Pengertian Stem Cell Dan Manfaatnya Dalam Pengobatan12 May 2015

Pengertian Sel

Sel adalah unit organisasi terkecil yang menjadi dasar kehidupan dalam arti biologis. Orang yang pertama kali menemukan adanya sel adalah Robert Hooke pada tahun 1665. Dia melakukan pengamatan terhadap sayatan gabus dengan mikroskop. Hooke melihat adanya ruangan-ruangan kecil yang menyusun gabus tersebut. Selanjutnya Hooke menemukan adanya sel-sel jaringan lain pada tanaman dan rongga-rongga sel hidup yang dipenuhi cairan dan dikenal sebagai plasma sel. Hal itulah yang kemudian menjadi dasar bahwa sel adalah elemen yang universal dari struktur dan fungsi organik makhluk hidup.

                                        Gambar 1. Sel Hewan dan Sel Tumbuhan

Pengertian Stem Cell

Terapi Stem Cell merupakan suatu terapi yang akhir-akhir ini ramai dibicarakan di dunia kedokteran. Terapi Stem Cell adalah suatu tindakan untuk menggati sel yang rusak, hilang atau kemampuannya berkurang dengan sel induk yang mempunyai kemampuan berubah menjadi sel yang diperlukan. Apa itu Stem Cell? Stem cell diperkenalkan sebagai sel-sel ‘undifferentiated’ karena belum dapat berkembang dan membentuk jaringan atau organ yang lebih spesifik. Sel Punca, sel induk, sel batang (stem cell) merupakan sel yang belum berdiferensiasi dan mempunyai potensi yang sangat tinggi untuk berkembang menjadi banyak jenis sel yang berbeda di dalam tubuh.

Selain membentuk jaringan atau organ yang lebih spesifik, fungsi stem cell adalah sebagai sistem perbaikan untuk mengganti sel-sel tubuh yang telah rusak demi kelangsungan hidup organisme. Saat stem cell terbelah, sel yang baru mempunyai potensi untuk tetap menjadi stem cell atau menjadi sel dari jenis lain dengan fungsi yang lebih khusus, misalnya sel otot, sel darah merah atau sel otak.

       Gambar 2. Sifat atau karakter sel punca

Karakteristik Sel Punca

sel punca memiliki 2 sifat yang khas, yaitu :

1. Differentiate yaitu kemampuan untuk berdifferensiasi atau proses menjadi sel lain yang lebih spesifik. Sel punca mampu berkembang menjadi berbagai jenis sel yang khas (spesifik) misalnya sel syaraf, sel otot rangka, sel otot jantung, sel pankreas.

2. Self regenerate / self renew yaitu kemampuan untuk meregenerasi atau memperbaharui dirinya sendiri. Stem cell mampu membuat salinan sel yang persis sama dengan dirinya melalui pembelahan sel.

Jenis-Jenis Stem Cells

Berdasarkan pada kemampuannya untuk berdifferensiasi sel punca dikelompokkan menjadi :

Totipoten : merupakan sel punca yang dapat berdifferensiasi menjadi semua jenis sel. Yang termasuk sel punca totipoten yaitu zigot dan morula. Sel-sel ini merupakan sel embrionik awal yang mempunyai kemampuan untuk membentuk berbagai jenis sel termasuk sel-sel yang menyusun plasenta dan tali pusat. Oleh sebab itu sel punca pada kelompok ini mempunyai kemampuan untuk membentuk satu individu yang utuh.

                                Gambar 3. Contoh totipoten sel

Pluripotent adalah sel punca yang berdifferensiasi menjadi 3 lapisan germinal (ektoderm, mesoderm, dan endoderm) tetapi tidak dapat menjadi jaringan ekstraembrionik seperti plasenta dan tali pusat. Sel yang termasuk dalam sel punca pluripoten adalah sel punca embrionik (embryonic stem cells).

