Sel punca dan obat plastik regeneratif

Saat ini, hanya sedikit dokter yang tidak mengetahui perkembangan arah baru dalam pengobatan penyakit yang paling parah, yang sebelumnya tidak dapat disembuhkan dengan pengobatan tradisional dan alternatif. Kita berbicara tentang pengobatan regeneratif-plastik, yang didasarkan pada penggunaan potensi regeneratif sel punca. Diskusi ilmiah yang belum pernah terjadi sebelumnya dan sensasi pseudo-ilmiah telah muncul di sekitar arah yang sedang berkembang, yang sebagian besar tercipta berkat hiperbola informasi dari World Wide Web. Dalam waktu yang sangat singkat, studi laboratorium tentang kemampuan terapeutik sel punca telah melampaui eksperimen dan telah mulai secara aktif diperkenalkan ke dalam pengobatan praktis, yang telah menimbulkan sejumlah masalah yang bersifat ilmiah, etika, agama, hukum, dan legislatif. Lembaga negara dan publik jelas ternyata tidak siap menghadapi kecepatan transisi sel punca dari cawan Petri ke sistem untuk pemberian intravena, yang tidak bermanfaat bagi masyarakat secara keseluruhan atau orang yang menderita tertentu. Tidak mudah untuk memahami jumlah informasi yang tak terbayangkan tentang kemampuan sel punca, baik dari segi kuantitas maupun kualitas, bahkan bagi para spesialis (yang jumlahnya tidak ada, karena semua orang mencoba menguasai tren ilmiah baru sendiri-sendiri), belum lagi para dokter yang tidak terlibat langsung dalam pengobatan plastik regeneratif.

[ 1 ], [ 2 ], [ 3 ]

Mengapa percobaan semacam itu diperlukan dan apakah percobaan tersebut memang diperlukan?

Sekilas, penciptaan chimera antarspesies seluler adalah buah dari fantasi tak terkendali seorang ilmuwan fanatik yang telah melupakan bioetika. Namun, pendekatan inilah yang secara signifikan memperluas pengetahuan dasar kita tentang embriogenesis, karena memungkinkan untuk menghitung jumlah sel yang diperlukan untuk organogenesis (pembentukan hati, otak, kulit, dan organ sistem kekebalan tubuh). Selain itu (mungkin ini adalah hal utama dalam biologi ESC), ahli genetika telah menerima alat unik yang dapat mereka gunakan, yang dengannya tujuan fungsional gen dapat ditetapkan selama chimerisasi embrio. Pertama, teknik double knockout khusus digunakan untuk "mematikan" pasangan gen yang dipelajari dalam ESC. Kemudian ESC tersebut dimasukkan ke dalam blastokista dan perubahan yang terjadi dalam tubuh embrio chimeric yang sedang berkembang dipantau. Dengan cara ini, fungsi gen sf-1 (perkembangan kelenjar adrenal dan organ genital), urt-l (anlage ginjal), muoD (perkembangan otot rangka), gata-l-4 (anlage eritropoiesis dan limfopoiesis) telah ditetapkan. Selain itu, gen manusia yang belum diteliti dapat dimasukkan (ditransfeksi) ke dalam sel punca sel darah merah hewan laboratorium untuk menentukan fungsinya menggunakan embrio chimeric.

Namun, sebagai aturan, pembenaran percobaan dengan memperoleh pengetahuan dasar baru tidak didukung oleh khalayak luas. Mari kita berikan contoh signifikansi terapan dari kimerisasi menggunakan ESC. Pertama-tama, ini adalah xenotransplantasi, yaitu transplantasi organ hewan ke manusia. Secara teoritis, penciptaan kimera sel manusia-babi memungkinkan kita untuk mendapatkan hewan yang jauh lebih dekat dalam karakteristik antigenik dengan donor ESC, yang dalam berbagai situasi klinis (diabetes melitus, sirosis hati) dapat menyelamatkan nyawa orang yang sakit. Benar, untuk ini pertama-tama kita harus mempelajari cara mengembalikan sifat totipotensi ke genom sel somatik dewasa, setelah itu dapat dimasukkan ke dalam embrio babi yang sedang berkembang.

Saat ini, kemampuan sel punca sel induk untuk membelah hampir tak terbatas dalam kondisi kultivasi khusus digunakan untuk menghasilkan massa sel totipoten dengan diferensiasi selanjutnya menjadi sel-sel khusus, seperti neuron dopaminergik, yang kemudian ditransplantasikan ke pasien dengan penyakit Parkinson. Dalam kasus ini, transplantasi harus didahului oleh diferensiasi terarah dari massa sel yang diperoleh menjadi sel-sel khusus yang diperlukan untuk pengobatan dan pemurnian sel-sel tersebut dari elemen seluler yang tidak berdiferensiasi.

Seperti yang kemudian diketahui, ancaman karsinogenesis bukanlah satu-satunya hambatan untuk transplantasi sel. Secara spontan, sel-sel ESC dalam tubuh embrioid berdiferensiasi secara heterogen, yaitu, sel-sel ESC membentuk turunan dari berbagai macam garis sel (neuron, keratinosit, fibroblas, endoteliosit). Dalam bidang pandang mikroskop dalam kasus ini, kardiomiosit menonjol di antara sel-sel dari berbagai fenotipe, yang masing-masing berkontraksi dalam ritmenya sendiri. Namun, untuk merawat pasien, diperlukan populasi sel murni: neuron - dalam kasus stroke, kardiomiosit - dalam kasus infark miokard, sel-β pankreas - dalam kasus diabetes melitus, keratinosit - dalam kasus luka bakar, dll.

