Apa Struktur Sel Punca?

Saat Anda membaca ini, para peneliti di seluruh dunia berada di bangku lab mereka, mencari tahu bagaimana suatu hari nanti menumbuhkan jaringan dan organ baru dari sel tunggal. Jika Anda berpikir itu terdengar seperti sesuatu yang keluar dari film fiksi ilmiah, Anda tidak sendirian. Namun penelitian ini dapat menghasilkan terobosan ilmiah yang mengubah cara para profesional medis mengobati berbagai macam penyakit manusia di dunia nyata.

Tujuan akhir dari penelitian ini mungkin luas, tetapi subjek penelitiannya sangat kecil sehingga Anda bahkan tidak dapat melihatnya dengan mata telanjang. subjeknya adalah sel induk. Berkat karakteristik uniknya, sel-sel luar biasa ini memiliki potensi untuk mengubah masa depan sains dan kedokteran.
Baca lebih lanjut tentang keuntungan dan kerugian penelitian sel punca.

Anda tahu bahwa reproduksi seksual membutuhkan sel sperma dan sel telur untuk bersatu dan membentuk zigot melalui fertilisasi. Sel eukariotik tunggal ini mengandung informasi genetik yang lengkap dan memiliki potensi untuk membelah menjadi organisme multiseluler yang kompleks seperti Anda.

Tapi pernahkah Anda bertanya-tanya bagaimana sel tunggal itu bisa membelah menjadi triliunan dan triliunan sel dalam tubuh manusia? Dan bagaimana mungkin hanya satu sel yang menghasilkan begitu banyak jenis sel yang berbeda – baik sel kulit maupun sel otak, misalnya?

Saat zigot mulai membelah (sebelum ditanam di rahim), sel-sel yang dihasilkan sebenarnya adalah sel punca. Para ilmuwan mengatakan sel-sel fleksibel ini adalah keduanya proliferatif dan berpotensi majemuk. Ini berarti sel-sel siap membelah untuk menghasilkan lebih banyak sel – dan mereka dapat berkembang menjadi semua jenis sel khusus melalui sel punca diferensiasi.
Baca lebih lanjut tentang penjelasan spesialisasi sel.

Sepintas, bagian-bagian dari sel punca tampak tidak terlalu istimewa di permukaan. Seperti semua sel dalam tubuh manusia, semua sel punca memiliki beberapa struktur yang sama. Ini termasuk:

• SEBUAH membran sel, yang merupakan lapisan ganda lipid yang mengelilingi sel yang memungkinkan beberapa bahan masuk ke dalam sel dan menahan yang lain keluar.
  
• sitoplasma, yang merupakan kaldu cair di dalam sel.
  
• SEBUAH inti, yang berisi semua informasi genetik sel yang disimpan sebagai DNA.

Antara pembuahan di tuba falopi dan implantasi di rahim, embrio akan berubah dari selembar sel induk sederhana menjadi kelompok sel yang terorganisir – disebut gastrula – dengan tiga lapisan kuman. Ini pada akhirnya akan memunculkan semua banyak jenis sel, jaringan dan organ yang terdiri dari janin manusia yang utuh (walaupun masih sangat kecil).

Lapisan terluar, yang disebut ektoderm, menimbulkan sel-sel kulit dan jaringan sistem saraf. Lapisan tengah, atau mesoderm, menghasilkan sel darah, jaringan ikat, sel otot dan jaringan plasenta yang membuat janin tetap hidup dalam kandungan. Lapisan dalam, yang disebut endoderm, menciptakan lapisan usus, paru-paru dan saluran urogenital.

Berkat pluripotensi, sel punca dapat berdiferensiasi dan menjadi salah satu dari jenis sel ini setelah implantasi. Sel punca yang terkait dengan perkembangan normal embrio ini adalah salah satu dari tiga jenis sel punca yang digunakan oleh para ilmuwan. Peneliti menyebutnya sel induk embrionik manusia human, atau hESC.

Sel induk embrionik yang digunakan oleh para ilmuwan tidak pernah berasal dari pembuahan tradisional di dalam saluran tuba manusia yang sebenarnya. Sebagai gantinya, para ilmuwan membuatnya dalam tabung reaksi menggunakan in vitro fertilisasi (bayi tabung). Sel induk embrionik ini umumnya berakhir di laboratorium penelitian setelah orang yang menggunakan IVF untuk membuat keluarga menyelesaikan proses dan menyumbangkan embrio beku ekstra untuk sains (daripada menghancurkannya).

Bagi peneliti, ada manfaat tertentu menggunakan sel punca embrio dibandingkan dengan sel punca jenis lain. Sel induk embrionik cukup mudah didapat dan mudah tumbuh dalam kultur. Yang paling penting, sel induk embrionik benar-benar papan tulis kosong yang pada dasarnya dapat memunculkan semua jenis sel pada diferensiasi sel induk.

