Para ilmuwan telah menumbuhkan lebih dari 400 jenis sel saraf dari sel induk

Sel saraf bukan sekadar sel saraf. Jika ditelusuri lebih detail, perkiraan terbaru menunjukkan bahwa terdapat ratusan atau bahkan ribuan jenis sel saraf di otak manusia. Jenis-jenis sel saraf ini berbeda dalam fungsi, jumlah dan panjang prosesusnya, serta cara mereka terhubung satu sama lain. Sel-sel ini melepaskan neurotransmiter yang berbeda ke dalam sinapsis, dan bergantung pada area otak—misalnya, korteks serebral atau otak tengah—berbagai jenis sel aktif.

Ketika para ilmuwan menumbuhkan sel saraf dari sel punca dalam cawan petri untuk percobaan, mereka tidak dapat memperhitungkan semua keragaman ini. Hingga saat ini, para peneliti hanya mengembangkan metode untuk menumbuhkan beberapa lusin jenis sel saraf secara in vitro. Untuk melakukannya, mereka menggunakan pendekatan rekayasa genetika atau menambahkan molekul pensinyalan untuk mengaktifkan jalur pensinyalan intraseluler tertentu. Namun, mereka belum pernah mendekati keragaman ratusan atau ribuan jenis sel saraf yang ada di dalam tubuh.

"Neuron yang berasal dari sel punca sering digunakan untuk mempelajari penyakit. Namun hingga saat ini, para peneliti sering mengabaikan jenis neuron yang mereka gunakan," kata Barbara Treutlein, profesor di Departemen Ilmu dan Teknik Biosistem di ETH Zurich di Basel.

Namun, dia mengatakan ini bukan pendekatan terbaik untuk pekerjaan semacam itu.

"Jika kita ingin mengembangkan model sel untuk mempelajari penyakit dan gangguan seperti Alzheimer, Parkinson, dan depresi, kita perlu mempertimbangkan jenis sel saraf spesifik yang terlibat dalam proses patologis tersebut."

Skrining sistematis sebagai kunci keberhasilan

Treutlein dan timnya kini telah berhasil menghasilkan lebih dari 400 jenis sel saraf yang berbeda, membuka jalan bagi penelitian neurologis fundamental yang lebih tepat menggunakan kultur sel.

Para ilmuwan ETH mencapai hal ini dengan menggunakan kultur sel punca pluripoten terinduksi manusia, yang berasal dari sel darah. Pada sel-sel ini, mereka merekayasa genetika gen-gen regulator neuronal tertentu dan memperlakukan sel-sel tersebut dengan berbagai morfogen – suatu kelas khusus molekul pensinyalan. Tim Treutlein menggunakan pendekatan sistematis: tujuh morfogen dalam berbagai kombinasi dan konsentrasi dalam eksperimen penyaringan mereka. Hal ini akhirnya menghasilkan hampir 200 set kondisi eksperimen yang berbeda.

Morfogen

Morfogen adalah zat pemberi sinyal yang diketahui dari studi perkembangan embrio. Morfogen terdistribusi secara tidak merata di dalam embrio, dan dalam konsentrasi yang berbeda membentuk gradien spasial. Dengan demikian, morfogen menentukan posisi sel dalam embrio—misalnya, apakah sel lebih dekat dengan sumbu tubuh atau terletak di belakang, di perut, di kepala, atau di area batang tubuh. Dengan demikian, morfogen membantu menentukan struktur mana yang akan terbentuk di berbagai bagian tubuh.

Para ilmuwan menggunakan berbagai teknik analisis untuk menunjukkan bahwa mereka berhasil memperoleh lebih dari 400 jenis sel saraf yang berbeda dalam percobaan tersebut. Mereka mempelajari RNA (dan dengan demikian aktivitas genetiknya) pada tingkat sel individu, serta penampilan dan fungsi sel, seperti jenis proses sel yang mereka miliki dan impuls saraf listrik apa yang mereka pancarkan.

Para peneliti kemudian membandingkan data mereka dengan informasi dari basis data neuron otak manusia. Hal ini memungkinkan mereka menentukan jenis sel saraf yang terbentuk, seperti sel sistem saraf tepi atau sel otak, serta area otak tempat sel-sel tersebut berasal dan apa yang menjadi tanggung jawab sel-sel ini – merasakan nyeri, dingin, gerakan, dll.

Neuron in vitro untuk pencarian zat aktif

Treutlein mengatakan mereka masih jauh dari mampu memproduksi semua jenis sel saraf yang ada di dalam tubuh secara in vitro. Namun, para peneliti kini memiliki akses ke lebih banyak jenis sel yang berbeda daripada sebelumnya.

Mereka ingin menggunakan neuron yang ditumbuhkan secara in vitro untuk mengembangkan model sel guna mempelajari penyakit neurologis serius, termasuk skizofrenia, Alzheimer, Parkinson, epilepsi, gangguan tidur, dan multiple sclerosis. Model sel semacam itu juga sangat menarik bagi penelitian farmasi, yang memungkinkan efek senyawa aktif baru diuji dalam kultur sel tanpa menggunakan hewan, dengan tujuan akhir untuk suatu hari nanti mempelajari cara menyembuhkan penyakit-penyakit ini.

Di masa mendatang, sel-sel ini juga dapat digunakan untuk terapi penggantian sel, di mana sel-sel saraf otak yang sakit atau mati diganti dengan sel-sel manusia yang baru.

Namun sebelum itu terjadi, ada masalah yang harus dipecahkan: Dalam eksperimen mereka, para peneliti seringkali menghasilkan campuran beberapa jenis sel saraf yang berbeda. Mereka kini sedang berupaya mengoptimalkan metode tersebut agar setiap kondisi eksperimen hanya menghasilkan satu jenis sel tertentu. Mereka sudah memiliki beberapa ide awal tentang cara melakukannya.