Download Metode stem cell

Pendahuluan
• Stem cell adalah sel yang tidak/belum terspesialisasi
yang mempunyai 2 sifat :
– 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.
– 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.
Stem cell berdasarkan sumbernya
• Zygote  yaitu pada tahap sesaat setelah sperma
bertemu dengan sel telur
• 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 pengambilanembrionic stem cell yang tidak
membahayakan embrio tersebut, sehingga dapat
terus hidup dan bertumbuh.
Cont,,,,
• Fetus  dapat diperoleh dari klinik aborsi
• Stem cell darah tali pusat  diambil dari
darah plasenta dan tali pusat segera setelah
bayi lahir. Stem cell
darah tali pusat
merupakan jenis hematopoietic stem cell, dan
ada yang menggolongkan jenis stem sel ini ke
dalam adult stem cell.
• Adult stem cell  diambil dari jaringan
dewasa, yaitu : sumsum tulang.
EMBRYONIC STEM CELL
Kegunaan embrionik stem cell pada
penelitian dan terapi
• Keuntungan utama dari embrionik stem cell
adalah kemampuannya untuk berkembang
menjadi semua tipe sel fungsional dewasa
• Metode kultur yang telah dikembangkan
adalah perkembangan embrionik stem cell
pada otak, jantung, sel otot, pembuluh darah,
kulit dan sel tulang
Cont , ,
• Penelitian telah menunjukkan bahwa
embrionik stem cell akan membantu untuk
menemukan faktor penting untuk regenerasi
dan perbaikan jaringan. Hasil penelitian
menunjukkan embrionik stem cell dapat
memproduksi sel dan jaringan untuk terapi
penggantian pada pengobatan penyakit
parkinson, serangan jantung dan diabetes
• Embryonic stem cell mempunyai kemampuan
untuk berproliferasi secara terus menerus dalam
kultur optimal dan dalam keadaan tertentu
mampu berdiferensiasi menjadi berbagai tipe sel
jaringan, seperti otot polos, kardiomisit, neuron,
sel beta pankreas, khondrosit, dsb.
• Embryonic stem cell termasuk pluripotent yaitu
dapat berdiferensiasi menjadi 3 lapisan germinal :
ektoderm, mesoderm, dan endoderm, tapi tidak
dapat menjadi jaringan ekstraembryonik seperti
plasenta dan tali pusat.
VIDEO
Pengembangan embryonic stem cell di
laboratorium
• Pertumbuhan embryonic stem cell di
laboratorium dikenal sebagai kultur sel.
• Embryonic stem cell diisolasi dengan
mentransfer inner cell mass ke dalam cawan
petri yang telah berisi medium (nutrient
broth)
Identify drug targets and
test potential
therapeutics
Study cell
differentiation
Understanding prevention
and treatment
of birth defects
Toxicity testing
Ectoderm
Blood
cells
Neuron
Endoderm
Mesoderm
Liver
Cell
Tissues/Cells for Transplantation
Traditional Human Embryonic Stem Cell
(hESC) Line Generation
• Dikembangkan oleh Ariff Bongso, James
Thomson di University of Wisconsin
menghasilkan
hESC
pertama
kali
menggunakan jaringan dari embrio yang
dibuahi secara in vitro
• Metode ini menggunakan embrio yang
dihasilkan untuk fertilisasi in vitro (IVF) yang
tidak diperlukan lagi untuk tujuan reproduksi
Cont,,,
• Untuk menghasilkan hESC, dimulai dengan embrio pada
tahap blastokista, kira-kira 5 hari setelah IVF.
• Blastokista terdiri dari 150-200 sel yang membentuk bola
berongga, lapisan luar yang disebut trophectoderm.
• Dalam perkembangan normal, trofoblas menjadi plasenta
dan tali pusat.
• Pada satu kutup berongga , 30-50 sel membentuk cluster
yang disebut inner cell mass (ICM), yang akan berkembang
menjadi janin.
• Sel-sel ICM adalah pluripotent, yang mempunyai
kemampuan untuk berkembang menjadi salah satu dari
beberapa jenis sel khusus pada manusia, kecuali plasenta dan
tali pusat.