Tahap berikutnya dalam pengembangan transplantasi sel dikaitkan dengan pengembangan teknologi untuk memperoleh jumlah yang cukup (jutaan sel) dari populasi sel murni tersebut. Pencarian faktor-faktor yang menyebabkan diferensiasi terarah dari sel-sel ESC bersifat empiris, karena urutan sintesisnya selama embriogenesis masih belum diketahui. Pada awalnya, ditetapkan bahwa pembentukan kantung kuning telur diinduksi dengan menambahkan cAMP dan asam retinoat ke dalam kultur sel-sel ESC. Garis sel hematopoietik terbentuk dengan adanya 1L-3, SCF, faktor pertumbuhan fibroblas (FGH), faktor pertumbuhan mirip insulin (IGF-1), 1L-6, dan faktor perangsang koloni granulosit (G-СSF) dalam media kultur. Sel-sel sistem saraf terbentuk dari sel-sel ESC setelah penghilangan LIF dan lapisan fibroblas, yang berfungsi sebagai pengumpan. Setelah pengobatan dengan asam retinoat dengan adanya serum janin, sel-sel ESC mulai berdiferensiasi menjadi neuron, dan kardiomiosit diperoleh dengan menambahkan dimetil sulfoksida (DMSO), yang menyediakan pengiriman molekul sinyal hidrofobik yang terarah ke inti sel. Dalam kasus ini, akumulasi spesies oksigen aktif dalam media kultur, serta stimulasi listrik, berkontribusi pada pembentukan kardiomiosit kontraktil yang matang.

Upaya dan sumber daya yang sangat besar dihabiskan untuk menemukan kondisi untuk diferensiasi ESC menjadi sel-sel pankreas yang memproduksi insulin. Namun, segera menjadi jelas bahwa sejumlah garis sel khusus (sel-β pankreas, sel imun dan endokrin, adiposit) tidak muncul dari ESC ketika distimulasi sesuai dengan prinsip "satu faktor perangsang - satu garis sel". Prinsip ini ternyata hanya berlaku untuk sejumlah garis sel yang terbatas. Secara khusus, pembentukan neuron dapat diinduksi oleh asam retinoat, garis sel otot - dengan mengubah faktor pertumbuhan-β (TCP-β), garis eritroid - 1L-6, garis monositik-mieloid - 1L-3. Selain itu, efek dari faktor-faktor ini pada diferensiasi ESC ternyata sangat bergantung pada dosis.

Tahap pencarian kombinasi faktor pertumbuhan yang akan memajukan ESC ke tahap embriogenesis selanjutnya dengan pembentukan mesoderm (sumber kardiomiosit, otot rangka, epitel tubulus ginjal, mieloeritropoiesis dan sel otot polos), ektoderm (epitel usus halus dan kelenjar sekretori, pneumosit) dimulai. Alam tampaknya memaksa para peneliti untuk bergerak maju di sepanjang jalur embriogenesis, mengulangi tahapannya dalam cawan Petri, tidak memberikan kesempatan untuk segera dan mudah mendapatkan hasil yang diinginkan. Dan kombinasi faktor pertumbuhan tersebut ditemukan. Activin A dalam kombinasi dengan TGF-β ternyata menjadi stimulator yang kuat dari pembentukan sel mesodermal dari ESC, sambil menghalangi perkembangan endoderm dan ektoderm. Asam retinoat dan kombinasi protein morfogenetik sumsum tulang (BMP-4) dan sinyal faktor pertumbuhan epidermal (EGF) mengaktifkan pembentukan sel ekto- dan mesoderm, menghentikan perkembangan endoderm. Pertumbuhan sel intensif dari ketiga lapisan germinal diamati dengan efek simultan dari dua faktor pada ESC - faktor pertumbuhan hepatosit (HGF) dan faktor pertumbuhan sel saraf.

Dengan demikian, untuk memperoleh lini sel yang diperlukan, pertama-tama perlu dilakukan pemindahan sel induk embrionik ke tahap pembentukan sel-sel lapisan germinal tertentu, kemudian dipilih kombinasi baru faktor pertumbuhan yang mampu menginduksi diferensiasi terarah ekto-, meso-, dan endoderm menjadi sel-sel khusus yang diperlukan untuk transplantasi ke pasien. Jumlah kombinasi faktor pertumbuhan saat ini mencapai ribuan, sebagian besar dipatenkan, beberapa tidak diungkapkan sama sekali oleh perusahaan bioteknologi.

Sudah waktunya untuk memurnikan sel-sel yang diperoleh dari kotoran seluler yang tidak berdiferensiasi. Sel-sel yang dibedakan dalam kultur diberi label dengan penanda garis sel dewasa dan melewati penyortir imunofenotipik laser berkecepatan tinggi. Sinar laser menemukannya dalam aliran seluler umum dan mengarahkannya di sepanjang jalur terpisah. Hewan laboratorium adalah yang pertama menerima bahan seluler murni yang diperoleh. Sudah waktunya untuk mengevaluasi efektivitas penggunaan turunan ESC pada model penyakit dan proses patologis. Salah satu model tersebut adalah penyakit Parkinson eksperimental, yang direproduksi dengan baik pada hewan menggunakan senyawa kimia yang menghancurkan neuron dopaminergik. Karena penyakit pada manusia didasarkan pada defisiensi neuron dopaminergik yang didapat, penggunaan terapi sel pengganti dalam kasus ini dibenarkan secara patogenetik. Pada hewan dengan hemiparkinsonisme eksperimental, sekitar setengah dari neuron dopaminergik yang diperoleh dari ESC dan dimasukkan ke dalam struktur otak berakar. Ini cukup untuk secara signifikan mengurangi manifestasi klinis penyakit tersebut. Upaya untuk memulihkan fungsi struktur sistem saraf pusat yang rusak akibat stroke eksperimental, cedera, dan bahkan ruptur sumsum tulang belakang telah terbukti cukup berhasil.

Namun, perlu dicatat bahwa hampir semua kasus keberhasilan penggunaan turunan ESC yang dibedakan untuk koreksi patologi eksperimental dilakukan pada periode akut dari situasi patologis yang disimulasikan. Hasil perawatan jarak jauh tidak begitu menggembirakan: setelah 8-16 bulan, efek positif transplantasi sel menghilang atau menurun tajam. Alasannya cukup jelas. Diferensiasi sel yang ditransplantasikan secara in vitro atau in loco morbi pasti mengarah pada ekspresi penanda seluler dari keanehan genetik, yang memicu serangan imun dari tubuh penerima. Untuk mengatasi masalah ketidakcocokan imunologis, imunosupresi tradisional digunakan, bersamaan dengan itu uji klinis mulai menyadari potensi transdiferensiasi dan koreksi genetik sel induk hematopoietik dan mesenkimal autolog yang tidak menyebabkan konflik imun.

