Sel Bagian Pertama: Sel Punca yang Berasal dari Jaringan Adiposa (ASCs)
Dengan meningkatkan kemampuan regenerasi alami tubuh, kedokteran regeneratif menawarkan harapan besar dalam memperbaiki jaringan dan organ yang rusak serta mengembalikan fungsi normal. Rekayasa jaringan, kedokteran, dan biologi molekuler adalah beberapa teknik dan spesialisasi yang digunakan dalam bidang interdisipliner ini untuk menggantikan, merekayasa, atau meregenerasi sel, jaringan, atau organ dengan tujuan memulihkan atau mengembalikan fungsi normal.
Dalam hal ini, banyak jenis sel, termasuk sel punca mezenkimal dewasa, telah diteliti untuk aplikabilitas mereka dalam kedokteran regeneratif. Kemampuan MSC (sel punca mezenkimal) untuk berdiferensiasi menjadi sel-sel asal mezenkimal seperti osteoblas, adiposit, miosit, dan kondrosit memunculkan minat terhadap potensi mereka untuk terapi berbasis sel di masa depan. Sel punca yang kompatibel dengan sistem kekebalan tubuh yang dihasilkan dari jaringan yang sudah berdiferensiasi, tidak rentan terhadap masalah etis seperti halnya sel punca embrio. MSC sering diekstraksi dari sumsum tulang dan merupakan sumber sel yang menarik untuk kedokteran regeneratif karena ketersediaannya yang luas.
Namun, MSC yang berasal dari sumsum tulang tidak cocok untuk penggunaan klinis karena metode aspirasi yang sangat invasif yang diperlukan dan penurunan kemampuan proliferasi dan diferensiasi mereka seiring bertambahnya usia. Zuk dkk. memperkenalkan populasi sel punca nenek moyang yang multipoten, tidak terdiferensiasi, dan dapat memperbaharui diri yang diperoleh dari jaringan adiposa yang secara morfologis dan fenotipik serupa dengan MSC pada awal abad kedua puluh satu sebagai alternatif sumber sel punca. Menurut Internal Fat Applied Technology Society, sel punca yang disebut adipose-derived stem cells (ASCs) ini memiliki kapasitas diferensiasi yang serupa dengan MSC dan mengekspresikan penanda sel punca unik. Pentingnya ASC sebagai sumber sel alternatif yang digunakan secara klinis ditunjukkan oleh kemudahan akses berulang ke jaringan adiposa subkutan melalui metode yang minim invasif, prosedur isolasi yang sederhana, dan kualitas dan kapasitas proliferasi sel punca yang tidak menurun seiring bertambahnya usia pasien.
Pemisahan dan Karakterisasi
Adiposit matang dan fraksi vaskular stroma yang heterogen (terdiri dari fibroblas, sel endotel, preadiposit, sel otot polos vaskular, limfosit, monosit, dan ASC) membentuk sebagian besar jaringan adiposa subkutan. Pencernaan kolagenase yang diikuti dengan pemisahan gradien kepadatan sentrifugal adalah metode yang paling banyak digunakan untuk memisahkan ASC dari jaringan lemak. ASC memiliki morfologi berbentuk batang di dalam kultur in vitro dan tidak memiliki droplet lipid intraseluler seperti adiposit. Kultur monolayer pada cawan jaringan standar dengan medium basal yang mengandung 10% serum fetal bovin sering digunakan untuk mengembangkan ASC yang terisolasi. Namun, dalam hal translasi klinis, proliferasi ASC di dalam kultur in vitro harus mematuhi standar praktik manufaktur yang baik. Komponen xenogenik untuk budidaya sel harus dihindari dalam situasi ini. Platelet lysate manusia, yang lebih unggul dalam hal kecepatan proliferasi dan allogenicity, baru-baru ini ditemukan sebagai alternatif yang menjanjikan.
