Apa itu Teknologi Sel Punca?

Teknologi Sel Punca

Sel-sel yang mampu membelah dan memperbaharui serta menghasilkan keturunan disebut sel punca. Namun, potensi mitosis mereka terbatas. Sel induk dapat berdiferensiasi menjadi berbagai jenis sel yang berbeda.

Misalnya, jaringan (seperti kulit, darah dan epitel usus, sumsum tulang, dll.) Terus menerus memperbaharui diri sepanjang hidup. Mereka juga mempertahankan jumlah yang cukup yang pada gilirannya mempertahankan potensi proliferasi.

Konsep pembentukan sel darah (hematopoiesis) di limpa dan sumsum tulang (pada tikus) dikembangkan sekitar satu abad yang lalu.

Sel induk hematopoietik sudah digunakan untuk memulihkan sel hematopoietik. Jenis sel punca lainnya juga akan segera digunakan secara rutin untuk menggantikan sel dan jaringan lain.

Sel punca memiliki dua sifat yang meningkatkan kepentingannya: (i) sel punca memiliki potensi untuk membentuk sel yang lebih terdiferensiasi, dan (ii) memperbaharui diri, karena setiap pembelahan sel punca menghasilkan setidaknya satu sel punca.

  1. Pendekatan Morfologi :

Pekerja sebelumnya berusaha mengidentifikasi morfologi yang dipelajari dan metode pengujian tidak langsung dikembangkan untuk identifikasi sel hematopoietik. Untuk penelitian ini, diperlukan populasi tikus yang identik secara genetik.

Edmond Snell dan rekan kerja mengembangkan populasi seperti itu dengan mengawinkan saudara tikus. Dia memperoleh 21 generasi. Snell dianugerahi Hadiah Nobel untuk pekerjaan yang melelahkan ini.

Anda akan mengamati tikus albino yang identik. Eksperimen yang dapat direproduksi dan sebanding dapat dilakukan dengan menggunakan dua tikus albino yang identik, satu sebagai eksperimen dan yang lainnya sebagai kontrol. Dalam hal ini Anda dapat memiliki dua kelompok populasi.

Dalam salah satu percobaan, kemampuan pembentukan sel darah dari dua kelompok tikus dihancurkan, ketika mereka disinari sinar-X secara mematikan.

Sel sumsum tulang dari femur mencit normal diambil dan disuntikkan ke dalam satu kelompok mencit. Terlihat bahwa tikus yang diiradiasi yang disuntik dengan sel sumsum tulang selamat dan sehat.

Sementara tikus lain yang diiradiasi, yang tidak disuntik dengan sel sumsum tulang albino normal, mati. Unit pembentuk koloni (CFU) limpa tikus yang masih hidup mirip dengan koloni bakteri yang tumbuh di cawan Petri. Metode ini disebut pengujian populasi ulang.

Ketika sel limpa disuntikkan ke tikus lain yang diradiasi, mereka juga selamat dan sehat. Temuan ini mendukung penguatan dasar konsep hematopoietik dan sel punca yang terkait dengan fenomena ini.

  1. In vitro Uji Klonal:

Dalam sistem pengujian klonal sel punca in vitro berkembang biak membentuk koloni pada media semi-padat atau klon dari sel-sel yang berdiferensiasi. Sifat ini mirip dengan bakteri yang berkembang biak dan membentuk koloni pada media nutrisi. Fitur ini membantu para ilmuwan untuk melakukan banyak pengujian dan mendapatkan sel yang dibedakan dan semi-dibedakan.

Melalui tes ini seseorang dapat mengetahui faktor pertumbuhan yang dibutuhkan untuk membedakan sel darah dari sel punca primitif. Anda harus ingat bahwa erythropoietin adalah produk biotek komersial pertama yang diuji dengan mengikuti metode ini.

  1. Kultur Sumsum Jangka Panjang :

Dalam beberapa tahun terakhir sumsum buatan dapat dibuat pada permukaan plastik. Ide pekerjaan tersebut membantu para ilmuwan untuk menggunakan sel sumsum dari tulang paha dan mempelajari hematopoiesis [yaitu pembentukan eritrosit (sel darah)] dalam kondisi in vitro. Sebuah proses khas erythropoiesis telah ditunjukkan pada Gambar. 10.12. Itu terjadi dalam empat tahap berikut.