Cont,,,,
• Sel ICM dipindahkan ke medium khusus, dan
garis hESC mulai tumbuh
• Stem cell tumbuh sedemikian rupa, dan
diarahkan berdiferensiasi menjadi berbagai
jenis keturunan, termasuk precursor sel saraf,
kardiomisit, dan hematopoietic
Traditional derivation of hESCs
Strict hESC
culture conditions
Sperm
Oocyte
hESC line
8-cell stage
Blastocyst
Inner cell
mass
OR
Blastomere
Implantation
hESC Lines from Human Primordial Germ
Cells
• Dipublikasikan pada tahun 1998 oleh John
Gearhart di The Johns Hopkins Medical School.
• Mengisolasi sel-sel khusus yang dikenal sebagai
primordial germ cells (PGCs) dari embrio 5-7
minggu dan dipindahkan/ditempatkan pada kultur.
• PGCs menjadi sel oosit atau sperma, tergantung jenis
kelamin embrio yang berkembang.
• Garis sel disebut embryonic germ cell lines
Embryonic Germ Cells (EGCs)
Magnified view of the
genital ridge
Strict hESC
culture conditions
Genital
ridge
6 week
embryo
Primordial Germ Cell
– the future sperm or egg cell
Embryonic
Germ Cell
line
hESC Lines from Dead Embryos
• Tahun 2006, peneliti dari University of New
Castle, UK mengembangkan hESC dari embrio
yang telah berhenti membelah. Peneliti
menggunakan metoda yang sama seperti yang
dijelaskan pada traditional “hESC line
generation”.
Kecuali
bahwa
mereka
menggunakan bahan baku yang disebut
dengan “dead” untuk embrionya.
Cont,,,
• hESC didapatkan dari embrio yang telah
berhenti membelah secara in vitro pada
perempuan yang menjalani pengobatan pada
masa kehamilan.
• Embrio ini bisa mengalami dua perlakuan
yaitu :
– Dibekukan untuk penggunaan pada masa yang
akan datang
– Dibuang sebagai sisa pengobatan
Cont,,,
• hESC dibuat menggunakan teknik yang
diberlakukan seperti pluripotent stem cell.
Bisa digunakan untuk memproduksi sel dari
ketiga lapisan germinal.
• Berdasarkan defenisi tersebut bahwa embrio
yang telah “mati” melalui penyebab alami
yang tidak bisa berkembang menjadi
manusia, secara teori menghasilkan sumber
bahan
pembentukan
ES
cell
tanpa
membahayakan kehidupan embrio.
“Dead” Embryos
Strict hESC
culture conditions
So-called
irreversible
arrest of cell
division
hESC line
X
“Dead” embryo
Embryo presumed to be
incapable of establishing
a viable pregnancy
hESC Lines from Genetically
Abnormal Embryos
• Pasangan yang telah menyadari bahwa mereka
membawa
kelainan
genetik,
kadangkala
menggunakan PGD (pre implantation genetic
diagnosis) dan IVF untuk mengetahui bahwa anak
mereka tidak akan membawa kelainan tersebut
• PGD menyarankan peneliti untuk menghilangkan
satu sel dari IVF terbaru yang kemudian akan di
tes untuk penyakit-penyakit yang diketahui
dibawa oleh pasangan tersebut
Cont,,,,
• Normalnya, embrio yang telah teridentifikasi
mengalami kelainan genetik akan dibuang
sebagai hasil buangan pengobatan.
• Dr. Yuri Verlinsky dkk memanfaatkan embrio
tersebut untuk lebih memahami penyakit
yang dibawanya dengan cara membuat hESC
dari embrio yang mengalami kelainan genetik
tersebut.
Cont,,,
• Stem cell tersebut bisa juga digunakan
peneliti
untuk
memahami
penyakit
tergantung-genetis seperti :
–
–
–
–
–
muscular distrophy,
huntington’s disease,
thalasemia,
fanconi’s anemia,
marfan syndrome, dll
Genetically Abnormal Embryos
PGD identifies
genetic defect
Remove blastomere,
presumably without
harming the
embryo
Disease-bearing
hESC line
OR
X
Embryo not used to establish
pregnancy to avoid generating
offspring with genetic defect
hESC Lines from Single Cell Embryo
Biopsy
• Pada tahun 2006, Dr. Robert Lanza dkk
menjelaskan bahwa ada kemungkinan untuk
mengabil satu sel dari pra implantasi embrio
mencit dan kemudian dikembangkan menjadi
embryonic stem cell mencit.
• Hasil kerja ini didasarkan pada pengalaman
mereka mempelajari tahap perkembangan
embrio mencit
Cont,,,,
• Pada tahun yang sama Dr. Lanza’s laboratory
mengumumkan bahwa mereka telah sukses
mengembangkan hESC dari sel tunggal yang
diambil dari pre implantasi embrio manusia
• Stem cell manusia dibuat menggunakan
teknik yang diberlakukan seperti stem cell
pluripotent yang dapat menghasilkan sel dari
ketiga lapisan germinal.