Aplikasi Terapeutik Sel Punca yang Berasal dari Jaringan Adiposa
Karena potensi mereka untuk berdiferensiasi menjadi berbagai jenis sel, termasuk ASC, sel punca telah menjadi komponen penting dalam terapi kedokteran regeneratif. Selain itu, kemampuan mereka untuk mengeluarkan berbagai sitokin, kemokin, dan faktor pertumbuhan secara parakrin membuat mereka sangat menarik secara klinis. Aksi anti-apoptosis, anti-peradangan, proangiogenik, imunomodulatori, dan anti-parut yang telah tercatat untuk ASC memiliki kepentingan khusus, menjadikan sel-sel ini sebagai kandidat ideal untuk pengobatan seluler dalam kedokteran regeneratif.
Di situs web National Institutes of Health Amerika Serikat, terdapat sekitar 130 studi klinis aktif yang mengeksplorasi potensi ASC. Regenerasi jaringan lunak, perbaikan jaringan tulang, cedera iskemik, serangan jantung, dan penyakit imunologi (termasuk lupus, arthritis, penyakit Crohn, multiple sclerosis, diabetes mellitus, dan penyakit graft-versus-host) semuanya termasuk dalam studi klinis ini. Degenerasi cakram intervertebralis dan penyakit paru, sebagai contoh, adalah target terapi lain yang sedang diselidiki dalam studi klinis tersebut.
Potensi Mesodermal Sel Punca yang Berasal dari Jaringan Adiposa
Karena asal-usul mereka, awalnya ASC digunakan dalam kedokteran regeneratif untuk regenerasi mesodermal, dengan penekanan pada potensi mereka dalam aplikasi osteogenik, adipogenik, kondrogenik, dan selanjutnya kardiovaskular.
Regenerasi Tulang Rawan dan Cakram Intervertebralis
Jaringan rangka semakin terganggu seiring penuaan populasi. Akibatnya, masalah muskuloskeletal kini menjadi penyebab utama disabilitas dan morbiditas di seluruh dunia, yang berakibat pada biaya yang besar bagi sistem perawatan kesehatan dan sosial. Pada lansia, gangguan kronis dan inflamasi pada sendi dan tulang belakang, seperti osteoartritis dan nyeri punggung bawah akibat degenerasi cakram intervertebralis, merupakan sumber utama disabilitas. Dengan berinteraksi dengan kondrosit lokal atau eksplan kartilago pada kerusakan kartilago, ASC yang ditransplantasikan memainkan peran penting dalam keberhasilan terapi seluler untuk perbaikan tulang rawan.
Namun, mekanisme di balik aksi parakrin ASC pada kondrosit masih belum diketahui. Efek penyembuhan in vivo tercapai ketika ASC dan kondrosit dicampur dan diimplan ke dalam lesi kartilago. Setelah kultur bersama, anggota keluarga BMP (BMP-2, BMP-4, dan BMP-5) menurun, sementara VEGF B, HIF-1, FGF-2, dan PDGF menurun secara dramatis. Temuan ini mengimplikasikan bahwa interaksi antara ASC dan kondrosit dapat membantu perbaikan dan regenerasi kartilago, serta rekayasa jaringan kartilago.
Regenerasi Jaringan Lemak
Indikasi pertama untuk transplantasi lemak adalah perbaikan deformitas kosmetik dan rekonstruksi payudara setelah mastektomi. Karena kanker payudara masih merupakan keganasan yang paling umum pada wanita, pendekatan inovatif untuk rekonstruksi payudara pascaoperasi terus dikembangkan. Peningkatan dengan SVF autologus, faktor pertumbuhan yang berasal dari trombosit, hormon, dan/atau insulin digunakan dalam pendekatan modern ini untuk meningkatkan grafting lemak autologus. Keberadaan ASC dalam SVF kemungkinan menjadi faktor dalam peningkatan viabilitas graft lemak dengan prosedur-prosedur ini. Juga diketahui bahwa faktor pertumbuhan fibroblas-2 (FGF-2) meningkatkan proliferasi ASC dan sekresi hepatosit pertumbuhan faktor (HGF) melalui jalur sinyal c-Jun N-terminal kinase (JNK) dalam proses regenerasi jaringan adiposa setelah cedera, di antara faktor-faktor pertumbuhan terkait cedera lainnya.