Apa itu pengobatan plastik regeneratif?

Evolusi telah menentukan dua pilihan utama untuk mengakhiri kehidupan sel - nekrosis dan apoptosis, yang pada tingkat jaringan berhubungan dengan proses proliferasi dan regenerasi. Proliferasi dapat dianggap sebagai semacam pengorbanan, ketika pengisian cacat jaringan yang rusak terjadi karena penggantiannya dengan elemen jaringan ikat: sambil mempertahankan integritas struktural, tubuh kehilangan sebagian fungsi organ yang terkena, yang menentukan perkembangan selanjutnya dari reaksi kompensasi dengan hipertrofi atau hiperplasia elemen struktural dan fungsional yang tetap utuh. Durasi periode kompensasi bergantung pada volume lesi struktural yang disebabkan oleh faktor-faktor perubahan primer dan sekunder, setelah itu, dalam sebagian besar kasus, terjadi dekompensasi, penurunan tajam dalam kualitas dan pengurangan durasi kehidupan manusia. Regenerasi fisiologis memastikan proses perombakan, yaitu penggantian sel-sel yang menua dan sekarat oleh mekanisme kematian seluler alami (apoptosis) dengan sel-sel baru yang berasal dari cadangan sel induk tubuh manusia. Proses regenerasi reparatif juga melibatkan sumber daya seluler dari ruang batang, yang, bagaimanapun, dimobilisasi dalam kondisi patologis yang terkait dengan penyakit atau kerusakan jaringan, yang memicu kematian sel melalui mekanisme nekrosis.

Perhatian yang besar dari para ilmuwan, dokter, pers, televisi, dan masyarakat terhadap masalah mempelajari biologi sel punca embrionik (ESC) terutama disebabkan oleh potensi tinggi terapi seluler atau, sebagaimana kita menyebutnya, terapi regeneratif-plastik. Pengembangan metode untuk mengobati penyakit manusia yang paling parah (patologi degeneratif sistem saraf pusat, cedera sumsum tulang belakang dan otak, penyakit Alzheimer dan Parkinson, multiple sclerosis, infark miokard, hipertensi arteri, diabetes melitus, penyakit autoimun dan leukemia, penyakit luka bakar, dan proses neoplastik merupakan daftar yang jauh dari lengkap) didasarkan pada sifat unik sel punca, yang memungkinkan terciptanya jaringan baru untuk menggantikan, seperti yang diyakini sebelumnya, area jaringan organisme yang sakit yang rusak secara permanen.

Kemajuan penelitian teoritis dalam biologi sel punca selama 10 tahun terakhir telah terwujud dengan munculnya bidang-bidang pengobatan regeneratif-plastik yang muncul secara spontan, yang metodologinya tidak hanya cukup mudah disistematisasi, tetapi juga membutuhkannya. Bidang pertama dan paling cepat berkembang dari penggunaan praktis potensi regeneratif sel punca telah menjadi terapi regeneratif-plastik pengganti. Jalurnya cukup mudah ditelusuri dalam literatur ilmiah - dari percobaan pada hewan dengan nekrosis miokard hingga karya-karya beberapa tahun terakhir yang bertujuan untuk memulihkan defisiensi kardiomiosit pasca-infark atau mengisi kembali hilangnya sel-β pankreas dan neuron dopaminergik sistem saraf pusat.

Transplantasi sel

Dasar pengobatan regeneratif-plastik substitutif adalah transplantasi sel. Yang terakhir harus didefinisikan sebagai serangkaian tindakan medis, di mana tubuh pasien memiliki kontak langsung dengan sel-sel hidup yang berasal dari auto-, allo-, iso- atau xenogenik untuk jangka waktu pendek atau panjang. Sarana transplantasi sel adalah suspensi sel punca atau turunannya, yang distandarisasi berdasarkan jumlah unit transplantasi. Unit transplantasi adalah rasio jumlah unit pembentuk koloni dalam kultur terhadap jumlah total sel yang ditransplantasikan. Metode transplantasi sel: pemberian suspensi sel punca atau turunannya secara intravena, intraperitoneal, subkutan; pemberian suspensi sel punca atau turunannya ke dalam ventrikel otak, pembuluh limfatik atau cairan serebrospinal.

Transplantasi sel alo dan autolog menggunakan dua pendekatan metodologis yang berbeda secara mendasar untuk penerapan potensi pluri-, multi- atau polipoten sel punca - in vivo atau in vitro. Dalam kasus pertama, pengenalan sel punca ke dalam tubuh pasien dilakukan tanpa diferensiasi awal, dalam kasus kedua - setelah reproduksi dalam kultur, diferensiasi yang ditargetkan dan pemurnian dari elemen yang tidak berdiferensiasi. Di antara berbagai teknik metodologis terapi sel pengganti, tiga kelompok metode dibedakan dengan cukup jelas: penggantian sumsum tulang dan sel darah, penggantian sel organ dan jaringan lunak, penggantian elemen tubuh yang kaku dan padat (tulang rawan, tulang, tendon, katup jantung dan pembuluh kapasitif). Arah yang terakhir harus didefinisikan sebagai pengobatan rekonstruktif dan regeneratif, karena potensi diferensiasi sel punca diwujudkan pada matriks - struktur yang secara biologis inert atau dapat diserap yang berbentuk seperti area tubuh yang diganti.

Cara lain untuk meningkatkan intensitas proses regeneratif-plastik pada jaringan yang rusak adalah dengan memobilisasi sumber daya sel induk pasien sendiri dengan menggunakan faktor pertumbuhan eksogen, seperti faktor perangsang koloni granulosit dan granulosit-makrofag. Dalam kasus ini, putusnya hubungan stroma menyebabkan peningkatan pelepasan sel induk hematopoietik ke dalam aliran darah umum, yang di area kerusakan jaringan memberikan proses regenerasi karena plastisitasnya yang melekat.

