Aplikasi klinik : stem cells

Aplikasi klinik : stem cells

Disusun oleh

dr Nyayu Fauziah Zen M Kes

Bag. Biologi Kedokteran

FK Unsri

SUB POKOK BAHASAN

PENDAHULUAN

Tipe stem sel

Penggunaan stem cells untuk keperluan medis

PENDAHULUAN

STEM CELL

Adalah sel-sel yang belum berdiferensiasi yang dapat berproliferasi dalam jangka waktu tidak terbatas dan juga dapat diinduksi untuk berdiferensiasi menjadi berbagai tipe sel dengan fungsi khusus.

Pada Manusia dan beberapa hewan mamalia Stem cell telah diidentifikasi pada inner cell mass ( ICM) blastisis, jaringan fetus, umbilical cord, plasenta, dan organ dewasa.

Pada Manusia dan beberapa hewan mamalia Stem cell telah diidentifikasi pada inner cell mass ( ICM) blastisis, jaringan fetus, umbilical cord, plasenta, dan organ dewasa.

Suatu sel prekursor yang berpotensi untuk berkembang menjadi berbagai macam sel yang berbeda (sel beta pancreas, kondrosit, sel neuron, dll).

Stem cells dapat membelah tanpa batas untuk menggantikan sel lain sehingga berperan seperti suatu sistem perbaikan sel dalam tubuh.

Setiap stem cell dapat membelah menjadi sel lain yang terspesialisasi maupun menjadi stem cell yang baru.

PENDAHULUAN

Beberapa jaringan pada organisme dewasa seperti sumsum tulang mengandung stem sel, yang memiliki kemampuan berdiferensiasi menjadi berbagai tipe sel yang menyusun jaringan organisme hidup. Namun demikian jaringan yang memiliki sifat demikian jarang terdapat pada organisme dewasa.

PENDAHULUAN

Hal ini dapat dilihat pada sel embrio, dimana mereka memiliki kemampuan berproliferasi dalam lingkungan in vitro secara tidak terbatas dan dapat diinduksi untuk berdiferensiasi menjadi berbagai tipe sel, dan hal inilah yang membuat embrionik stem sel menjadi fokus perhatian ilmiah dalam potensi stem sel untk menyembuhkan berbagai penyakit degeneratif.

Tipe - tipe

ADULT STEM CELLS

EMBRYONIC STEM CELLS

PLACENTAL STEM CELLS

(Cord Blood Stem Cells)

Amniotic fluid Stem cells

ADULT STEM CELLS (ASC)

Adult Stem cells (ASC).

Adalah sel-sel yang belum berdiferensiasi yang terdapat pada jaringan yang telah berdiferensiasi, seperti sumsum tulang, otak, ataupun pada tubuh hewan dewasa.

Mereka dapat berproliferasi dalam tubuh dan membuat kopi yang identik dengan mereka selama kehidupan organisme, atau menjadi spesial untuk menghasilkan tipe sel dari jaringan asal.

Sumber ASC termasuk sumsum tulang, darah, mata otak, otot skeleton, hati , kulit, saluran gastro intestinal, dan pancreas.

Beberapa ASC adalah Multipoten. Misalnya, stem sel dari sumsum tulang (jaringan mesoderm) dapat berkembang menjadi sel otak (derivat ektoderm, stem sel dari otak dapat berkembang menjadi sel-sel darah dan jaringan otot.

Walaupun demikian penemuan-penemuan ini perlu diverifikasi, apakah penelitian-penelitian tersebut menggunakan ASC yang memiliki plastisitas atau mungkin sebaliknya, mereka menggunakan jaringan yang mengandung beberapa tipe stem sel yang pada akhirnya masing-masing tipe sel tersebut berkembang hanya menjadi tipe sel tunggal.

Jenis Adult stem cells (ASC)

Hematopoietic stem cell (HSC)

Neural stem cell

Mesenchymal stem cells

Hematopoietic stem cell

Adalah salah satu dari sedikit ASC yang diisolasi pada manusia

Terdapat pada:

Sumsum tulang

Hati dam limpa fetus

Umbilical cord

Mempunyai sifat plastisitas: dalam kondisi tertentu dapat menghasilkan jaringan lain diluar sistem darah ( a.l. berkembang menjadi sel hati, jar. Otot, jantung, dan perkembangan sel-sel saraf, sel epitel paru, usus, kulit) penelitian pada mencit

Stem cell division and differentiation.