Cont,,,
• Para peneliti harus memastikan bahwa
pengambilan sel tunggal dari embrio manusia
untuk membuat hESC tidak membahayakan
perkembangan embrio tersebut
• Bagaimanapun belum ada kepastian bahwa
single
cell
yang
digunakan
untuk
perkembangan pluripotent stem cell memiliki
kapasitas untuk menjadi manusia
Single-Cell Embryo Biopsy Method
hESC line
Remove blastomere,
presumably without
harming the
embryo
AND
hESC Lines Created via Parthenogenesis
• Parthenogenesis
adalah
perkembangan
embrio tanpa pembuahan sel telur oleh
sperma,
artinya
bahwa
tidak
ada
keikutsertaan kontribusi genetik speerma
• Untuk mendapatkan hasil ini, para peneliti
“menyiasati” sel telur dianggap telah dibuahi
dan sel telur tersebut mulai membelah dan
membentuk blastosit
Cont,,,
• Tahun 2007 Dr. E. S. Revazova dkk
melaporkan bahwa mereka telah sukses
membentuk
hESC
melalui
metoda
parthenogenesis.
• Stem cell ini dibentuk dan ditumbuhkan dari
lapisan sel telur donor yang membawa
informasi
genetik
dan
menunjukkan
karakteristik pluripotent.
Cont , ,
• Teknik ini memiliki kemampuan untuk
mengembangkan kecocokan sel- jaringan
untuk tranplantasi
• Metoda ini juga memberikan alternatif untuk
kecocokan – jaringan hESC yang tidak
membahayakan pembuahan embrio
Parthenogenesis
Strict hESC
hESC line
culture conditions
Parthenogenetic
Activation
(Trick the egg
into behaving as
if it’s fertilized)
OR
X
Embryo not capable
of establishing a
viable pregnancy
STRATEGIES TO “REPROGRAM”
NON-PLURIPOTENTCELLS
TO
BECOME PLURIPOTENTCELLS
SCNT, atau somatic cell nuclear transfer
• Merupakan teknik untuk menghasilkan klon
sel stem embrionik yang seratus persen sama
seperti donor nukleusnya.
• Bilamana
oosit
manusia
dikeluarkan
nukleusnya (enukleasi) kemudian pada oosit
tersebut dimasukkan nukleus somatik dari
seorang donor dan kemudian pada oosit
tersebut diberi aliran listrik, maka oosit
mengalami “reprogramming” DNA, sehingga
berkembang biak menjadi embrio.
Cont,,,
• Keberhasilan SCNT masih sangat rendah dan embrio
yang dihasilkan banyak mengalami kelainan
kongenital.
• Tetapi bilamana berhasil maka embrio ini akan
merupakan klon dari donor nukleus, sehingga DNA
donor nukleus dan embrio seratus persen sama,
sehingga jika dilakukan transplantasi tidak akan
terjadi penolakan terhadap transplan
• Teknik SCNT teoretis dapat dipergunakan untuk
transplantasi berbagai organ dan jaringan tubuh
manusia.
Somatic Cell Nuclear Transfer
(SCNT)
Nucleus from
a somatic cell
Strict hESC
culture conditions
Artificially activate
the egg
SCNT
pluripotent
stem-cell line
OR
Enucleated oocyte
(egg with its own nucleus removed)
Not known whether
? theSCNT-embryo
(in humans) could
give rise to a viable
pregnancy
SCNT Using an Embryo at Mitosis
Strict hESC
ESC line
culture conditions
Zygote arrested
at mitosis using
drug treatment
and injected
into enucleated
zygote
Skin cell
chromosomes
removed
Chromosomes
removed
OR
Not known I
f embryo (in humans)
? could give rise to
a viable pregnancy
Daftar Pustaka
• Battey, James F, dkk. Alternate Methods for
preparing pluripotentStem Cells.
• Mollard, Richard. Embryonic Stem Cells. ISSCR.
Monash University in Australia.
• Setiawan, Boenjamin. Aplikasi Terapeutik Sel
Stem Embrionik pada Berbagai Penyakit
Degeneratif.
• Saputra, Virgi. Dasar-dasar Stem Cell dan
Potensi Aplikasinya dalam Ilmu Kedokteran .