Dengan demikian, metode pengobatan regeneratif ditujukan untuk merangsang proses pemulihan fungsi yang hilang - baik melalui mobilisasi cadangan sel induk pasien sendiri, atau dengan memperkenalkan bahan seluler alogenik.

Hasil praktis penting dari penemuan sel punca embrionik adalah kloning terapeutik yang didasarkan pada pemahaman pemicu embriogenesis. Jika sinyal awal untuk permulaan embriogenesis adalah kompleks pre-mRNA yang terletak di sitoplasma oosit, maka pengenalan inti sel somatik apa pun ke dalam sel telur yang telah dienukleasi akan memicu program perkembangan embrio. Saat ini kita telah mengetahui bahwa sekitar 15.000 gen berpartisipasi dalam pelaksanaan program embriogenesis. Apa yang terjadi pada mereka nanti, setelah lahir, selama periode pertumbuhan, kematangan, dan penuaan? Jawaban atas pertanyaan ini diberikan oleh domba Dolly: mereka diawetkan. Dengan menggunakan metode penelitian paling modern, telah terbukti bahwa inti sel dewasa mempertahankan semua kode yang diperlukan untuk pembentukan sel punca embrionik, lapisan germinal, organogenesis, dan pematangan restriksi (keluar ke diferensiasi dan spesialisasi) garis sel asal mesenkimal, ekto-, endo-, dan mesodermal. Kloning terapeutik sebagai suatu arah telah terbentuk pada tahap awal pengembangan transplantasi sel dan menyediakan pengembalian totipotensi ke sel somatik pasien sendiri untuk memperoleh bahan transplantasi yang identik secara genetik.

Penemuan sel punca dimulai “dari akhir”, karena istilah yang diperkenalkan ke dalam biologi dan kedokteran oleh A. Maksimov merujuk pada sel punca sumsum tulang, yang memunculkan semua elemen seluler matang dari darah tepi. Namun, sel punca hematopoietik, seperti sel-sel dari semua jaringan organisme dewasa, juga memiliki pendahulunya sendiri yang kurang berdiferensiasi. Sumber umum untuk semua sel somatik adalah sel punca embrionik. Perlu dicatat bahwa konsep “sel punca embrionik” dan “sel punca embrionik” sama sekali tidak identik. Sel punca embrionik diisolasi oleh J. Thomson dari massa sel bagian dalam blastokista dan dipindahkan ke garis sel yang berumur panjang. Hanya sel-sel ini yang memiliki faksimili “ESC”. Leroy Stevens, yang menemukan sel punca embrionik dalam percobaan pada tikus, menyebutnya “sel punca pluripoten embrionik,” mengacu pada kemampuan ESC untuk berdiferensiasi menjadi turunan dari ketiga lapisan germinal (ekto-, meso-, dan endoderm). Namun, semua sel embrio pada tahap perkembangan selanjutnya juga merupakan sel punca, karena sel-sel ini menghasilkan sejumlah besar sel yang membentuk tubuh orang dewasa. Untuk mendefinisikannya, kami mengusulkan istilah "sel progenitor pluripoten embrionik".

[ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 8 ], [ 9 ], [ 10 ]

Jenis-jenis sel punca

Klasifikasi sel punca modern didasarkan pada prinsip pembelahannya berdasarkan kemampuannya (potensi) untuk menghasilkan garis sel, yang didefinisikan sebagai toti-, pluri-, multi-, poli-, bi- dan unipotensi. Totipotensi, yaitu kemampuan untuk menciptakan kembali organisme yang diprogram secara genetik secara keseluruhan, dimiliki oleh sel zigot, blastomer, dan sel punca embrionik (sel-sel massa bagian dalam blastokista). Kelompok sel totipoten lainnya, yang terbentuk pada tahap perkembangan embrionik selanjutnya, diwakili oleh sel germinal primer dari zona genital embrionik (tuberkel genital). Pluripotensi, yang merupakan kemampuan untuk berdiferensiasi menjadi sel-sel organ atau jaringan apa pun, melekat pada sel-sel embrionik dari tiga lapisan germinal - ekto-, meso- dan endoderm. Dipercayai bahwa multipotensi, yaitu kemampuan untuk membentuk sel apa pun dalam satu garis khusus, merupakan karakteristik hanya dari dua jenis sel: yang disebut sel punca mesenkimal, yang terbentuk di puncak saraf dan merupakan prekursor semua sel dasar jaringan ikat tubuh, termasuk sel neuroglia, serta sel punca hematopoietik hematopoietik, yang memunculkan semua garis sel darah. Selain itu, sel punca bi- dan unipoten dibedakan, khususnya, sel prekursor tunas hematopoietik myeloid, limfoid, monositik dan megakariosit. Keberadaan sel punca unipoten telah terbukti dengan jelas menggunakan contoh sel hati - hilangnya sebagian besar jaringan hati dikompensasi oleh pembelahan intensif hepatosit poliploid yang berdiferensiasi.

Selama perkembangan, semua organ dan jaringan terbentuk sebagai hasil dari proliferasi dan diferensiasi massa sel bagian dalam blastokista, yang sel-selnya, dalam arti sempit, adalah sel punca embrionik totipoten. Pekerjaan pertama pada isolasi sel punca embrionik dilakukan oleh Evans, yang menunjukkan bahwa blastokista yang ditanamkan di otak tikus menghasilkan teratokarsinoma, yang sel-selnya, ketika dikloning, membentuk garis sel punca embrionik pluripoten (nama asli sel-sel ini - sel karsinoma embrional atau dalam singkatan ECС - saat ini tidak digunakan). Data ini dikonfirmasi dalam sejumlah penelitian lain di mana sel punca embrionik diperoleh dengan membudidayakan sel blastokista tikus dan spesies hewan lainnya, serta manusia.