A - stem cell;

B - progenitor cell;

C - differentiated cell;

1 - symmetric stem cell division;

2 - asymmetric stem cell division;

3 - progenitor division;

4 - terminal differentiation

15

Embryonic Stem Cells

ES cells diambil dari inner cell mass (suatu kumpulan sel yang terletak di satu sisi blastocyst yang berumur 5 hari dan terdiri dari ~100 sel).

Dapat berkembang biak secara terus menerus dalam media kultur optimal dan pada keadaan tertentu dapat diarahkan untuk berdiferensiasi menjadi berbagai sel yang terdiferensiasi seperti sel jantung, sel kulit, neuron, hepatosit dan sebagainya.

Embrio ini tidak dapat berkembang melebihi tahapan blastosit jika tidak diimplankan ke uterus.

Embryonic Germ Cell

EG cells diisolasi dari primordial germ cells fetus.

Kegunaan Stem Cells

Pembuatan sel dan jaringan untuk terapi medis.

Contoh penyakit yang berpeluang untuk diterapi menggunakan stem cells adalah Parkinson, Alzheimer, kerusakan pusat system saraf, stroke, diabetes, rheumatoid arthritis, luka bakar, infark jantung, dll.

The U.S. National Institutes of Health's Guidelines (Agustus 2000)

"...research involving human pluripotent stem cells...promises new treatments and possible cures for many debilitating diseases and injuries, including Parkinson's disease, diabetes, heart disease, multiple sclerosis, burns and spinal cord injuries. The NIH believes the potential medical benefits of human pluripotent stem cell technology are compelling and worthy of pursuit in accordance with appropriate ethical standards." (www.wikipedia.org/stemcell)

Embryonic vs adult stem cells

ES cells are pluripotent

AS cells found in small amounts throughout body

Most AS cells appear to be multipotent

ES cells come from ICM of blastocyst

Reproduced by permission of the NIH

24

There are several different kinds of stem cells. We will learn about embryonic stem cells (ES cells) and adult stem cells (AS cells).

ES cells are found in an early embryo called a blastocyst. A blastocyst is a hollow sphere of approximately 100 cells that exists from about day 5 to day 10 after conception.

The ES cells in a blastocyst are part of the inner cell mass (ICM). These cells can be removed from the blastocyst and put into culture, where they can be kept alive and encouraged to make identical copies of themselves (stem cell line). This procedure destroys the blastocyst.

ES cells are pluripotent - they have the ability to become any type of cell in the body (except for cells in the placenta or umbilical cord) The cells surrounding the ICM become the placenta and the umbilical cord.

AS cells are found in almost every organ of the body. But they occur in small numbers and are hard to isolate.

Most AS cells appear to be multipotent - they can become one of only a limited number of cell types. However, the latest research suggests that some AS cells may have more differentiation potential than was previously thought. For example, mice brain stem cells (which are AS cells) gave rise to most if not all cells in the body. AS cells may one day become an alternative to the more ethically-controversial ES cells.

There are several different kinds of stem cells. We will learn about embryonic stem cells (ES cells) and adult stem cells (AS cells).

ES cells are found in an early embryo called a blastocyst. A blastocyst is a hollow sphere of approximately 100 cells that exists from about day 5 to day 10 after conception.

The ES cells in a blastocyst are part of the inner cell mass (ICM). These cells can be removed from the blastocyst and put into culture, where they can be kept alive and encouraged to make identical copies of themselves (stem cell line). This procedure destroys the blastocyst.

ES cells are pluripotent - they have the ability to become any type of cell in the body (except for cells in the placenta or umbilical cord) The cells surrounding the ICM become the placenta and the umbilical cord.

AS cells are found in almost every organ of the body. But they occur in small numbers and are hard to isolate.

Most AS cells appear to be multipotent - they can become one of only a limited number of cell types. However, the latest research suggests that some AS cells may have more differentiation potential than was previously thought. For example, mice brain stem cells (which are AS cells) gave rise to most if not all cells in the body. AS cells may one day become an alternative to the more ethically-controversial ES cells.