                               Gambar 4. Pluripoten Stem Cell

Multipotent adalah sel punca yang dapat berdifferensiasi menjadi berbagai jenis sel. Misalnya sel punca hemopoetik (hemopoetic stem cells) pada sumsum tulang yang mempunyai kemampuan berdifferensiasi menjadi berbagai jenis sel yang ada di dalam darah seperti eritrosit (sel darah merah), leukosit (sel darah putih), dan trombosit (keping darah). Namun sel sumsum tulang tidak memproduksi sel-sel jantung. Contoh lainnya adalah pada sel punca saraf (neural stem cell) yang berdifferensiasi menjadi sel saraf dan sel glia.Unipotent adalah sel punca yang memiliki kemampuan reproduksi terbatas dan hanya dapat berdifferensiasi menjadi satu jenis sel. Berbeda dengan non sel punca, sel punca ini masih memiliki sifat dapat memperbaharui atau meregenerasi diri (self-regenerate atau self renew). Sel induk unipotent berasal dari sel induk multipoten dan terbentuk dalam jaringan dewasa. Sel-sel kulit merupakan salah satu contoh yang paling produktif sel induk unipotent. Sel-sel ini harus menjalani pembelahan sel untuk mengganti sel yang rusak. Contoh lainnya adalah erythroid progenitor cells yang hanya mampu berdifferensiasi menjadi sel darah merah.

Gambar 5. Multipoten dan Unipoten Stem Cell

Sumber Sel Punca

Stem cell ditemukan dalam berbagai jaringan tubuh, maka berdasarkan asal selnya sel punca dikelompokkan menjadi seperti berikut :

Embryonic Stem Cell (sel punca embrio)

Sel induk embrionik adalah sel induk yang diambil dari embrio pada fase blastosit yang terdiri dari 50 – 150 sel (berumur 5 – 7 hari setelah pembuahan). Pada saat ini massa sel bagian dalam mengelompok dan mengandung sel-sel induk embrionik. Selanjutnya sel-sel diisolasi dari massa sel bagian dalam dan dikultur secara in vitro di laboratorium. Sel induk embrional dapat diarahkan menjadi semua jenis sel yang dijumpai pada organisme dewasa, seperti sel-sel darah, sel-sel otot, sel-sel hati, sel-sel ginjal, dan sel-sel lainnya.  Embryonic stem cell biasanya didapat dari sisa embrio yang tidak dipakai pada IVF (In Vitro Fertilization). Akan tetapi saat ini telah dikembangkan teknik pengambilan sel induk embrionik yang tidak membahayakan embrio tersebut, sehingga dapat terus hidup dan tumbuh. Untuk masa depan hal ini mungkin dapat mengurangi kontroversi etis terhadap embryonic stem cell.  

Gambar 6. Pembuatan Kultur Sel Induk Embrio

                  Sumber : stemcells.nih.gov

Adult Stem Cell (Sell Induk Dewasa)

Adult Stem Cell adalah sel-sel yang diperoleh dari sel-sel orang dewasa. Sel induk dewasa memiliki dua karakteristik. Karakteristik pertama adalah sel-sel tersebut dapat berfroliferasi (pertumbuhan sel yang cepat untuk menghasilkan jaringan baru) untuk periode yang panjang untuk memperbaharui diri. Karakteristik kedua, sel-sel tersebut dapat berdifferensiasi untuk menghasilkan sel-sel khusus yang mempunyai karakteristik morfologi dan fungsi spesial.

Sel induk dewasa yang biasanya diambil dari sumsum tulang adalah sel induk hematopoietik (hematopoietik stem cell) dan stromal stem cell. stromal stem cel atau biasa disebut mesenchymal stem cell yang berdifferensiasi menjadi berbagai jenis sel seperti : osteosit (sel tulang), khondrosit, dan jaringan pengikat lainnya. Yang kedua adalah sel induk hematopoietik (hematopoietik stem cell)yaitu sel induk pembentuk darah yang mampu membentuk sel darah merah (eritrosit), sel darah putih (leukosit), dan keping darah (trombosit) yang sehat.

Sumber sel induk ini dapat ditransplantasikan dari beberapa organ seperti sumsum tulang, sel darah tepi, dan darah tali pusar.

Gambar 7. Transplantasi Sel Darah Tali Pusar

Transplantasi Stem Cell

Transplantasi sel induk dapat berupa:

1. Transplantasi autologus : yaitu transplantasi yang menggunakan sel induk pasien itu sendiri yang dikumpulkan sebelum pemberian

kemoterapi dosis tinggi.2. Transplantasi alogenik : merupakan transplantasi yang menggunakan sel induk dari pendonor yang cocok, baik dengan hubungan

keluarga atau tanpa hubungan keluarga.3. Transplantasi singenik : merupakan transplantasi yang menggunakan sel induk dari saudara kembar identik.