Dalam beberapa tahun terakhir, literatur semakin banyak melaporkan tentang plastisitas sel punca, yang dianggap tidak hanya sebagai kemampuan sel punca untuk berdiferensiasi menjadi berbagai jenis sel pada berbagai tahap perkembangan, tetapi juga untuk menjalani dedifferensiasi (transdiferensiasi, retrodiferensiasi). Artinya, kemungkinan mendasar untuk mengembalikan sel somatik yang berdiferensiasi ke tahap perkembangan embrio dengan rekapitulasi (pengembalian) pluripotensi dan penerapannya dalam diferensiasi berulang dengan pembentukan sel-sel dari jenis yang berbeda diakui. Secara khusus, dilaporkan bahwa sel punca hematopoietik mampu melakukan transdiferensiasi dengan pembentukan hepatosit, kardiomioblas, dan endoteliosit.

Perdebatan ilmiah mengenai pembagian sel punca berdasarkan plastisitasnya terus berlanjut, yakni terminologi dan glosarium transplantasi sel sedang dalam proses pembentukan, yang mempunyai signifikansi praktis langsung, karena sebagian besar metode pengobatan plastik regeneratif didasarkan pada penggunaan sifat plastik dan kemampuan sel punca untuk berdiferensiasi menjadi berbagai garis sel.

Jumlah publikasi di bidang masalah mendasar dan terapan kedokteran regeneratif-plastik meningkat pesat. Sejumlah pendekatan metodologis yang berbeda yang ditujukan pada penggunaan potensi regeneratif-plastik sel punca yang paling optimal telah diuraikan. Ahli jantung dan endokrinologi, ahli saraf dan ahli bedah saraf, ahli transplantasi dan ahli hematologi telah mengidentifikasi bidang minat mereka yang mendesak. Dokter mata, ahli phthisiologi, ahli paru-paru, ahli nefrologi, ahli onkologi, ahli genetika, dokter anak, ahli gastroenterologi, terapis dan dokter anak, ahli bedah dan dokter kandungan-ginekologi sedang mencari solusi untuk masalah mendesak dalam kemampuan plastik sel punca - semua perwakilan kedokteran modern berharap untuk mendapatkan kesempatan untuk menyembuhkan penyakit yang sebelumnya dianggap fatal.

Apakah transplantasi sel adalah “obat mujarab” berikutnya?

Pertanyaan ini tentu saja muncul di benak semua dokter dan ilmuwan yang menganalisis keadaan ilmu kedokteran saat ini. Situasinya menjadi rumit karena di satu sisi medan konfrontasi ilmiah terdapat "konservatif yang sehat", di sisi lain - "fanatik yang sakit" dari transplantasi sel. Jelas, kebenaran, seperti biasa, ada di antara mereka - di "tanah tak bertuan". Tanpa menyentuh masalah hukum, etika, agama, dan moralitas, mari kita pertimbangkan pro dan kontra dari area yang ditunjuk dari pengobatan plastik regeneratif. "Angin sepoi-sepoi" dari laporan ilmiah pertama tentang kemungkinan terapeutik ESC berubah menjadi "angin kencang" setahun setelah penemuannya, yang berputar menjadi "badai informasi" pada tahun 2003. Seri publikasi pertama menyangkut masalah kultur sel induk embrionik, reproduksinya, dan diferensiasi terarah secara in vitro.

Ternyata untuk reproduksi sel induk embrionik yang tidak terbatas dalam kultur, sejumlah kondisi harus benar-benar diperhatikan. Tiga faktor harus ada dalam media yang dikondisikan: interleukin-6 (IL-6), faktor sel induk (SCF), dan faktor penghambat leukase (LIF). Selain itu, sel induk embrionik harus tumbuh pada substrat (lapisan sel pengumpan) fibroblas embrionik dan dengan adanya serum anak sapi janin. Jika kondisi ini terpenuhi, ESC dalam kultur tumbuh sebagai klon dan membentuk badan embrioid - agregat klon suspensi sel bulat. Fitur terpenting dari klon ESC adalah bahwa dalam kultur, badan embrioid berhenti tumbuh ketika 50-60, maksimum 100 sel terakumulasi dalam agregat. Selama periode ini, keadaan keseimbangan terjadi - laju pembelahan sel di dalam klon sama dengan laju apoptosis (kematian sel terprogram) di pinggirannya. Setelah mencapai keseimbangan dinamis tersebut, sel-sel perifer dari badan embrioid mengalami diferensiasi spontan (biasanya dengan pembentukan fragmen endodermal dari kantung kuning telur, angioblas, dan endoteliosit) dengan hilangnya totipotensi. Oleh karena itu, untuk memperoleh jumlah massa sel totipotensi yang cukup, badan embrioid harus dipisahkan setiap minggu dengan transplantasi sel induk embrionik individual ke media nutrisi baru - sebuah proses yang cukup padat karya.

Penemuan sel punca embrionik tidak menjawab pertanyaan tentang apa sebenarnya dan bagaimana memicu program embriogenesis yang dienkripsi dalam DNA zigot. Masih belum jelas bagaimana program genom berlangsung selama kehidupan manusia. Pada saat yang sama, studi sel punca embrionik memungkinkan untuk mengembangkan konsep mekanisme untuk mempertahankan toti-, pluri- dan multipotensi sel punca selama pembelahannya. Ciri pembeda utama dari sel punca adalah kemampuannya untuk bereproduksi sendiri. Ini berarti bahwa sel punca, tidak seperti sel yang berdiferensiasi, membelah secara asimetris: salah satu sel anak menghasilkan garis sel khusus, dan yang kedua mempertahankan toti-, pluri- atau multipotensi genom. Masih belum jelas mengapa dan bagaimana proses ini terjadi pada tahap awal embriogenesis, ketika massa sel bagian dalam yang membelah dari blastokista sepenuhnya totipoten, dan genom ESC berada dalam keadaan tidak aktif (tidur, terhambat). Bahasa Indonesia: Jika selama pembelahan sel biasa proses duplikasi tentu didahului oleh aktivasi dan ekspresi seluruh kompleks gen, maka selama pembelahan ESC ini tidak terjadi. Jawaban atas pertanyaan "mengapa" diperoleh setelah penemuan mRNA yang sudah ada sebelumnya (pre-mRNA) dalam ESC, beberapa di antaranya terbentuk dalam sel folikel dan disimpan dalam sitoplasma sel telur dan zigot. Penemuan kedua menjawab pertanyaan "bagaimana": enzim khusus yang disebut "editases" ditemukan dalam ESC. Editase melakukan tiga fungsi penting. Pertama, mereka menyediakan pembacaan epigenetik alternatif (tanpa partisipasi genom) dan duplikasi pre-mRNA. Kedua, mereka menerapkan proses aktivasi pre-mRNA (penyambungan - pemotongan intron, yaitu, bagian RNA yang tidak aktif yang menghambat proses sintesis protein pada mRNA), setelah itu perakitan molekul protein dimulai di dalam sel. Ketiga, editase mendorong pembentukan mRNA sekunder, yang merupakan penekan mekanisme ekspresi gen, yang mempertahankan kepadatan kromatin dan keadaan gen yang tidak aktif. Produk protein yang disintesis pada mRNA sekunder tersebut dan disebut protein peredam atau pelindung genom terdapat dalam sel telur manusia.