Meskipun rekonstruksi payudara telah menjadi tujuan klinis yang paling umum untuk terapi ASC, bidang bedah plastik dan rekonstruktif sekarang memiliki berbagai penggunaan. Sifat rahasia ASC yang memungkinkan mereka menghasilkan sitokin, kemokin, dan faktor pertumbuhan dapat membantu pengembangan terapi anti-parut yang sukses dan inovatif. Parut hipertrofik berkembang setelah cedera sebagai akibat dari penimbunan matriks ekstraseluler yang tidak normal (kolagen), remodeling, atau peradangan. Meskipun berbagai terapi untuk pengobatan parut hipertrofik kini tersedia (misalnya, eksisi, laser, injeksi IFN, dan sebagainya), belum ada yang terbukti sepenuhnya efisien dalam mencegah pembentukan jaringan parut yang berlebihan atau regenerasi jaringan dermis yang sehat. Kemampuan ADSC untuk mencegah pembentukan parut hipertrofik dengan mengeluarkan sitokin anti-fibrosis dan menurunkan ekspresi gen -SMA dan kolagen tipe I terbukti dalam model parut hipertrofik pada telinga kelinci dengan menyuntikkan ASC secara lokal ke lesi.
Regenerasi Tulang
Efikasi regeneratif ASC yang ditransplantasikan dari tikus, kelinci, dan manusia pada perbaikan tulang dalam berbagai sistem defek telah diteliti dalam beberapa penelitian. Sebagai contoh, penyakit pinggul yang menyakitkan akibat nekrosis avaskular pada kepala femur sering berkembang menjadi osteoartritis dan memerlukan penggantian pinggul total. ASC autologus disuntikkan langsung ke kepala femur dalam uji coba hewan kecil. ASC meningkatkan osteogenesis dan struktur mikro dari jaringan osteonekrosis yang diinduksi oleh deprivasi vaskular dua bulan setelah operasi. Dalam studi kasus, campuran ASC autologus dan sel spons dari krista iliaka digunakan untuk membangun kembali defek kranial seorang gadis muda setelah cedera kepala serius. Sementara infeksi kronis setelah operasi rekonstruktif mengakibatkan tengkorak yang tidak stabil dengan kelainan tulang yang terlihat, perkembangan tulang baru dan kontinuitas kranial yang hampir sempurna ditemukan 3 bulan setelah injeksi sel.
Regenerasi Kardiovaskular dan Miokardial
Analisis molekuler ASC tidak hanya mengungkapkan perkembangan osteogenik, adipogenik, dan kondrogenik mereka in vitro, tetapi juga menunjukkan bahwa mereka memiliki kemampuan untuk mengembangkan jalur mesodermal melalui proliferasi miogenik. Terapi sel untuk regenerasi jaringan kardiovaskular dan jantung telah menarik banyak perhatian dalam beberapa tahun terakhir. Berbagai jenis sel telah terbukti menguntungkan, terutama dalam regenerasi miokardium iskemik. Dengan mengurangi apoptosis kardiomiosit atau mengaktifkan sel punca jantung untuk meningkatkan kardiomiogenesis, faktor parakrin dapat meningkatkan fungsi jantung. Potensi terapeutik ASC dalam pengaturan gagal jantung kronis atau infark miokard akut telah diteliti dengan menyuntikkan mereka ke dalam koroner. ASC mengapit di daerah infark 4 minggu setelah transplantasi sel dan meningkatkan fungsi jantung, perfusi, dan remodeling setelah infark miokard akut.
Selain itu, ASC menarik perhatian sebagai sumber sel interstisial untuk mengisi struktur katup jantung dan telah diteliti untuk digunakan dalam rekayasa jaringan kardiovaskular. Telah terbukti bahwa ASC dapat menciptakan komponen matriks seperti kolagen dan elastin, serta mengeluarkan zat kimia yang meningkatkan atau menghancurkan matriks, untuk mereplikasi struktur jaringan utama yang penting untuk kinerja katup yang benar. ASC dapat berdiferensiasi menjadi sel dengan karakteristik fenotipik dan fungsional dari sel endotelial, yang penting untuk sifat anti-trombogenik konstruksi katup jantung.