Sources of ES cells

ES cell lines

Excess embryos from IVF (in vitro fertilization) clinics

Embryos created for research by IVF

Therapeutic cloning

Reproduced by permission of the NIH

26

Because ES cells are pluripotent and easier to harvest than AS cells, most medical stem cell research is focused on ES cells.

There are 4 known sources of ES cells.

ES cell lines - ES cells that have been kept alive in culture and encouraged to divide. There are about 100 such lines in existence around the world. Batches of cells can be removed from this cell line and used for research without destroying the cell line.

Excess embryos from IVF clinics. In vitro fertilization is a method of assisted reproduction. For couples that cannot have children, egg and sperm are united outside the body. The resulting embryo is implanted in the womans uterus, where it develops into a baby. This procedure sometimes results in the creation of excess embryos that are not implanted. The excess embryos are frozen for future use or discarded, and can be used as a source of ES cells.

Embryos created for research through IVF. Theoretically, embryos could be created through IVF for research. The embryos would be destroyed in the process of harvesting their ES cells.

Therapeutic cloning. This is a method of obtaining ES cells from someone who has already been born. These stem cells can be used to treat the individual without generating an immune response. (The human body recognizes and attacks foreign cells, including stem cells. This is a serious barrier to stem cell therapy.)

The process of therapeutic cloning is shown in this diagram. It begins by taking a somatic (body) cell from the individual. The somatic cell is fused with an egg that has had its nucleus removed. The resulting cell is genetically identical to the individual because it contains the DNA from the individuals somatic cell. The new cell behaves like a fertilized egg and develops into a blastocyst. ES cells can be harvested from the blastocyst and grown in culture. These ES cells could be used to treat the individual without encountering resistance from his or her immune system.

Notice that I did not refer to this type of blastocyst as an embryo. This is because, technically speaking, an embryo is the result of the union of an egg and a sperm, which has not happened in this case.

Because ES cells are pluripotent and easier to harvest than AS cells, most medical stem cell research is focused on ES cells.

There are 4 known sources of ES cells.

ES cell lines - ES cells that have been kept alive in culture and encouraged to divide. There are about 100 such lines in existence around the world. Batches of cells can be removed from this cell line and used for research without destroying the cell line.

Excess embryos from IVF clinics. In vitro fertilization is a method of assisted reproduction. For couples that cannot have children, egg and sperm are united outside the body. The resulting embryo is implanted in the womans uterus, where it develops into a baby. This procedure sometimes results in the creation of excess embryos that are not implanted. The excess embryos are frozen for future use or discarded, and can be used as a source of ES cells.

Embryos created for research through IVF. Theoretically, embryos could be created through IVF for research. The embryos would be destroyed in the process of harvesting their ES cells.

Therapeutic cloning. This is a method of obtaining ES cells from someone who has already been born. These stem cells can be used to treat the individual without generating an immune response. (The human body recognizes and attacks foreign cells, including stem cells. This is a serious barrier to stem cell therapy.)

The process of therapeutic cloning is shown in this diagram. It begins by taking a somatic (body) cell from the individual. The somatic cell is fused with an egg that has had its nucleus removed. The resulting cell is genetically identical to the individual because it contains the DNA from the individuals somatic cell. The new cell behaves like a fertilized egg and develops into a blastocyst. ES cells can be harvested from the blastocyst and grown in culture. These ES cells could be used to treat the individual without encountering resistance from his or her immune system.

Notice that I did not refer to this type of blastocyst as an embryo. This is because, technically speaking, an embryo is the result of the union of an egg and a sperm, which has not happened in this case.

Blastocyst -

from In Vitro Fertilization Clinic

Inner Cell Mass

(Stem Cells)

Blueprint cells

A primer on Human Embryonic Stem Cells

A Blastocyst is a hollow ball of cells with a small clump of stem cells inside

Sumber stem cells dalam penelitian

Supernumerary embryo

Embrio hasil In Vitro Fertilisation (IVF) yang tidak digunakan. Embrio ini dapat digunakan untuk keperluan penelitian dengan ijin dari pasangan yang bersangkutan.