Demikianlah mekanisme pembentukan garis sel immortal dari sel punca embrionik yang disajikan hari ini. Sederhananya, sinyal untuk memulai program embriogenesis, yang tahap awalnya terdiri dari pembentukan massa sel totipoten, berasal dari sitoplasma sel telur. Jika pada tahap ini massa sel internal blastokista, yaitu ESC, diisolasi dari sinyal pengatur lebih lanjut, proses reproduksi sel sendiri terjadi dalam siklus tertutup tanpa partisipasi gen inti sel (secara epigenetik). Jika sel seperti itu diberi bahan nutrisi dan diisolasi dari sinyal eksternal yang mendorong diferensiasi massa sel, ia akan membelah dan mereproduksi jenisnya sendiri tanpa batas.

Hasil pertama dari percobaan untuk menggunakan sel totipoten untuk transplantasi cukup mengesankan: pengenalan sel induk embrionik ke dalam jaringan tikus dengan sistem kekebalan yang dilemahkan oleh imunosupresan menyebabkan perkembangan tumor dalam 100% kasus. Di antara sel-sel neoplasma, yang sumbernya adalah ESC, ada turunan yang dibedakan dari bahan seluler eksogen totipoten, khususnya neuron, tetapi pertumbuhan teratokarsinoma mengurangi nilai hasil yang diperoleh menjadi tidak ada. Pada saat yang sama, dalam karya L. Stevens, ESC yang dimasukkan ke dalam rongga perut membentuk agregat besar di mana otot embrionik, jantung, rambut, kulit, tulang, otot, dan jaringan saraf terbentuk secara fragmentaris. (Ahli bedah yang membuka kista dermoid harus terbiasa dengan gambar ini). Menariknya, sel embrioblas tikus yang ditangguhkan berperilaku dengan cara yang persis sama: pengenalan mereka ke dalam jaringan hewan dewasa yang mengalami gangguan kekebalan selalu menyebabkan pembentukan teratokarsinoma. Tetapi jika garis murni ESC diisolasi dari tumor semacam itu dan dimasukkan ke dalam rongga perut, maka turunan somatik khusus dari ketiga lapisan germinal terbentuk lagi tanpa tanda-tanda karsinogenesis.

Dengan demikian, masalah berikutnya yang harus dipecahkan adalah memurnikan materi seluler dari kotoran sel yang tidak berdiferensiasi. Namun, bahkan dengan efisiensi diferensiasi seluler yang sangat tinggi, hingga 20% sel dalam kultur mempertahankan potensi totipotennya, yang sayangnya, secara in vivo terwujud dalam pertumbuhan tumor. "Ketapel" alam lainnya - dalam skala risiko medis, jaminan pemulihan pasien seimbang dengan jaminan kematiannya.

Hubungan antara sel tumor dan sel progenitor pluripoten embrionik (EPPC), yang perkembangannya lebih maju daripada ESC, cukup ambigu. Hasil penelitian kami menunjukkan bahwa pengenalan EPPC ke berbagai tumor yang dapat ditransplantasikan pada tikus dapat menyebabkan disintegrasi jaringan tumor (G), peningkatan massa tumor yang cepat (D), pengurangannya (E-3), atau tidak memengaruhi ukuran nekrosis fokal sentral spontan jaringan neoplastik (I, K). Jelas bahwa hasil interaksi EPPC dan sel tumor ditentukan oleh total set sitokin dan faktor pertumbuhan yang diproduksi oleh mereka secara in vivo.

Patut dicatat bahwa sel induk embrionik, yang merespons kontak dengan jaringan dewasa dengan karsinogenesis, berasimilasi sempurna dengan massa seluler embrio, dan berintegrasi ke dalam semua organ embrio. Chimera semacam itu, yang terdiri dari sel embrio sendiri dan sel punca embrionik donor, disebut hewan alofen, meskipun, pada kenyataannya, mereka bukanlah chimera fenotipik. Sistem hematopoietik, kulit, jaringan saraf, hati, dan usus halus mengalami chimerisasi seluler maksimum saat sel punca embrionik dimasukkan ke dalam embrio awal. Kasus chimerisasi alat kelamin telah dijelaskan. Satu-satunya zona yang tidak dapat diganggu gugat untuk sel punca embrionik adalah sel germinal primer.

Artinya, embrio mempertahankan informasi genetik orang tuanya, yang melindungi kemurnian dan keberlanjutan genus dan spesies.

Dalam kondisi blokade pembelahan sel embrio awal menggunakan sitoklasina, pengenalan sel induk embrionik ke dalam blastokista mengarah pada perkembangan embrio yang sel germinal utamanya, seperti semua yang lain, terbentuk dari sel induk embrionik donor. Namun dalam kasus ini, embrio itu sendiri sepenuhnya donor, secara genetik asing bagi tubuh ibu pengganti. Mekanisme blokade alami potensi pencampuran informasi herediter sendiri dan asing tersebut belum dijelaskan. Dapat diasumsikan bahwa dalam kasus ini, program apoptosis terwujud, yang determinannya belum kita ketahui.