Jenis-jenis transplantasi sel indukMenurut sumbernya, transplantasi sel induk dapat dibagi menjadi :

Transplantasi sel induk dari sumsum tulang (bone marrow transplantation)

Sumsum tulang merupakan sumber yang kaya dengan sel induk hematopoietik. Sumsum tulang adalah jaringan spons lembut yang terletak di dalam rongga interior tulang panjang seperti tulang pinggang, tulang dada, tulang punggung dan tulang rusuk. Kurang lebih sekitar 30 tahun yang lalu, transplantasi sel induk dari sumsum tulang digunakan sebagai pengobatan leukimia, limfoma jenis tertentu, dan anemia plastik. Pemakaian transplantasi ini semakin meluas seiring dengan angka tingkat keberhasilan dan teknik yang digunakan.Prosedur dari teknik transplantasi ini dibilang sederhana, yaitu biasanya dalam keadaan teranestesi total. Sekitar 600 cc sumsum tulang diambil dari tulang panggul pendonor dengan bantuan sebuah suntikan khusus, kemudian sumsum tulang tersebut disuntikkan ke dalam vena resipien. Sumsum tulang pendonor berpindah dan menyatu di dalam tulang resipien dan sel-selnya mulai berfroliferasi. Dan pada akhirnya sumsum tulang resipien akan digantikan dengan sumsum tulang yang baru. Akan tetapi, prosedur transplantasi ini memiliki kelemahan karena sel darah putih resipien telah dihancurkan oleh terapi radiasi dan kemoterapi. Sumsum tulang yang baru memerlukan waktu sekitar 2 – 3 minggu untuk menghasilkan sejumlah sel darah putih untuk melindungi resipien terhadap infeksi. Resiko lainnya adalah timbulnya penyakit GvHD, dimana sumsum tulang yang baru menghasilkan sel-sel aktif yang secara imunologi menyerang sel-sel resipien. Selain itu, resiko kontaminasi virus lebih tinggi dan prosedur pencarian donor memerlukan waktu yang lama.

Transplantasi sel induk darah tepi (peripheral blood stem cell transplantation)

Seperti halnya sumsum tulang, peredaran darah tepi merupakan sumber sel induk walaupun jumlah sel induk yang dikandung tidak sebanyak pada sumsum tulang. Untuk mendapatkan jumlah sel induk yang mencukupi untuk transplantasi, biasanya pendonor diberikan granulosyte coloni stimulating factor (G-CSF) guna menstimulasi sel induk hematopoietik bergerak dari sumsum tulang ke peredaran darah.Transplantasi ini dilakukan dengan proses yang disebut aferesis. Jika resipien membutuhkan sel induk hematopoietik, pada proses ini darah diambil dari pendonor dan sebuah alat akan memisahkan darah menjadi komponen-komponennya, secara selektif memisahkan sel induk dan mengembalikan sisa darah ke pendonor.Metode transplantasi ini pertama kali berhasil dilakukan pada tahun 1986. Keuntungan transplantasi sel induk darah tepi adalah selain mudah didapat, pengambilan sel induk darah tepi tidak menyakitkan dan hanya membutuhkan sekitar 100 cc. Keuntungan lainnya adalah sel induk darah tepi ini mudah tumbuh. Namun, sel induk ini lebih rentan dan tidak setahan sumsum tulang. Sumsum tulang juga lebih lengkap, selain mengandung sel induk juga ada jaringan penunjang untuk pertumbuhan sel. Karena itu, transplantasi sel induk darah tepi tetap perlu dicampur dengan sumsum tulang.

Transplantasi sel induk darah tali pusat

Pada tahun 1970-an para peneliti menemukan bahwa darah plasenta manusia mengandung sel induk yang sama dengan sel induk yang ditemukan pada sumsum tulang. Karena sel induk dalam sumsum tulang telah berhasil mengobati pasien-pasien dengan penyakit kelainan darah yang mengancam jiwa seperti leukimia dan gangguan sistem kekebalan tubuh, maka para peneliti percaya bahwa mereka dapat menggunakan sel induk darah tali pusat untuk pengobatan. Darah tali pusat mengandung sel induk yang memiliki keunggulan diatas transplantasi sel induk sumsum tulang atau sel induk darah tepi bagi pasien tertentu. Metode transplantasi ini pertama kali digunakan pada tahun 1988 pada penderita anemia fanconi. Pada tahun 1991, darah tali pusat ditransplantasikan pada penderita chronic myelogenous leukimia. Keduanya berhasil dengan baik dan sampai saat ini telah dilakukan sekitar 3000 transplantasi sel darah tali pusat.