  1. Sel induk mempertahankan potensi untuk berkembang biak dan memperbaharui diri.
  2. Sel nenek moyang memiliki potensi diferensiasi yang lebih besar dan kapasitas pembaruan diri yang terbatas.
  3. Sel-sel prekursor berdiferensiasi dan kekurangan kapasitas pembaharuan diri.
  4. Sel-sel dewasa berdiferensiasi penuh. Mereka tidak memiliki kapasitas untuk membedakan dan memperbarui diri.

Beberapa jenis sel darah manusia muncul dari satu sel punca hematopoietik.

Dengan menggunakan teknik kultur sumsum tulang, pembentukan sel darah dan faktor pertumbuhan yang mempengaruhi pembentukan darah dapat dipahami. Selama 20 tahun terakhir teknik ini juga mendukung transplantasi sumsum tulang ketika ­sel punca hematopoietik murni digunakan.

Selanjutnya, sel darah yang belum matang dimasukkan ke dalam aliran darah pasien yang menderita kanker darah yaitu leukemia, sehingga eritrosit yang matang dapat bekerja dan menyelamatkan nyawa penderita.

  1. Kultur Sel Induk Embrio :

Sel induk embrionik (ES) adalah sel berpotensi majemuk yang diisolasi dari massa sel bagian dalam embrio awal. Sel-sel ES diisolasi tanpa injeksi agen pengabadian (transformasi) pada tikus.

Selama bertahun-tahun telah dimungkinkan untuk menumbuhkan sel-sel ES tikus sebagai lini sel di laboratorium. Sel-sel ES ini dapat diinduksi untuk menghasilkan berbagai jenis sel. Sel ES tikus telah terbukti memunculkan sel otot, sel saraf, sel hati, sel pankreas serta sel hematopoietik.

Sel-sel ES dapat digunakan untuk kloning dengan dua cara: (i) pembuatan chimera, dan (ii) transplantasi nuklir.

Di hadapan sel fibroblas yang diradiasi, ICM harus dipertahankan dalam kultur jaringan.

Sangat menarik untuk dicatat bahwa sel-sel ini (i) mempertahankan karakteristik sel-sel pendiri embrio bahkan setelah kultur berkepanjangan, (ii) sepenuhnya diiradiasi ke dalam embriogenesis ketika dikembalikan ke embrio awal, (iii) dapat digunakan untuk menghasilkan tikus chimeric, (iv ) mempertahankan kariotipe euploid yang stabil, dan (v) pembaruan diri tanpa diferensiasi menjadi tipe sel.

Garis sel ES memiliki nilai yang besar di bidang produksi hewan transgenik. Karena sel berlimpah dan dipertahankan dalam kultur, mereka dapat diubah dengan sangat mudah. Transforman yang dihasilkan dapat sepenuhnya dicirikan secara in vitro. Genom mereka dapat dimodifikasi. Ini mungkin area yang paling berdampak pada stok ternak.

Dengan menggunakan teknik fertilisasi in vitro (IVF), Anda dapat membuahi sel telur tikus secara artifisial yaitu di luar tubuh hewan dan tumbuh dalam kultur jaringan. Anda dapat mengamati bahwa embrio akan mengalami beberapa tahap pembelahan. Sel-sel yang membelah menumpuk di salah satu sudut embrio. Sel-sel yang terkumpul ini disebut massa sel bagian dalam (ICM).

(a) Produksi Tikus Chimeric:

Langkah-langkah yang berbeda untuk produksi tikus chimeric diberikan pada Gambar. 10.14. Embrio awal diisolasi dari tikus berwarna hitam yang telah dibuahi. Sel-sel ES tahap trofoblas embrio ditumbuhkan pada media biakan.

Sejumlah kecil sel ES dapat disuntikkan ke dalam ruang blastocoels embrio tikus putih (albino) melalui teknik mikroinjeksi. Sel-sel ES tikus hitam berbaur dengan albino.

Embrio injeksi mikro ditransplantasikan ke dalam rahim ibu pengganti (tikus lain yang sel telurnya tidak digunakan). Keturunan yang lahir memiliki warna kulit hitam dan putih. Tikus seperti itu disebut chimera atau chimerical mouse.

Idealnya, semua jaringan hewan chimeric dewasa adalah campuran dari dua genotipe sel. Itulah mengapa ada bercak bulu berwarna berbeda pada tikus chimeric.

Jika sel benih juga chimeric, sebagian keturunan akan dihasilkan dari sel ES. Persilangan chimera jantan dan betina memungkinkan pemilihan strain tikus homozigot yang hanya berasal dari sel ES.

(b) Tikus KO:

Tikus transgenik yang membawa gen knockout (yaitu gen yang diminati digantikan oleh gen non-fungsional) disebut tikus knockout. Sekarang dimungkinkan untuk memilih dan melumpuhkan (menghilangkan) gen dan membuat modifikasi genetik pada sel ES dan tikus.