Perlu dicatat bahwa embriogenesis hewan dari spesies yang berbeda tidak pernah terkoordinasi: ketika melaksanakan program donor organogenesis dalam tubuh embrio penerima sel induk embrionik xenogenik, embrio mati dalam rahim dan diserap kembali. Oleh karena itu, keberadaan chimera "tikus-tikus", "babi-sapi", "manusia-tikus" harus dipahami sebagai mosaikisme seluler, tetapi bukan mosaikisme morfologis. Dengan kata lain, ketika ESC dari satu spesies mamalia dimasukkan ke dalam blastokista spesies lain, keturunan spesies induk selalu berkembang, di mana, di antara sel-sel mereka sendiri dari hampir semua organ, ditemukan inklusi, dan terkadang kelompok unit struktural dan fungsional yang terdiri dari materi genetik asing dari turunan ESC. Istilah "babi yang dimanusiakan" tidak dapat dianggap sebagai sebutan untuk sejenis monster yang diberkahi dengan kecerdasan atau karakteristik eksternal manusia. Ini hanyalah hewan, yang sebagian sel tubuhnya berasal dari ESC manusia yang dimasukkan ke dalam blastokista babi.

Prospek penggunaan sel punca

Telah lama diketahui bahwa penyakit yang terkait dengan genopatologi sel garis keturunan hematopoietik dan limfoid sering dihilangkan setelah transplantasi sumsum tulang alogenik. Penggantian jaringan hematopoietik sendiri dengan sel-sel normal secara genetik dari donor terkait mengarah pada pemulihan sebagian dan terkadang lengkap pasien. Di antara penyakit genetik yang diobati dengan transplantasi sumsum tulang alogenik, perlu dicatat sindrom imunodefisiensi gabungan, agammaglobulinemia terkait-X, granulomatosis kronis, sindrom Wiskott-Aldrich, penyakit Gaucher dan Hurler, adrenoleukodystrophy, leukodistrofi metakromatik, anemia sel sabit, talasemia, anemia Fanconi, dan AIDS. Masalah utama dalam penggunaan transplantasi sumsum tulang alogenik dalam pengobatan penyakit ini terkait dengan pemilihan donor terkait yang kompatibel dengan HbA, untuk pencarian yang berhasil yang membutuhkan rata-rata 100.000 sampel jaringan hematopoietik donor yang diketik.

Terapi gen memungkinkan untuk memperbaiki cacat genetik secara langsung pada sel induk hematopoietik pasien. Secara teoritis, terapi gen memberikan keuntungan yang sama dalam pengobatan penyakit genetik pada sistem hematopoietik seperti transplantasi sumsum tulang alogenik, tetapi tanpa semua kemungkinan komplikasi imunologis. Namun, ini memerlukan teknik yang memungkinkan transfer gen lengkap secara efektif ke dalam sel induk hematopoietik dan mempertahankan tingkat ekspresi yang diperlukan, yang dalam beberapa jenis patologi herediter mungkin tidak terlalu tinggi. Dalam kasus ini, bahkan sedikit pengisian ulang produk protein dari gen yang kekurangan memberikan efek klinis yang positif. Secara khusus, pada hemofilia B, 10-20% dari tingkat normal faktor IX cukup memadai untuk memulihkan mekanisme internal pembekuan darah. Modifikasi genetik bahan seluler autolog telah terbukti berhasil dalam hemiparkinsonisme eksperimental (penghancuran neuron dopaminergik unilateral). Transfeksi fibroblas embrionik tikus dengan vektor retrovirus yang mengandung gen tirosin hidroksilase memastikan sintesis dopamin dalam sistem saraf pusat: pemberian fibroblas yang ditransfeksi secara intraserebral secara tajam mengurangi intensitas manifestasi klinis model eksperimental penyakit Parkinson pada hewan percobaan.

Prospek penggunaan sel punca untuk terapi gen penyakit manusia telah menimbulkan banyak tantangan baru bagi dokter dan peneliti. Aspek terapi gen yang bermasalah dikaitkan dengan pengembangan sistem yang aman dan efektif untuk transportasi gen ke dalam sel target. Saat ini, efisiensi transfer gen ke dalam sel mamalia besar sangat rendah (1%). Secara metodis, masalah ini dipecahkan dengan berbagai cara. Transfer gen in vitro melibatkan transfeksi materi genetik ke dalam sel pasien dalam kultur, dengan pengembaliannya selanjutnya ke tubuh pasien. Pendekatan ini harus diakui sebagai yang optimal saat menggunakan gen yang dimasukkan ke dalam sel punca sumsum tulang, karena metode untuk mentransfer sel hematopoietik dari tubuh ke kultur dan kembali sudah mapan. Retrovirus paling sering digunakan untuk transfer gen ke dalam sel hematopoietik in vitro. Namun, sebagian besar sel punca hematopoietik berada dalam keadaan tidak aktif, yang mempersulit transportasi informasi genetik menggunakan retrovirus dan memerlukan pencarian cara baru transportasi gen yang efektif ke dalam sel punca yang tidak aktif. Saat ini, metode transfer gen seperti transfeksi, mikroinjeksi langsung DNA ke dalam sel, lipofeksi, elektroporasi, "gene gun", penggandengan mekanis menggunakan manik-manik kaca, transfeksi hepatosit dengan penggandengan DNA yang bergantung pada reseptor ke asialoglikoprotein, dan pengenalan transgen secara aerosol ke dalam sel epitel alveolar paru-paru digunakan. Efisiensi transfer DNA dengan metode ini adalah 10,0-0,01%. Dengan kata lain, tergantung pada metode pengenalan informasi genetik, keberhasilan dapat diharapkan pada 10 pasien dari 100 atau pada 1 pasien dari 10.000 pasien. Jelas bahwa metode transfer gen terapeutik yang efektif dan sekaligus aman belum dikembangkan.