Potensi Ektodermal ASC
Ketika dikultur dalam keberadaan agen diferensiasi asam valproat, hidroksianisole butilat, insulin, dan hidrokortison, ASC telah terbukti menunjukkan penanda khas dari kedua jalur neuronal (NSE, nestin, MAP2, -tubulin III) dan glial (GFAP, NG2, p75 reseptor NGF). Kemampuan diferensiasi neuron ASC dapat berguna dalam terapi sel untuk gangguan neurologis seperti stroke atau penyakit Parkinson. Stroke disebabkan oleh iskemia serebral, yang memicu serangkaian peristiwa fisiologis dan biokimia.
Saat ini, tidak ada pengobatan yang efektif untuk stroke. Namun, terapi sel punca memiliki potensi untuk membalikkan efek stroke. Potensi ASC untuk berdiferensiasi menjadi sel-sel mirip neuron, serta temuan-temuan terbaru yang menunjukkan bahwa ASC manusia melindungi kelangsungan hidup neuron endogen, menunjukkan bahwa sumber sel ini memiliki manfaat terapeutik yang tinggi untuk terapi stroke. Penggantian sel langsung, angiogenesis, peningkatan imunosupresi, dan perbaikan kelangsungan hidup neuron endogen diketahui membantu gejala stroke. Namun, penelitian lebih lanjut diperlukan untuk meningkatkan efektivitas ASC yang ditransplantasikan sebagai pengobatan untuk stroke dan gangguan neurologis lainnya.
Regenerasi Hati
Meskipun jalur molekuler di balik diferensiasi hati masih belum diketahui, ASC yang diobati dengan HGF, oncostatin M, dan dimetil sulfoksida (DMSO) memiliki kemampuan untuk membentuk fenotipe yang mirip dengan hepatosit yang mengekspresikan albumin dan -fetoprotein. Sel-sel yang mirip dengan hepatosit ini juga memiliki kemampuan untuk menyerap lipoprotein densitas rendah dan menghasilkan urea. Selain itu, ketika ASC ditransplantasikan ke dalam model hewan SCID yang terluka CCl4, mereka dapat berkembang menjadi hepatosit dan mengekspresikan albumin secara in vivo.
Regenerasi Pankreas
Selain kemampuan ASC untuk berdiferensiasi menjadi jalur hati, diferensiasi endodermal in vitro menjadi jalur pankreas juga telah ditunjukkan. DSC manusia tidak hanya mengekspresikan penanda pankreas seperti PDX1, CK19, IPF-1, dan nestin setelah induksi dengan ekstrak pankreas yang sedang meregenerasi atau kultur bersama dengan sel punca pankreas dewasa in vitro, tetapi juga menghasilkan hormon pankreas seperti insulin, somatostatin, dan glukagon. ADSC memiliki kemampuan untuk berkembang menjadi jalur sel pankreas secara fenotipik sebagai respons terhadap ekstrak pankreas yang sedang meregenerasi atau dengan kultur bersama dengan sel punca pankreas dewasa.
Pembekuan Sel Punca yang Berasal dari Jaringan Adiposa
Pemeliharaan dan penyimpanan ASC merupakan hal penting untuk praktik klinis dan logistik dalam penggunaan sel autologus berbasis harapan pasien di masa depan. Untuk melakukannya, sel-sel tersebut harus dibekukan tanpa kehilangan kemampuan untuk berkembang biak dan berdiferensiasi, serta fungsionalitas mereka. Sementara itu, rejimen baru untuk penggunaan klinik telah dirancang. Pengurangan bahan pengawet sitotoksik DMSO, serta teknik bebas xenogeneik dan secara kimia terdeskripsi, menjadi tujuan utama. Telah ditunjukkan bahwa pemeliharaan jaringan adiposa selama lebih dari dua tahun memungkinkan.