Berbagai jenis tikus model dapat dikembangkan untuk memahami fungsi berbagai gen misalnya perkembangan penyakit.

Misalnya, tikus knockout telah membantu ahli imunologi untuk memahami efek gen knockout pada sistem kekebalan hewan. Berbagai tikus knockout sedang digunakan dalam penelitian imunologi. Produksi tikus knockout (target gen) dicapai dalam langkah-langkah berikut.

  1. Isolasi dan kultur sel ES dari massa sel bagian dalam embrio tikus.
  2. Induksi gen mutan atau gen yang terganggu ke dalam kultur sel ES dan pemilihan sel rekombinan homolog di mana gen-gen yang diinginkan telah dihilangkan.
  3. Injeksi sel ES rekombinan homolog ke dalam embrio tikus penerima dan transfer embrio yang telah dimanipulasi ke dalam rahim ibu pengganti tikus.
  4. Perkawinan chimeric off ­spring heterologous untuk gen yang terganggu untuk menghasilkan tikus knockout homozigot.

(c) Kultur Sel ES Manusia:

JA Thompson (1998) mengumumkan bahwa sel-sel ES manusia mampu berkembang biak dan tumbuh pada medium. Massa sel dalam manusia dari blastomer dapat diperoleh baik dengan teknik IVF atau dari prekursor sel germinal manusia (sebelum memulai meiosis).

Kemudian ICM dikulturkan pada media pertumbuhan dalam cawan Petri. Sel-sel ini dapat berdiferensiasi dalam kultur untuk membentuk sel punca yang lebih terbatas untuk garis keturunan saraf, darah, atau otot.

Diferensiasi sel-sel ES menjadi sel-sel yang dibatasi garis keturunan (neuronal dan glial) dapat dicapai dengan mengubah media tempat sel-sel ES tumbuh. Sel spesifik diproduksi dengan adanya faktor pertumbuhan spesifik misalnya faktor pertumbuhan fibroblast (FGF) dan faktor pertumbuhan turunan trombosit (PDGF).

Upaya ini telah membuka area untuk manipulasi gen dan rekayasa sel dalam sel ES manusia juga. Berbagai PDGF dilepaskan oleh lempeng yang teraktivasi pada jaringan ekspitel yang rusak.

  1. Rekayasa Sel dan Jaringan :

Ahli bioteknologi hewan dapat menumbuhkan sel darah, sel jantung, sel kulit, dll. dengan menggunakan sel ES manusia.

Tujuan rekayasa sel dan jaringan sangat jelas. Dengan menggunakan teknik ini, jenis bagian tubuh seperti itu dapat disiapkan yang dapat digunakan untuk memperbaiki jaringan dan organ yang rusak yang menyebabkan respons kekebalan, infeksi, atau memperbanyak bagian tubuh lainnya dengan mudah, stabil, dan aman.

Dalam berbagai teknologi baru dan aplikasi terapeutik, jenis sel primer ini (misalnya kiratinosit, sel endotel, dan hepatosit epitel) memiliki nilai komersial yang potensial.

Aplikasi penting lainnya dari rekayasa sel dan jaringan adalah terapi gen, pseudo-organ, dan sistem sel model. Pendekatan terapeutik telah dikembangkan untuk memerangi penyakit manusia yang berbahaya seperti penyakit genetik. Penjelasan singkat tentang terapi gen telah diberikan di bagian sebelumnya.

  1. Teknik Transplantasi Nuklir :

Menggunakan teknik transfer nuklir, klon mamalia pertama di dunia -Dolly, lahir pada bulan Februari 1996. Pada tahun 1995, Ian Wilmut dan kelompok penelitiannya (Skotlandia) mengeluarkan ambing dari seekor domba berumur enam tahun yang disebut ibu klon, dan dimasukkan ke dalam kandang khusus. larutan.

Inti sel ambing dikeluarkan dan dimasukkan ke dalam larutan. Pada saat yang sama telur yang tidak dibuahi dikeluarkan dari domba B lain yang disebut induk telur.

Inti telur dibuang dan telur enukleasi dimasukkan ke dalam media biakan. Inti sel ambing dan sel telur enukleasi disatukan diikuti dengan kejutan listrik ringan.

Akibatnya nukleus diambil oleh sel enukleasi. Sel ini diinkubasi ke media pertumbuhan kemudian dipindahkan ke ibu pengganti. Domba kecil Dolly lahir pada bulan Februari 1996.

Related Posts