Abstrak
Sel punca telah muncul sebagai sebuah elemen kunci terapi kedokteran regeneratif dikarenakan atas kemampuannya berdiferensiasi menjadi bervariasi fenotip sel, sehingga menyediakan berjenis terapi sel potensiil untuk mengobati berjenis penyakit degeneratif dan cedera traumatik. Pergeseran paradigma akhir-akhir ini yang muncul menyarankan bahwa berbagai efek menguntungkan sel punca mungkin tidak dibatasi kepada hanya restorasi sel, namun juga karena berbagai aksi parakrin transien mereka. Sel punca dapat menyekresikan kombinasi poten berbagai faktor trofik yang memodulasi komposisi molekuler dari lingkungan untuk membangkitkan berbagai respon dari sel residen. Berdasarkan dari pandangan baru ini, arah penelitian saat ini meliputi usaha untuk menjelaskan, mengaugmentasi dan memanfaatkan mekanisme parakrin sel punca bagi regenerasi jaringan. Artikel ini mendiskusikan berbagai studi yang ada pada produksi faktor trofik sel punca/progenitor, berbagai implikasi bagi regenerasi jaringan dan terapi kanker, dan pengembangan strategi baru untuk menggunakan pemakaian parakrin sel punca dalam kedokteran regeneratif.
Kata kunci: kanker, modulasi imun, aksi parakrin, sel punca, regenerasi jaringan, faktor trofik
Pendahuluan
Terapi kedokteran regeneratif, yang dikompori oleh berbagai kemajuan dalam biologi dan teknologi sel punca, mengarahkan berbagai cedera taksembuh bawaan menuju kepada restorasi sepenuhnya struktur jaringan dan fungsi ikutannya. Sejumlah studi telah mengunjukkan bahwa mobilisasi sel punca endogen atau pemberian eksogen dari sejumlah populasi sel tunas kepada jaringan yang cedera menghasilkan regenerasi struktural jaringan juga perbaikan fungsi. Sementara hipotesis aslinya yang mendasari terapi regeneratif sel punca didasarkan atas pemulihan fungsi sebagai sebuah konsekuensi dari diferensiasi sel punca, saat ini jelaslah bahwa terdapat mekanisme aksi lainnya juga ikut bekerja. Sebuah pergeseran paradigma terakhir yang muncul menyarankan bahwa biomolekul yang disintesis oleh sel punca mungkin menjadi sepenting, bila tidak menjadi lebih penting, dibandingkan diferensiasi sel-sel dalam usaha mendapatkan perbaikan jaringan fungsional. Nasib dari sebuah sel punca ditentukan oleh niche nya, atau oleh lingkungan mikro lokal, yang terdiri dari sel-sel sekitar dan berbagai produk tersekresikan dari sel punca (1). Sel punca secara aktif berkontribusi ke lingkungan mereka dengan menyekresikan sitokin, faktor pertumbuhan dan molekul matriks ekstrasel (ECM) yang bekerja baik pada dirinya (aksi otokrin) ataupun pada sel tetangganya (aksi parakrin). Dengan demikian, sebuah pemahaman yang lebih jernih dari produksi biomolekul sel punca dan progenitor dapat menghasilkan wawasan ke dalam pengaturan fenotip sel, penentuan yang lebih baik tentang peran fungsional sel punca dalam proses perbaikan jaringan dan akhirnya menentukan sumber (sumber-sumber) sel yang tepat bagi aplikasi perbaikan dan regenerasi jaringan khusus. Demikianlah, arah penelitian saat ini meliputi berbagai usaha untuk menjelaskan, mengaugmentasi dan memanfaatkan mekanisme otokrin dan parakrin sel punca bagi kedokteran regeneratif.