Embrio yang sengaja diciptakan menggunakan teknik IVF untuk tujuan penelitian

Sumber stem cells dalam penelitian

Embrio yang diciptakan dengan teknik transfer inti sel somatik

transfer nucleus sel somatik ke oosit yang tidak berinti kemudian mengkondisikan telur tersebut sehingga terjadi perkembangan lebih lanjut (tanpa fertilisasi). Ketika sel mencapai blastosit maka stem cell yang bersifat pluripoten dapat diperoleh.

Parthenogenesis

Menginjeksikan sitoplasma sel telur ke sel yang sudah terdiferensiasi sehingga mengakibatkan perubahan sel-sel ini menjadi stem cells yang bersifat pluripoten.

Blueprint

cells

Human Embryonic Stem Cells

Pipette

Stem Cells

To remove the stem cells, the Blastocyst is opened and the stem cells removed with a pipette

Blastocyst -

from In Vitro Fertilization Clinic

Stem Cells

Blueprint cells

A Blastocyst is a hollow ball of cells with a small clump of stem cells inside

Pipette

Pipette

Stem Cells

Petri Dish

Human Embryonic Stem Cells

To remove the stem cells, the Blastocyst is broken open and the stem cells removed with a pipette(an ultra thin glass tube)

The stem cells are placed in a

dish and are fed and cared for

(each blastocyst =

1 stem cell line)

Blastocyst -

from In Vitro Fertilization Clinic

Stem Cells

Blueprint cells

A Blastocyst is a hollow ball of cells with a small clump of stem cells inside

Stem Cells

Blueprint

cells

Neuron

Muscle

cell

Pancreatic

Islet

Petri Dish

Stem Cells

Different chemicals / molecules are added to the stem cells to make them become specific types of cells.

Growth factors

Chemical cues

Donor Egg

Skin Cell

Needle

Nucleus

(DNA)

Nucleus

(DNA)

Needle

Chemicals and

Growth Factors

Dividing cells

Neuron

Muscle cell

Pancreatic

Islet

Stem Cells

Somatic Cell Nuclear Transfer or Therapeutic Cloning

Blastocyst

Stem Cells

Blastocyst -

Stem Cells

Pipette

Stem Cells

Blueprint cells

Stem Cells

Petri Dish

Blueprint

cells

To make stem cells into nerve cells

The stem cells are treated with factors to cause them to differentiate into particular cell types

Stem cells differentiated into neurons

Isu Moral

Apakah EG cell dikategorikan sebagai embrio ataukah sebagai sel yang terspesialisasi?

Pembuatan embryonic stem cell membutuhkan destruksi embrio manusia.

Anggapan bahwa kehidupan manusia berawal dari pertemuan sel sperma dengan sel telur membentuk zigot.

Isu Moral

Beberapa pandangan agama: embrio dianggap sebagai kehidupan baru yang harus dihormati.

Penggunaan embrio untuk stem cell dapat disamakan dengan tindakan membunuh dan aborsi.

Embrio = Manusia?

Beberapa kategori untuk menentukan status moral dari embrio manusia yaitu:

adanya genom manusia secara lengkap

adanya potensi untuk berkembang menjadi manusia

adanya kemampuan kognitif seperti kesadaran, kemampuan nalar

Kategori pertama dan kedua yang menyebabkan embrio memiliki status sama dengan anak maupun manusia dewasa.

Penelitian stem cells di Amerika Serikat

Pada masa pemerintahan Presiden George W. Bush, penelitian mengenai stem cells di Amerika sangat dibatasi. Selama delapan tahun penelitian mengenai stem cells di Amerika diboikot secara politik. Bush menilai penelitian mengenai embryonic stem cells tidaklah etis. Oleh sebab itu, Bush melarang pemerintah federal mendanai studi mengenai sel punca dari embrio manusia.

Namun sejak pergantian Presiden, babak baru mengenai penelitian stem cells telah terbuka. Presiden AS saat ini, Barrack Obama telah berjanji untuk mencabut larangan riset dan pemerintahannya mendukung penelitian sel punca.

Penelitian stem cells di Uni Eropa

Ada beberapa perbedaan regulasi pada tiap negara

Ijin untuk mendapatkan stem sel embrionik dari supernumerary embrio.

Larangan mendapatkan stem sel embrionik dari embrio manusia namun usaha mendatangkan dan menggunakan stem sel embrio manusia untuk kondisi tertentu diijinkan secara hukum.