Metode untuk Meningkatkan Efek Terapeutik ASCs
Kemampuan ASC untuk mengeluarkan jumlah besar faktor pertumbuhan tertentu, sitokin, dan zat parakrin lainnya di lingkungan target mereka dapat digunakan untuk aplikasi regenerasi terapeutik yang membutuhkan pelepasan obat yang teratur. Saat ini, upaya sedang dilakukan untuk memahami, meningkatkan, dan memanfaatkan proses parakrin sel punca untuk regenerasi jaringan guna mendukung hipotesis ini. Sebagai contoh, sejumlah teknik yang berbeda yang berfokus pada modifikasi genetik dan pra-pemrosesan in vitro ASC telah diteliti dalam upaya untuk meningkatkan jumlah faktor trofik yang dilepaskan saat distribusi sel di dalam tubuh.
Potensi konsep ini untuk regenerasi osteokondral telah terbukti. Karakteristik osteogenik ASC ditingkatkan dalam investigasi in vitro dengan mentransduksi sel-sel ini dengan adenovirus, yang menghasilkan peningkatan sintesis protein morfogenik tulang seperti BMP2 dan BMP4. Demikian pula, ASC dimodifikasi untuk mengeluarkan tingkat signifikan VEGF guna meningkatkan sifat angiogenik mereka dalam jaringan iskemik. Yang mengejutkan, aktivitas regenerasi tergantung tidak hanya pada zat larut yang diproduksi di dalam tubuh oleh ASC, tetapi juga pada aktivasi sekretom penerima sendiri.
ASC sebagai All-Rounder dalam Kedokteran Regeneratif
ASC memiliki dasar yang baik untuk berbagai aplikasi terapeutik dalam kedokteran regeneratif karena kemampuan diferensiasi jalur tri-germ mereka. Selain itu, sifat imunosupresif ASC menjadikannya populasi sel yang menarik dan klinis relevan untuk pengobatan berbagai gangguan yang terkait dengan sistem kekebalan, seperti penyakit graft-versus-host, penyakit Crohn, dan rematoid artritis.
Di sisi lain, vaskularisasi adalah salah satu prasyarat paling penting untuk penyembuhan jaringan, selain pemulihan jaringan itu sendiri. Telah terbukti bahwa ASC mudah berdiferensiasi menjadi sel endotelial dan membentuk struktur mirip pembuluh darah yang cepat dan sederhana pada substrat Matrigel dengan fungsi endotelial yang diasumsikan, yang menunjukkan bahwa mereka adalah pengatur utama pembentukan pembuluh darah baru. Selain itu, pembentukan pembuluh darah telah dilaporkan setelah injeksi ASC secara tunggal atau bersamaan dengan jenis sel lain dalam banyak penelitian, termasuk pengobatan infark miokard, regenerasi epitel, dan penyembuhan jaringan otak.
Penyimpanan Sel Punca yang Berasal dari Jaringan Adiposa
AABB dan FACT, bersama dengan NetCord, telah mengadopsi standar global untuk sistem manajemen mutu dan persyaratan teknis bagi bank darah tali pusat (UCB). Meskipun persyaratan FACT-NetCord CB independen tetapi konsisten dengan standar terapi sel mereka, persyaratan ini juga diintegrasikan ke dalam standar terapi sel mereka secara umum. Meskipun ada variasi dan perbedaan dalam proses etis dan hukum yang mengatur penggunaan ASC dalam terapi, standar dan tindakan pencegahan yang luas telah diterapkan. Dalam kasus sel punca hematopoietik dan CB, penyimpanan jangka panjang ASC kini memungkinkan berkat cryovial atau cryo-bag yang digunakan dalam operasi manual serta sistem otomatis semi-tertutup atau tertutup. Di sisi lain, bank sel punca pada umumnya menggunakan cryo-bag khusus untuk memfasilitasi metode kultur dan pengendalian mutu seperti yang digunakan untuk membekukan dan menyimpan sel punca CB sesuai dengan regulasi GMP. Kontainer yang diperlukan untuk penyimpanan dan pengiriman ke titik perawatan pada umumnya sama dengan yang digunakan dalam perbankan UCB di seluruh dunia.