Solusi yang berbeda secara mendasar untuk masalah penolakan materi seluler alogenik dalam transplantasi sel adalah penggunaan sel progenitor pluripoten embrionik dosis tinggi untuk mencapai efek pemasangan ulang sistem kontrol homeostasis antigen organisme dewasa (efek Kukharchuk-Radchenko-Sirman), yang intinya terletak pada induksi toleransi imunologis dengan menciptakan basis baru sel imunokompeten dengan pemrograman ulang simultan sistem kontrol homeostasis antigen. Setelah pengenalan EPPC dosis tinggi, yang terakhir difiksasi dalam jaringan timus dan sumsum tulang. Di timus, EPPC, di bawah pengaruh lingkungan mikro tertentu, berdiferensiasi menjadi sel dendritik, sel interdigitate, dan elemen epitel-stroma. Selama diferensiasi EPPC di kelenjar timus penerima, bersama dengan molekul kompleks histokompatibilitas mayor (MHC) milik penerima sendiri, molekul MHC yang ditentukan secara genetik dalam sel donor diekspresikan, yaitu, standar ganda molekul MHC ditetapkan, yang dengannya seleksi positif dan negatif limfosit T terwujud.

Dengan demikian, pembaruan hubungan efektor sistem imun penerima terjadi melalui mekanisme yang diketahui dari seleksi positif dan negatif limfosit T, tetapi melalui standar ganda molekul MHC - EPPC penerima dan donor.

Pemrograman ulang sistem imun menggunakan EPPC tidak hanya memungkinkan transplantasi sel tanpa penggunaan imunosupresan jangka panjang berikutnya, tetapi juga membuka prospek yang sama sekali baru dalam pengobatan penyakit autoimun, dan menyediakan pijakan untuk pengembangan ide-ide baru tentang proses penuaan manusia. Untuk memahami mekanisme penuaan, kami telah mengusulkan teori penipisan ruang induk tubuh. Menurut ketentuan utama teori ini, penuaan adalah pengurangan permanen dalam ukuran ruang induk tubuh, yang dipahami sebagai kumpulan sel induk regional ("dewasa") (sel induk mesenkimal, neuronal, hematopoietik, sel progenitor kulit, saluran pencernaan, epitel endokrin, sel pigmen lipatan silia, dll.), yang mengisi kembali kehilangan seluler dari jaringan yang sesuai dalam proses perombakan tubuh. Perombakan tubuh adalah pembaruan komposisi seluler semua jaringan dan organ karena sel ruang induk, yang berlanjut sepanjang kehidupan organisme multiseluler. Jumlah sel dalam ruang batang ditentukan secara genetik, yang menentukan ukuran terbatas (potensi proliferatif) setiap ruang batang. Pada gilirannya, ukuran ruang batang menentukan laju penuaan organ, jaringan, dan sistem tubuh individu. Setelah penipisan cadangan seluler ruang batang, intensitas dan laju penuaan organisme multiseluler ditentukan oleh mekanisme penuaan sel somatik yang berdiferensiasi dalam batas Hayflick.

Oleh karena itu, pada tahap ontogenesis pascanatal, perluasan ruang sel induk tidak hanya dapat meningkatkan harapan hidup secara signifikan, tetapi juga meningkatkan kualitas hidup dengan memulihkan potensi remodeling tubuh. Perluasan ruang sel induk dapat dicapai dengan memperkenalkan dosis besar sel progenitor pluripoten embrionik alogenik, asalkan sistem kekebalan penerima diprogram ulang secara bersamaan, yang secara signifikan meningkatkan harapan hidup tikus tua dalam percobaan.

Teori penipisan ruang sel punca dapat mengubah gagasan yang ada tidak hanya tentang mekanisme penuaan, tetapi juga tentang penyakit, serta konsekuensi dari pengobatan yang diinduksi obat. Secara khusus, penyakit ini dapat berkembang sebagai akibat dari patologi sel-sel ruang sel punca (onkopatologi). Penipisan cadangan sel punca mesenkim mengganggu proses remodeling jaringan ikat, yang mengarah pada munculnya tanda-tanda penuaan eksternal (kerutan, kulit lembek, selulit). Penipisan cadangan sel punca sel endotel menyebabkan perkembangan hipertensi arteri dan aterosklerosis. Ukuran ruang sel punca timus yang awalnya kecil menentukan involusi permanen terkait usia dini. Penuaan dini merupakan konsekuensi dari penurunan patologis awal dalam ukuran semua ruang sel punca tubuh. Stimulasi obat dan non-obat terhadap cadangan sel punca meningkatkan kualitas hidup dengan mengurangi durasinya, karena mengurangi ukuran ruang sel punca. Rendahnya efisiensi geroprotektor modern disebabkan oleh efek perlindungannya pada sel-sel somatik terdiferensiasi yang menua, dan bukan pada ruang-ruang batang tubuh.

Sebagai penutup, kami ingin mencatat sekali lagi bahwa pengobatan plastik regeneratif merupakan arah baru dalam pengobatan penyakit manusia yang didasarkan pada penggunaan potensi plastik regeneratif sel punca. Dalam hal ini, plastisitas dipahami sebagai kemampuan sel punca eksogen atau endogen untuk ditanamkan dan menghasilkan tunas sel khusus baru di area jaringan yang rusak pada organisme yang sakit. Sasaran pengobatan plastik regeneratif adalah penyakit manusia yang fatal yang saat ini tidak dapat disembuhkan, patologi keturunan, penyakit yang metode pengobatan tradisionalnya hanya memberikan efek simptomatis, serta cacat anatomi tubuh, yang pemulihannya merupakan tujuan bedah regeneratif plastik rekonstruktif. Menurut pendapat kami, masih terlalu dini untuk mempertimbangkan upaya pertama untuk menciptakan kembali organ yang utuh dan berfungsi lengkap dari sel punca sebagai bidang pengobatan praktis yang terpisah. Subjek pengobatan plastik regeneratif adalah sel punca, yang, tergantung pada sumber penerimaannya, memiliki potensi plastik regeneratif yang berbeda. Metodologi pengobatan plastik regeneratif didasarkan pada transplantasi sel punca atau turunannya.