyak serat nano juga merupakan neuron yang menjadi paling matang, paling tidak mungkin untuk berkumpul, dan memiliki kemampuan pensinyalan yang lebih intens.

"Alasan kami berpikir ini berhasil adalah karena reseptor bergerak sangat cepat pada membran sel dan molekul pensinyalan perancah kami juga bergerak sangat cepat," kata Stupp. "Mereka lebih cenderung disinkronkan. Jika dua penari tidak sinkron, maka pairing tidak berhasil. Reseptor menjadi aktif oleh sinyal melalui pertemuan spasial yang sangat spesifik. Mungkin juga molekul kita yang bergerak cepat meningkatkan gerakan reseptor, yang pada gilirannya membantu mengelompokkannya untuk mendapatkan manfaat pensinyalan," pungkas dia. hay/I-1