Penyimpanan jangka panjang sel punca yang berasal dari sumsum tulang dan jaringan adiposa juga semakin umum. Menurut sebuah penelitian terbaru, jaringan adiposa dan ASC dapat disimpan beku selama hingga 44 bulan sebelum digunakan. Namun, pandangan tentang viabilitas, fungsionalitas, dan integritas sel masih kurang, dan penelitian lebih lanjut diperlukan untuk menentukan apakah penyimpanan jangka panjang memungkinkan. Suhu rendah tidak akan menghentikan agen infeksius untuk tumbuh dalam kasus infeksi bakteri/virus, yang menyiratkan bahwa dengan agen yang konstan seperti koronavirus, pengendalian mutu jangka panjang pada berbagai titik waktu menjadi tantangan signifikan selama pemeliharaan beku.
Tumorigenesis
Wang et al. menjelaskan kecocokan ASC untuk pengobatan karsinoma hepatoseluler, antara lain. Melalui penurunan sinyal Akt, jalur sinyal yang mempromosikan kelangsungan hidup sel dan pertumbuhan sebagai respons terhadap sinyal ekstraselular, ASC menekan proliferasi dan pembelahan sel karsinoma hepatoseluler serta memicu kematian sel karsinoma hepatoseluler.
Ketika ASC digunakan untuk rekonstruksi kanker, sifat penting mereka dalam regenerasi jaringan juga dapat menghasilkan potensi berbahaya dalam merangsang perkembangan tumor. Penggunaan ASC, dan secara lebih luas MSC, menyebabkan stimulasi tumor yang mengarah pada pengimplanan sel di massa tumor. Pada kasus kanker payudara, sel kanker merangsang MSC untuk mengeluarkan kemokin CCL5, yang kemudian bertindak secara parakrin pada sel kanker untuk meningkatkan motilitas sel, invasi, dan metastasis.
Selain itu, ditemukan bahwa ASC manusia berinteraksi dengan sel kanker skuamosa manusia. Dalam kultur bersama dengan ASC, kecenderungan invasif sel karsinoma skuamosa secara dramatis meningkat, menunjukkan risiko onkologis yang lebih tinggi.
Beberapa penelitian telah menunjukkan bahwa ASC meningkatkan proliferasi sel kanker, yang menunjukkan bahwa ASC dapat mempromosikan pertumbuhan tumor yang sudah ada meskipun mereka sendiri tidak membentuk tumor. Oleh karena itu, penggunaan ASC untuk pengobatan gangguan kanker tidak disarankan karena dapat menyebabkan efek negatif yang serius. Meskipun perilaku ganas MSC belum tercatat dalam penelitian klinis hingga saat ini, studi ini tidak boleh diabaikan ketika mempertimbangkan aplikasi klinis ASC manusia untuk terapi regeneratif.
Kesimpulan
ASC telah dianggap menguntungkan dalam terapi regeneratif untuk berbagai proses penyakit karena manfaat terapeutik yang menjanjikan. Dalam berbagai alasan, ASC dianggap sangat baik untuk digunakan dalam terapi regeneratif. Mereka dapat diambil, diolah, dan diperbanyak dengan cara yang minim invasif, sederhana, dan efektif, dan mereka memiliki potensi tinggi untuk bertransformasi menjadi sel dewasa dalam jalur mesodermal, ektodermal, dan endodermal. Sel punca in vitro telah mencapai kemajuan signifikan dalam hal isolasi, karakteristik morfologis, biologi molekuler, dan kapasitas diferensiasi dalam beberapa tahun terakhir, dan sekarang jelas bahwa ASC dapat memberikan manfaat terapeutik.
Secara lebih spesifik, mereka tidak hanya berfungsi sebagai sel progenitor khusus jaringan, tetapi juga bekerja melalui berbagai mekanisme, termasuk angiogenesis yang dimediasi parakrin, peradangan, homing sel, kelangsungan hidup sel, dan proses terkait lainnya. Wawasan mendasar ini telah membantu secara bertahap menyempurnakan kesenjangan antara pengetahuan dasar dan aplikasi klinis, sementara ASC telah diuji dalam uji klinis di seluruh dunia, yang menunjukkan bahwa mereka aman dan praktis dalam berbagai skenario.