Stem Sel

Stem Sel

1 Definisi dan Sejarah Stem Sel

Stem  cell adalah sel yang tidak/belum terspesialisasi yang mempunyai 2 sifat:

1.      Kemampuan untuk  berdiferensiasi menjadi sel lain (differentiate). Dalam hal ini stem cell mampu berkembang menjadi berbagai jenis sel matang, misalnya sel saraf, sel otot jantung, sel otot rangka, sel pankreas, dan lain-lain.

2.      Kemampuan untuk memperbaharui atau  meregenerasi dirinya sendiri  (self-regenerate/self-renew). Dalam hal ini stem cell dapat  membuat salinan sel yang persis sama dengan dirinya melalui pembelahan sel.

Pada 1800-an, profesional medis datang untuk mengetahui bahwa beberapa sel dapat menghasilkan sel-sel lain dan di tahun 1900-an, itu bisa membuktikan bahwa sel induk dapat menghasilkan bahkan sel darah. Para ahli sumsum tulang ditransplantasikan ke pasien yang memiliki leukemia. Padahal, hal itu tidak berhasil tetapi termotivasi para ahli untuk membuat transplantasi sumsum tulang berhasil pada manusia. Ini dilakukan di Perancis pada 1950-an.

Jean Dausset mengatakan bahwa protein pada permukaan sel leukosit atau antigen HLA. Dengan bantuan dari antigen HLA, sistem kekebalan tubuh menentukan negara yang sehat sel dan harta benda mereka. Pada tahun 1960, transplantasi sel dilakukan antara saudara kandung. Setelah ini, Undang-Undang Transplantasi Organ Nasional pada tahun 1984 dan National Marrow Donor Program itu dilakukan. Lebih dari 16.000 transplantasi dilakukan selama periode ini, dan itu menemukannya menyembuhkan penyakit seperti immunodeficiencies, hemofilia dan kanker darah atau leukemia.

 2. Jenis-jenis Stem Sel

Berdasarkan Potensi atau Kemampuan Berdiferensiasi

Berdasarkan  kemampuan  berdiferensiasi,  stem cell dibagi menjadi:

1.        Totipotent. Dapat berdiferensiasi menjadi semua jenis sel. Yang termasuk  dalam  stem cell totipotent adalah zigot (telur yang telah dibuahi).

2.        Pluripotent.  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 cells.

3.        Multipotent.  Dapat  berdiferensiasi menjadi banyak jenis sel. Misalnya: hematopoietic stem cells.

4.        Unipotent. Hanya  dapat  menghasilkan 1 jenis  sel. Tapi berbeda dengan  non-stem cell, stem cell unipoten mempunyai sifat dapat memperbaharui atau meregenerasi diri (self-regenerate/self-renew).

Berdasarkan Sumbernya

Stem  cell ditemukan dalam  berbagai  jaringan  tubuh. Berdasarkan sumbernya, stem cell dibagi menjadi:

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

2)      Embryonic stem cell. Diambil dari  inner cell mass dari suatu  blastocyst (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.

3)      Fetus. Fetus dapat diperoleh dari klinik aborsi.

4)      Stem cell darah tali pusat. Diambil dari darah plasenta dan tali pusat segera setelah bayi lahir. Stem cell dari darah tali pusat merupakan  jenis  hematopoietic stem cell, dan ada yang menggolongkan  jenis stem cell  ini ke dalam  adult stem cell.

5)      Adult stem cell. Diambil dari jaringan dewasa, antara lain dari:

a.       Sumsum tulang.

Ada 2 jenis stem cell dari sumsum tulang:

−  hematopoietic stem cell. Selain dari darah  tali pusat dan dari sumsum  tulang,  hematopoietic stem cell dapat diperoleh juga dari darah tepi.

−  stromal stem cell atau disebut juga mesenchymal stem cell.

b.      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.

3 Mekanisme Stem Sel

Stem cell dapat diperoleh melalui teknik transplantasi. Transplantasi stem cell dapat berupa transplantasi autologus, transplantasi alogenik, dan transplantasi singenik.

1.      Transplantasi autologus, yaitu transplantasi menggunakan sel induk pasien sendiri, yang dikumpulkan sebelum pemberian kemoterapi dosis tinggi.

2.      Transplantasi alogenik, yaitu transplantasi menggunakan sel induk dari donor yang cocok, baik dengan hubungan keluarga atau tanpa hubungan keluarga.

