Penemuan sel induk dapat meningkatkan pengobatan leukemia, penyakit lainnya
Ketidakmampuan untuk mendapatkan sel punca darah manusia, atau sel punca hematopoietik (HSC), untuk memperbaharui diri sendiri di laboratorium menghambat kemajuan dalam pengobatan leukemia dan penyakit darah lainnya.
Sekarang, sebuah studi baru dari University of California, Los Angeles (UCLA) menunjukkan bahwa jawabannya mungkin terletak pada protein tertentu - pengaktifannya dapat sangat memperluas HSC dalam kultur.
Tim UCLA menemukan bahwa protein yang disebut MLLT3 adalah pengatur kunci fungsi HSC. Protein hadir dalam kadar tinggi di HSC janin manusia, bayi baru lahir, dan orang dewasa. Namun, HSC yang dibudidayakan memiliki tingkat MLLT3 yang rendah.
Baru-baru ini Alam kertas, para peneliti melaporkan bagaimana memanipulasi gen yang bertanggung jawab untuk membuat protein menyebabkan "lebih dari 12 kali lipat perluasan HSC yang dapat ditransplantasikan".
Penulis senior makalah studi ini adalah Hanna K. A. Mikkola, seorang profesor biologi molekuler, sel, dan perkembangan di UCLA. Dia telah mempelajari HSC selama lebih dari 20 tahun.
“Meskipun kami telah belajar banyak tentang biologi sel-sel ini selama bertahun-tahun,” kata Mikkola, “satu tantangan utama tetap ada: membuat [HSC] memperbarui diri di lab.”
“Kami harus mengatasi kendala ini untuk memajukan lapangan,” tambahnya.
HSC membutuhkan kemampuan yang kuat untuk mereplikasi diri
Semua jaringan dan sel tubuh bergantung pada sel darah untuk makanan dan perlindungan. Untuk memenuhi tugas yang tak kenal lelah dan berat, sel darah harus mampu mengisi kembali dirinya sendiri. Pada orang dewasa, sel darah dan sel kulit memiliki kapasitas pengisian ulang terbesar dari jaringan mana pun.
Pekerjaan membuat sel darah baru jatuh ke HSC. Setiap hari, tubuh manusia menghasilkan miliaran sel darah baru, berkat HSC, yang juga membuat sel kekebalan.
HSC berada di sumsum tulang, di mana mereka memperbaharui diri dan matang menjadi berbagai jenis sel darah dan kekebalan.
Orang dengan penyakit darah atau sistem kekebalan tertentu - seperti leukemia - membutuhkan pasokan HSC baru untuk membuat sel baru. Selama beberapa dekade, dokter telah menggunakan transplantasi sumsum tulang untuk meningkatkan persediaan mereka.
Namun, ada batasan sejauh mana transplantasi sumsum tulang dapat menawarkan solusi. Misalnya, tidak selalu mungkin untuk menemukan donor yang cocok, atau tubuh penerima mungkin menolak sel yang ditransplantasikan.
Masalah lain yang dapat muncul adalah jumlah HSC yang ditransplantasikan mungkin tidak cukup untuk menghasilkan darah atau sel kekebalan yang cukup untuk mengobati penyakit.
Masalah dengan HSC yang dibudidayakan
Para ilmuwan telah mencoba membiakkan HSC di laboratorium sebagai alternatif dari transplantasi sumsum tulang. Namun, berbagai upaya untuk transplantasi HSC yang dibudidayakan telah menemui masalah umum: HSC yang telah dikeluarkan oleh para ilmuwan dari sumsum tulang segera kehilangan kapasitas mereka untuk pembaruan diri dalam budaya.
Begitu HSC kehilangan kemampuan untuk membuat salinan baru dari dirinya sendiri, satu-satunya masa depan yang mereka miliki adalah berdiferensiasi menjadi sel khusus atau mati.
Untuk studi baru, Prof. Mikkola dan timnya melihat apa yang terjadi pada gen saat HSC kehilangan kemampuannya untuk memperbarui diri di laboratorium.
Mereka melihat bahwa beberapa gen mati saat ini terjadi. Gen yang dimatikan bervariasi menurut jenis sel yang dibentuk oleh HSC.
Untuk melihat lebih dekat, tim menghasilkan sel mirip HSC dari sel induk berpotensi majemuk dewasa yang tidak dapat mereplikasi diri sendiri dan kemudian mengamati aktivitas gen mereka.
Percobaan ini menunjukkan bahwa ada hubungan yang kuat antara kemampuan memperbaharui diri HSC dan aktivitas MLLT3 gen.
Aktif MLLT3 adalah kondisi yang diperlukan
Sepertinya ekspresi yang tinggi MLLT3 memastikan pasokan protein yang melimpah, yang memuat instruksi yang diperlukan oleh HSC untuk memperbaharui dirinya sendiri.
Protein membantu mesin HSC tetap bekerja sementara sel membuat salinannya sendiri.
Percobaan lebih lanjut mengungkapkan bahwa memasukkan aktif MLLT3 gen ke dalam inti HSC dalam kultur laboratorium meningkatkan kemampuannya untuk mereplikasi diri dengan faktor 12.
“Jika kita berpikir tentang jumlah sel punca darah yang dibutuhkan untuk merawat pasien, itu adalah jumlah yang signifikan.”
Prof. Hanna K. A. Mikkola
Penelitian lain yang mencoba membuat HSC memperbarui diri dalam kultur telah menggunakan molekul kecil. Namun, Prof. Mikkola dan timnya mengalami kendala dengan pendekatan tersebut.
Mereka menemukan bahwa sel-sel tersebut tidak mampu mempertahankan tingkat protein MLLT3, dan mereka tidak bekerja dengan baik saat tim mentransplantasikannya ke tikus.
Menggabungkan kedua metode tersebut
Tim menemukan bahwa menggabungkan metode molekul kecil dengan MLLT3 aktivasi gen menghasilkan HSC yang terintegrasi dengan baik ke dalam sumsum tulang pada tikus.
HSC tersebut juga menghasilkan semua jenis sel darah yang benar dan mempertahankan kemampuannya untuk memperbarui diri.
Perhatian para ilmuwan tentang memproduksi HSC yang dapat ditransplantasikan di laboratorium adalah memastikan bahwa HSC tersebut beroperasi dengan benar begitu berada di dalam tubuh.
HSC harus dapat menggandakan diri dengan kecepatan yang tepat, dan tidak boleh mengalami mutasi yang dapat menyebabkan penyakit seperti leukemia.
Tampaknya memastikan tingkat protein MLLT3 yang stabil memenuhi persyaratan ini.
Para peneliti sekarang sedang mengerjakan metode manipulasi MLLT3 lebih aman dan mudah.