Gigi Susu

Saat ini peneliti sedang mempelajari bagaimana stem cell dari gigi susu ini dapat digunakan untuk mengobati sejumlah penyakit, termasuk diabetes, cedera tulang belakang, stroke, dan masalah pada organ hati. Prosedur dari teknik ini yaitu gigi susu bagian depan yang sudah goyah kemudian dicabut. Lalu pulpa gigi dari gigi susu ini dikumpulkan, dibekukan dan disimpan selama 30 tahun atau lebih sampai nanti dibutuhkan. Ternyata pulpa gigi ini dapat mengobati penyakit dan hasil ekstraksi menemukan gigi susu ini bisa menjadi sumber stem cell yang baik.

Pemanfaatan Sel Punca dalam Bio Teknologi

Pemanfaatan stem cell dalam riset

Terapi Gen

Hematopoietic stem cell digunakan sebagai alat pembawa transgen ke dalam tubuh pasien dan selanjutnya dapat diteliti apakah stem cell ini berhasil mengekspresikan gen tertentu didalam tubuh pasien. Karena stem cell mempunyai sifat dapat memperbaharui dirinya sendiri (self-renewing), maka pemberian terapi gen tidak perlu dilakukan berulang-ulang, selain itu hematopoietic stem cell juga dapat berdifferensiasi

menjadi bermacam-macam sel, sehingga transgen itu dapat menetap pada berbagai macam sel.

Mengetahui proses biologis, yaitu perkembangan organisme dan perkembangan kanker. Melalui stem cell dapat dipelajari nasib sel, baik sel normal ataupun sel kanker.Terapi sel (cell based therapy)

Stem cell dapat hidup diluar tubuh manusia, misalnya di cawan petri. Sifat ini dapat digunakan untuk melakukan manipulasi pada stem cells yang akan ditransplantasikan ke dalam organ tubuh untuk menangani penyakit-penyakit tertentu tanpa mengganggu organ tubuh.

Beberapa hal mengapa sel punca merupakan sel yang bagus dalam terapi sel :

i. Sel punca atau stem cell dapat diperoleh dari pasien itu sendiri. Transplantasi dapat bersifat autolog sehingga menghindari potensi rejeksi. Berbeda dengan transplantasi organ yang membutuhkan organ yang sesuai, transplantasi stem cell dapat dilakukan tanpa organ donor yang sesuai.

ii. Mudah dimanipulasi untuk mengganti gen yang sudah tidak berfungsi melalui transfer gen.iii. Mempunyai kapasitas poliferasi yang besar sehingga dapat diperoleh sel dalam jumlah yang besar dari sumber yang terbatas.iv. Dapat bermigrasi ke jaringan target dan dapat berintegrasi ke dalam jaringan serta berinteraksi dengan jaringan di sekitarnya.

 Penemuan dan pengembangan obat baru, untuk mengetahui efek obat terhadap berbagai jaringan.

Penggunaan stem cell dalam pengobatan penyakit

Ilmuwan bioteknologi kini tengah mengembangkan pemanfaatan sel punca (stem cell) sebagai salah satu cara untuk mengobati berbagai penyakit yang dianggap tidak mudah untuk disembuhkan, seperti stroke, penyakit jantung, diabetes, dan lain sebagainya. Dr. Arief Budi Witarto, peneliti bioteknologi dari LIPI mengatakan, pemanfaatan stem cell dalam pengobatan klinis sangat memungkinkan, karena teknologi ini memiliki kemampuan untuk merubah dan menggantikan sel-sel spesifik yang rusak menjadi berbagai jenis sel yang dibutuhkan sehingga dapat berfungsi menggantikan sel yang rusak.