3.      Transplantasi singenik, yaitu transplantasi menggunakan sel induk dari saudara kembar identik.

Berdasarkan sumbernya, transplantasi stem cell dapat dibedakan menjadi sebagai berikut.

a)      Transplantasi sel induk dari sumsum tulang (bone marrow transplantation)

Sumsum tulang adalah jaringan spons yang terdapat dalam tulang-tulang besar seperti tulang pinggang, tulang dada, tulang punggung, dan tulang rusuk. Sumsum tulang merupakan sumber yang kaya akan sel induk hematopoietik. Sejak dilakukan pertama kali kira-kira 30 tahun yang lalu, transplantasi sumsum tulang digunakan sebagai bagian dari pengobatan leukemia, limfoma jenis tertentu, dan anemia aplastik. Karena teknik dan angka keberhasilannya semakin meningkat, maka pemakaian transplantasi sumsum tulang sekarang ini semakin meluas. Pada transplantasi ini prosedur yang dilakukan cukup sederhana, yaitu biasanya dalam keadaan teranestesi total. Sumsum tulang (sekitar 600 cc) diambil dari tulang panggul donor dengan bantuan sebuah jarum suntik khusus, kemudian sumsum tulang itu disuntikkan ke dalam vena resipien. Sumsum tulang donor berpindah dan menyatu di dalam tulang resipien dan sel-selnya mulai berproliferasi. Pada akhirnya jika semua berjalan lancar, seluruh sumsum tulang resipien akan tergantikan dengan sumsum tulang yang baru. Namun, prosedur transplantasi sumsum tulang 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 yang diperlukan guna melindungi resipien terhadap infeksi. Transplantasi sumsum tulang memerlukan kecocokan HLA 6/6 atau paling tidak 5/6. Risiko lainnya adalah timbulnya penyakit GvHD, di mana sumsum tulang yang baru menghasilkan sel-sel aktif yang secara imunologi menyerang sel-sel resipien. Selain itu, risiko kontaminasi virus lebih tinggi dan prosedur pencarian donor yang memakan waktu lama.

b)      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 jumlahnya mencukupi untuk suatu transplantasi, biasanya pada donor diberikan granulocyte-colony stimulating factor (G-CSF) untuk 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 lengkap diambil dari donor dan sebuah mesin akan memisahkan darah menjadi komponen-komponennya, secara selektif memisahkan sel induk dan mengembalikan sisa darah ke donor. Transplantasi sel induk darah tepi pertama kali berhasil dilakukan pada tahun 1986. Keuntungan transplantasi sel induk darah tepi adalah lebih mudah didapat. Selain itu, pengambilan sel induk darah tepi tidak menyakitkan dan hanya perlu sekitar 100 cc. Keuntungan lain, sel induk darah tepi lebih mudah tumbuh. Namun, sel induk darah tepi lebih rentan, 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.

c)      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 dalam sumsum tulang.Karena sel induk dari sumsum tulang telah berhasil mengobati pasien-pasien dengan penyakit-penyakit kelainan darah yang mengancam jiwa seperti leukemia dan gangguan-gangguan sistem kekebalan tubuh, maka para peneliti percaya bahwa mereka juga dapat menggunakan sel induk dari darah tali pusat untuk menyelamatkan jiwa pasien mereka. Darah tali pusat mengandung sejumlah sel induk yang bermakna dan memiliki keunggulan di atas transplantasi sel induk dari sumsum tulang atau dari darah tepi bagi pasien-pasien tertentu. Transplantasi sel induk dari darah tali pusat telah mengubah bahan sisa dari proses kelahiran menjadi sebuah sumber yang dapat menyelamatkan jiwa. Transplantasi sel induk darah tali pusat pertama kali dilakukan di Perancis pada penderita anemia Fanconi tahun 1988. Pada tahun 1991, darah tali pusat ditransplantasikan pada penderita Chronic Myelogenous Leukemia. Kedua transplantasi inii berhasil dengan baik. Sampai saat ini telah dilakukan kira-kira 3.000 transplantasi darah tali pusat.

4 Keuntungan dan Kerugian Stem Sel

Keuntungan embryonic stem cell:

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 embryonic stem cell:

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.

Keuntungan  umbilical cord blood stem cell  (stem cell dari darah tali pusat):

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 umbilical cord blood stem cell:

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.

Keuntungan adult stem cell:

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 adult stem cell:

1.      Jumlahnya sedikit, sangat  jarang ditemukan pada  jaringan  matur sehingga sulit mendapatkan  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.

5 Peran Stem Sel dalam Riset

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 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. 

Ada 3 golongan penyakit yang dapat diatasi oleh stem cell: 

a)      Penyakit autoimun. 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.

b)        Penyakit  degeneratif. 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 degeneratif.

c)        Penyakit  keganasan. Prinsip terapi  stem cell pada 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.