Larangan mendapatkan stem sel embrionik dari supernumerary embrio manusia.

Tidak ada undang-undang secara khusus mengenai penelitian embrio manusia.

Ijin untuk pembuatan embrio untuk digunakan sebagai sumber stem cell secara legal.

Larangan untuk menciptakan embrio manusia untuk tujuan penelitian.

Penelitian stem cells di Singapura

Singapura melalui Bioethics Advisory Committee (BAC) menetapkan status moral embrio sebagai berikut:

Embrio sebelum 14 hari setelah gamet terfusi dapat digunakan untuk penelitian. Embrio tersebut tidak memiliki status yang sama dengan manusia. Setelah masa 14 hari status embrio dapat disamakan dengan manusia dan tidak dapat digunakan untuk penelitian. (http://www.stemcell.edu.sg/docs/17/BAC2-Lim_and_Ho6.pdf)

Penelitian stem cells di Indonesia

DILARANG!

Persatuan Gereja-gereja Indonesia (PGI) menyatakan tidak setuju atas penggunaan terapi menggunakan ES cells akan tetapi pihaknya menyetujui penggunaan sel embrio sisa hasil proses bayi tabung.

Islam (NU dan Muhamaddiyah) melarang terapi menggunakan ES cells kecuali itu adalah satu-satunya solusi untuk menyelamatkan manusia. Sementara itu, dari Majelis Ulama Indonesia (MUI) berpendapat lain, dalam hal ini pihaknya berpendapat terapi sel punca embrionik (ES cells) bisa dilakukan, terutama dalam keadaan kedaruratan keselamatan jiwa seseorang.

Penelitian stem cells di Indonesia

Konferensi Waligereja Indonesia (KWI) melarang secara tegas pengambilan sel embrio manusia untuk keperluan apapun, termasuk di dalamnya tidak mentoleransi penggunaan sel embrio sisa proses bayi tabung karena apa pun bentuknya mereka adalah cikal bakal manusia yang mempunya hak untuk hidup.

Parisada Hindu Dharma Indonesia (PDHI) dan Konferensi Sangha Agung Indonesia (KASI) menyatakan tidak setuju penggunaan ES cells akan tetapi sesuai "atmanastuti", hukum terendah dalam ajaran Hindu yang memungkinkan sesuatu bisa dilakukan apabila menurut perhitungan mendesak dibutuhkan untuk menyelamatkan nyawa.

Agama Buddha melarang penggunaan ES cell.

Penelitian stem cells di Indonesia

Sedangkan untuk penggunaan adult stem cells untuk terapi disetujui oleh para pemuka agama Islam, Katolik dan Kristen.

Dengan catatan untuk agama Islam, perlu diperhatikan sumber stem cells tersebut. Stem cells yang digunakan tidak boleh berasal dari babi karena hewan tersebut diharamkan.

Untuk agama Hindu, ajaran agama Hindu melarang penggunaan stem cells dari hewan.

PRO dan Kontra

ES cells dapat berdiferensiasi menjadi hampir semua macam jaringan tubuh sehingga ES cells memiliki prospek terapi selular untuk menyembuhkan berbagai macam penyakit.

Embrio, dari segi nilai tidak dapat disamakan dengan nyawa manusia karena mereka masih belum dapat bertahan di luar rahim. Embrio hanya memiliki potensi kehidupan.

Blastosit merupakan sekelompok sel yang belum berdiferensiasi menjadi jaringan dan organ. Hal ini tidak seharusnya inner cell mass menjadi lebih manusia daripada sel kulit.

Beberapa orang berpendapat bahwa embrio bukanlah manusia, mereka mempercayai bahwa kehidupan manusia dimulai dengan perkembangan detak jantuk, dimana terjadi sewaktu kandungan berumur 5 minggu atau ketika otak mulai berkembang, yang terdeteksi 54 hari setelah pembuahan.

PRO dan Kontra

In vitro fertilization (IVF) menghasilkan banyak embrio yang tidak digunakan ( 70000 embrio di Australia sendiri ). Menggunakan IVF ini sebagai penelitian akan lebih bijaksana daripada menghancurkannya.

Aborsi adalah hal yang legal di banyak negara dan embrio hasil aborsi akan dihancurkan, mengapa tidak menggunakan embrionya untuk penelitian dan pengobatan dengan stem sel?