Sama seperti yang dilakukan sel setelah implantasi di rahim yang hidup, sel induk embrionik di laboratorium secara alami menggumpal menjadi tubuh embrioid dan mulai berdiferensiasi menjadi sel-sel khusus. Para ilmuwan yang menumbuhkan sel induk embrionik dalam kultur harus menjaga kondisi khusus dalam media tumbuh agar hal ini tidak terjadi.

Dengan membiarkan sel induk berkembang biak tanpa membedakan, para ilmuwan menciptakan garis sel induk embrionik. Para ilmuwan kemudian dapat membekukan garis sel ini dan mengirimkannya ke laboratorium lain untuk proyek penelitian atau kultur lebih lanjut. Untuk memenuhi syarat sebagai garis sel, sel induk embrionik harus:

• Tumbuh tidak berdiferensiasi dalam kultur sel setidaknya selama enam bulan.
• Bersifat pluripoten, atau mampu berdiferensiasi menjadi semua jenis sel.
• Tidak memiliki kelainan genetik.

Ketika peneliti siap untuk sel-sel dalam garis sel induk embrionik untuk menjadi jenis sel tertentu, seperti untuk sel tertentu proyek penelitian, mereka hanya mengubah media kultur atau menyuntikkan gen tertentu ke dalam sel induk untuk memicu sel induk diferensiasi.

Ternyata banyak jaringan dewasa dalam tubuh manusia yang telah berkembang sempurna bergantung pada beberapa sel yang tidak berdiferensiasi selama hari hujan. Ini sel induk dewasa – kadang dipanggil somatik sel induk – aktif ketika tubuh membutuhkan sel baru. Ini terjadi untuk menjelaskan pergantian dan pertumbuhan sel normal dan juga untuk memperbaiki jaringan setelah cedera atau penyakit.

Para ilmuwan telah menemukan sel punca dewasa di berbagai organ dan jaringan, seperti:

• Pembuluh darah.
• Sumsum tulang.
• Otak.
• Usus.
• Jantung.
• Hati.
• ovarium.
• Darah perifer.
• Otot rangka.
• gigi.
• Testis.

Sel induk dewasa umumnya ditemukan di daerah tertentu, yang disebut relung sel induk. Tidak seperti sel induk embrionik, yang dapat berdiferensiasi menjadi semua jenis sel sama sekali, diferensiasi sel induk dewasa terbatas dan spesifik jaringan. Ini berarti sel punca dewasa biasanya berdiferensiasi menjadi hanya jenis sel yang terkait dengan jaringan tempat mereka berada.

Misalnya, sel punca dewasa di otak hanya akan menjadi sel saraf atau sel otak non-saraf. Berikut adalah beberapa sel punca dewasa terkenal lainnya dan jenis sel khusus mereka:

• Sel punca hematopoietik ditemukan di sumsum tulang dan menimbulkan sel darah, termasuk sel darah merah dan sel sistem kekebalan.
• Sel punca mesenkimal ditemukan di sumsum tulang (dan beberapa jaringan lain) dan menimbulkan sel-sel tulang, sel-sel tulang rawan, sel-sel lemak dan sel-sel stroma.
• Sel induk epitel ditemukan jauh di dalam lapisan usus dan menimbulkan menyerap sel, gelas minum berkaki sel, enteroendokrin sel dan Paneth sel.
• Sel induk kulit ditemukan di lapisan basal kulit dan menimbulkan keratinosit yang membuat lapisan pelindung pada permukaan kulit.

Para ilmuwan telah mengamati dalam percobaan bahwa beberapa sel induk dewasa berdiferensiasi menjadi sel-sel khusus selain jenis sel yang diharapkan, yang mirip dengan pluripotensi yang berharga dari sel induk embrionik. Namun, ini transdiferensiasi jarang terjadi dan hanya mempengaruhi segmen kecil sel punca jika memang terjadi. Para peneliti tidak yakin apakah itu terjadi sama sekali pada manusia.

Sel induk dewasa memiliki beberapa kelemahan bagi para ilmuwan. Mereka jarang dan sulit tumbuh di laboratorium. Mereka juga memiliki batasan seberapa banyak mereka dapat membelah dan menjadi jenis sel apa mereka. Namun, sel induk dewasa memiliki satu keuntungan berbeda: Mereka mungkin cenderung tidak memicu penolakan kekebalan karena mereka dapat diambil dari tubuh pasien sendiri.