Penggunaan sel punca pada penyakit stroke

Pada pengobatan penyakit stroke dicoba untuk menggunakan sel punca mesenkim (mesenchymal stem cell) dari sumsum tulang autolog. Mesenchymal stem cells diperoleh dari aspirasi sumsum tulang. Setelah disuntikkan perifer MSC akan melintas sawar darah otak pada deaerah otak yang rusak. Pemberian MSC intravenous akan mengurangi terjadinya apoptosis dan menyebabkan proliferasi sel endogen setelah terjadinya stroke. 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 Barthel Index dan Modified Rankin Scale.

Penggunaan sel punca dalam pengobatan diabetes

Pada penyakit diabetes, terjadi kekurangan insulin atau kurangnya kepekaan terhadap insulin. Dalam hal ini transplantasi sel pulau Langerhans diharapkan dapat memenuhi kebutuhan insulin. Pada awalnya, kurang lebih 10 tahun yang lalu, hanya 8 % transplantasi sel pulau langerhans yang berhasil. Hal ini terjadi karena reaksi penolakannya besar sehingga diperlukan sejumlah steroid. Padahal semakin besar steroid yang dibutuhkan, semakin besar pulal kebutuhan metabolik pada sel penghasil insulin. Namun, penelitian yang dilakukan James Shapiro dkk. di Kanada, berhasil membuat protokol transplantasi sel pulau langerhans dalam jumlah besar dengan metode imunosupresi yang berbeda dengan 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. Banyak penelitian yang sudah dilakukan untuk penyakit diabetes ini mengambil sumber stem cell dari fetus, kadaver, dan dari embrionik stem cell. Masih dibutuhkan penelitian kembali untuk menemukan cara membuat kondisi yang optimal dalam produksi insulin, sehingga dapat menggantikan injeksi insulin secara permanen.

Penggunaan sel punca untuk penyakit jantung

Jantung memiliki otot-otot dan agar hidup, organ tersebut memerlukan darah. Hal ini karena di dalam darah terdapat makanan dan darah tersebut disalurkan melalui pipa-pipa koroner. Dr. Yudi her Oktaviono, Sp.JP(K) menjelaskan bahwa penyakit jantung koroner itu disebabkan adanya sumbatan di pipa-pipa koroner tersebut. Menurutnya kalau pada pipa-pipa koroner tersebut ada yang tersumbat, otot jantung akan kering.

Pada resipien dimasukkan stem cell ke otot-otot yang kering supaya dapat tumbuh kembali. Kemudian, dr. Yudi juga mengatakan bahwa ada juga penelitian yang memasukkan stem cell ke pembuluh darah koroner. Hal tersebut bertujuan jika ada darah yang tersumbat, maka dengan stem cell dibentuk pembuluh darah yang baru.

Penggunaan sel punca untuk skin replacement

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, sehinnga menghindari masalah penolakan. Pemakaian skin replacement ini bermanfaat pada terapi ulkus vena maupun luka bakar.

Penggunaan sel punca dalam penyakit parkinson

Pada penyakit parkinson, didapatkan kematian neuron-neuron nigra-striatal yang merupakan neuron dopaminergik. Dopamin merupakan neurotransmitter 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. Pada 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 melakukan transplantasi ini kambuh setelah dosis levodopa dikurangi atau dihentikan.

Penggunaan sel punca dalam pengobatan HIV

Pengobatan HIV/AIDS ditemukan tidak sengaja dalam pengobatan penyakit leukimia dengan sistem stem sel. Dimana HIV/AIDS menyerang sistem kekebalan tubuh sehingga tubuh menjadi rentan terhadap gangguan virus atau penyakit. Dengan sel punca maka sel-sel yang mengalami degradasi akan tergantikan sehingga kekebalan tubuh pengidap akan berangsur pulih. Namun setelah itu terjadi mutasi gen yang mengakibatkan sel darah menjadi resisten terhadap virus HIV.

Mutasi tersebut terjadi pada reseptor yang dikenal sebagai CCR5, yang secara normal ditemukan pada permukaan T cell – sel pada sistem kekebalan tubuh yang diserang virus HIV. Gen yang telah bermutasi tersebut dikenal sebagai CCR5 delta 32, dan ditemukan pada 1% - 3% populasi orang kulit putih di Eropa.

Virus HIV menggunakan CCR5 sebagai co-reseptor untuk merusak sistem kekebalan tubuh. Sejak CCR5 bermutasi menjadi CCR5 delta 32, virus HIV tidak lagi mampu menyerang sel sehingga terjadi kekebalan tubuh alami pada orang yang mengalami mutasi gen