Stem sel emrionik menghasilkan proporsi perkembangan embrio yang signifikan sementara stem sel dewasa tidak ( dalam 1000 sel sumsum tulang, hanya 1 stem sel yang dapat digunakan). Stem sel embrionik lebih mudah untuk diisolasi dan dikembangkan secara ex vivo daripada stem sel dewasa.

PRO dan Kontra

Stem sel embrionik membelah lebih cepat daripada stem sel dewasa, secara potensi akan lebih mudah untuk menghasilkan banyak sel untuk terapi. Kontrasnya, stem sel dewasa tidak membelah cukup cepat untuk mengobati suatu penyakit.

Stem sel dewasa dari tubuh pasien sendiri mungkin tidak efektif dalam mengobati penyakit genetic. Transplantasi stem sel embrionik allogeneic akan lebih praktis dalam kasus ini daripada terapi gen dari sel pasien sendiri.

Ketidaknormalan DNA ditemukan pada stem sel dewasa yang disebabkan oleh racun dan cahaya matahari sehingga kurang baik untuk pengobatan.

Stem sel embrionik telah dibuktikan lebih efektif dalam mengobati kerusakan hati pada tikus.

Pro dan KONTRA

Kehidupan manusia berawal dari pertemuan sel sperma dengan sel telur membentuk zigot sehingga embrio memiliki hak-hak yang sama dengan anak-anak maupun manusia dewasa lainnya.

Embrio memiliki genom manusia secara lengkap serta mempunyai potensi untuk berkembang menjadi manusia.

Embrio dianggap sebagai kehidupan baru yang harus dihormati. Penggunaan embrio untuk stem cells dapat disamakan dengan tindakan membunuh dan aborsi.

Pandangan Kami

Setuju akan penggunaan stem cell sebagai alternatif pengobatan selama yang digunakan adalah adult stem cell. Juga setuju akan adanya penelitian mengenai stem cell menggunakan embryonic stem cells dengan catatan embrio yang digunakan adalah embrio sisa IVF yang memang tidak digunakan lagi.

Memang sekalipun embrio tersebut adalah embrio IVF yang tidak digunakan, itu tetap merupakan embrio dan memiliki hak yang sama dengan manusia lainnya. Akan tetapi perlu diingat bahwa jika embrio tersebut tidak digunakan, embrio tersebut akan dihancurkan. Daripada embrio tersebut terbuang sia-sia, akan lebih baik jika digunakan untuk menolong manusia lain yang membutuhkan pertolongan.

Selain itu, perlu ada undang-undang yang jelas mengenai penelitian dan penggunaan stem cells di Indonesia sehingga penelitian yang dilakukan memang benar untuk kebaikan umat manusia dan bukan untuk disalahgunakan untuk keperluan lain. Kami mengecam pembuatan embrio secara sengaja untuk diambil stem cells nya.

Kasus

NEWTONABBEY - Keajaiban medis terjadi pada Dakota Clarke, bocah dari Irlandia. Lahir dengan cacat mata, gadis cilik dua tahun itu bahkan tak mampu mengenali kedua orang tuanya. Namun, sekarang si kecil yang sudah divonis buta tersebut dapat melihat berkat terapi stem cell (sel induk). Dakota menjalani program cangkok sel di Qingdao, Tiongkok. Dakota lahir dengan kerusakan saraf pada optik mata. Dalam dunia medis, kelainan itu disebut septo-optic dysplasia. Selain itu, dia mengalami masalah akut pada perut dan keseimbangan tubuh. Untuk berjalan, dia harus dipapah dua orang. Selain kemajuan pada pandangan, kestabilan tubuhnya kini membaik. Dakota sudah bisa berjalan di samping ayahnya dengan hanya menggandeng satu tangan. Pada kasus Dakota, sel induk dimasukkan melalui urat pembuluh darah lewat lubang tumbuh rambut di kepala, kemudian berjalan menuju urat optik mata. Lantas, sel-sel tersebut memperbarui daerah yang rusak. Stem cell donasi seorang ibu di Tiongkok itu juga menyebar ke otak dan memperbaiki kestabilan tubuh Dakota dan membantunya untuk berfungsi dengan baik. (Jawa Pos, 29 Maret 2009)