Pada tahun 2006, para peneliti menemukan satu lagi jenis sel induk: sel punca pluripoten yang diinduksi, atau iPSC. Ini adalah sel induk dewasa yang diprogram ulang oleh para ilmuwan untuk bertindak lebih seperti sel induk embrionik. Namun, belum jelas apakah ada perbedaan klinis yang berarti antara sel punca pluripoten terinduksi dan sel punca embrionik. Para ilmuwan sudah menggunakan iPSC untuk pekerjaan penting, seperti pengembangan obat dan pemodelan penyakit manusia untuk tujuan penelitian.

Ada rintangan teknis yang harus diatasi sebelum peneliti dapat menggunakan sel induk berpotensi majemuk yang diinduksi ini untuk aplikasi yang lebih langsung. Selain memastikan bahwa sel punca ini pada dasarnya tidak berbeda dengan sel punca embrionik sel, peneliti harus merancang teknik baru untuk membuat sel induk berpotensi majemuk yang diinduksi pada awalnya tempat. Metode saat ini menggunakan virus sebagai kendaraan untuk pemrograman ulang, yang telah menunjukkan efek samping yang serius, seperti kanker, dalam penelitian pada hewan.

Selain menyaring obat baru untuk industri farmasi dan berfungsi sebagai model penyakit untuk proyek penelitian, para ilmuwan percaya bahwa sel punca dapat membuat yang baru (dan menarik) perawatan berbasis sel bisa jadi. Ini berarti bahwa suatu hari nanti laboratorium dapat menumbuhkan organ dan jaringan baru untuk orang yang membutuhkan transplantasi daripada mengandalkan donor organ dan jaringan.

Ini bisa terlihat seperti para ilmuwan yang menggunakan sel punca untuk membuat sel otot jantung yang dapat mereka transplantasi ke orang dengan penyakit jantung kronis. Penelitian pada hewan saat ini menunjukkan bahwa sel induk stroma dari sumsum tulang menjanjikan untuk aplikasi ini, meskipun mekanisme yang tepat masih belum jelas. Para ilmuwan tidak yakin apakah sel induk memunculkan sel otot jantung atau sel pembuluh darah baru – atau jika mereka melakukan sesuatu yang lain sama sekali.

Contoh teoritis lainnya adalah diabetes tipe 1. Para ilmuwan berharap untuk membedakan sel induk embrionik manusia menjadi sel yang memproduksi insulin. Sistem kekebalan penderita diabetes mengganggu sel-sel ini dan melarang mereka melakukan pekerjaan mereka. Para ilmuwan bertanya-tanya apakah suatu hari nanti mereka dapat membedakan sel punca menjadi sel penghasil insulin dan mentransplantasikannya ke pasien.

Selain penyakit jantung dan diabetes, penyakit dan kondisi manusia lainnya yang diyakini oleh para ilmuwan dapat mempengaruhi kemajuan medis ini secara luas dan meliputi:

• Luka bakar.
• Degenerasi makula, yang dapat menyebabkan kehilangan penglihatan.
• Osteoarthritis dan rheumatoid arthritis.
• Cedera sumsum tulang belakang, yang dapat menyebabkan mati rasa, kehilangan fungsi atau kelumpuhan.
• Stroke.

Tentu saja, membawa terapi baru ini kepada pasien yang sebenarnya akan membutuhkan para ilmuwan untuk menguasai setiap langkah dari proses teoretis ini. Ini berarti mereka perlu:

• Tumbuhkan sel punca yang cukup untuk membangun jaringan atau organ secara fisik.
• Merangsang sel punca untuk berdiferensiasi menjadi tipe sel yang benar.
• Pastikan sel punca yang berdiferensiasi dapat bertahan hidup di dalam tubuh pasien.
• Pastikan sel-sel induk yang berbeda berintegrasi dengan benar ke dalam jaringan penerima di dalam tubuh pasien.
• Secara wajar mengharapkan jaringan atau organ baru untuk melakukan pekerjaan yang dibangun selama hidup pasien.
• Pastikan sel-sel baru tidak menyebabkan kerusakan tambahan pada pasien, seperti kanker.

Menurut definisi sel punca, langkah-langkah ini tampaknya dapat dicapai dengan menggunakan sel punca embrionik tetapi akan membutuhkan penelitian serius selama bertahun-tahun di berbagai bidang. Inilah sebabnya mengapa penelitian sel punca merupakan bidang yang sangat aktif dalam ilmu-ilmu profesional – dan juga mengapa penelitian ini menjadi top of mind bagi banyak guru dan siswa sains.

Sementara hasil akhir dari penelitian sel punca mungkin masih belum selesai, meningkatkan pemahaman umum struktur sel punca dan cara kerja diferensiasi sel punca adalah cara yang bagus untuk menjadi bagian dari perkembangan ini ilmu.