Usaha terkini untuk mengarakterisasi produksi biomolekul oleh sel punca telah menggunakan teknik pendekatan genomik dan proteomik untuk menganalisis media terkondisikan-sel dalam hubungannya dengan pengukuran bioaktifitas in vitro (2-6). Sel punca berkemampuan memroduksi satu spektrum luas sitokin, khemokin, faktor pertumbuhan dan molekul matriks ekstrasel. Sementara majoritas laporan yang terpublikasi sampai sekarang memusatkan perhatian pada sel punca multipoten dewasa (mis., bone marrow-derived mesenchymal stem cells [BM-MSCs] dan hematopietic stem cells [HSCs]), beberapa studi telah juga memeriksa sel stem pluripoten (mis., embryonic stem cell [ESC] dan induced pluripotent stem cell [iPSC]) dan produksi faktor tersekresikan dari sel punca pluripoten-terbatas garis turunan (mis., skeletal myoblast [skMb]). Faktor pertumbuhan yang disekresikan oleh sejumlah populasi sel punca/progenitor berkemampuan dalam mendorong proliferasi sel, perlindungan dan migrasi sel. Sel punca dan progenitor dapat juga melindungi sel-sel lainnya dari radikal bebas oksigen yang merusak lewat produksi molekul antiokasidan dan anti-apoptotic. Tambahannya, sel-sel ini menyekresikan faktor angiogenik, faktor antifibrotik, faktor-faktor yang bertanggung jawab bagi homeostasis matriks ekstrasel seperti misalnya kolagen, matriks metalloproteinase (MMPs) dan tissue-derived inhibitors (TIMPs) mereka, dan faktor antiinflamatori atau imunosupresif. Lebih lanjut, sel punca/progenitor tidak hanya memroduksi semua yang disebut di atas, namun juga memakan molekul-molekul pro-apoptotic dan inflamatori. Karena kebanyakan terapi sel eksogenus bagi perbaikan dan regenerasi jaringan secara khasnya menyangkutkan transplantasi sel-sel ke dalam sebuah lingkungan iskemik dengan bermacam derajat inflamasi, sel punca/progenitor mungkin juga menghasilkan sevarietas molekul yang melayani mediasi perbaikan dan regenerasi jaringan lewat mekanisme anti-apoptotic, imunosupresif, proliferatif dan/atau angiogenik. Dengan demikian, arah riset baru menginginkan untuk menggunakan sel punca/progenitor sebagai sebuah wahana pengiriman obat yang kompleks secara biologis untuk menambah isyarat molekuler dalam memasilitasi regenerasi jaringan (Gambar 1).
Gambar 1
Aksi-aksi parakrin sel punca dapat dimodulasi dan digunakan dalam cara berbeda untuk membangkitkan berbagai respon biologis
ECM: Extracellular matrix
Tujuan dari artikel tinjauan ini adalah untuk menyediakan sebuah ikhtisar produksi faktor trofik sel punca/progenitor, implikasi bagi regenerasi jaringan (Tabel 1) dan metode untuk memodulasi (Tabel 2) dan memanfaatkan aksi-aksi parakrin sel-sel ini. Walaupun sejumlah populasi sel punca dan sel progenitor telah diisolasi dan dikarakterisasi, majoritas dari laporan terpublikasi memusatkan pada BM-MSCs, akibat dari penggunaan preklinik dan kliniknya yang tersebar luas untuk regenerasi jaringan. Sebagai hasilnya, majoritas konsep yang didiskusikan dalam artikel ini didasarkan atas fungsi trofik BM-MSCs, namun untuk setiap aplikasi, studi-studi tentang produksi biomolekul oleh populasi-populasi sel punca/progenitor lain juga dimasukkan.
Table 1
Faktor parakrin tersekresikan yang sering, organ dan
keadaan penyakit di mana mereka bertindak, dan fungsi spesifik mereka
Table 2
Metode untuk memodulasi aksi parakrin sel punca dan hasil luaran
Pemodulasian sistim fisiologis oleh sel punca
Aksi parakrin dan pemodulasian imun sel punca
BM-MSCs manusia dan MSCs berasal sel punca embryonik (ESC-MSCs) bersifat imunotoleran dan dapat langsung memodulasi respon imun ataupun ketika ia di ko-transplantasikan dengan tipe sel lainnya. MSCs mengekspres molekul klas I MHC (seperti HLA-A, -B, dan –C), namun tidak molekul kelas II MHC (seperti HLA-DR) atau molekul-molekul kostimulatori (mis., CD40, CD80 dan CD86) (7-10). Belakangan, sel punca mesenkhimal berasal-jaringan lemak manusia (ASCs), ESC-MSCs dan sel punca mesenkhimal berasal darah tali pusat (UCBs) telah juga dikarakterisasi memiliki imunofenotip permukaan yang sama (6, 11, 12). Efek imunosupresif BM-MSCs pertamakali diunjukkan dalam sebuah model in vivo menggunakan BM-MSCs untuk memperpanjang penolakan sulih kulit histokompatibel pada seekor babon (13). Sejak itu, riset telah memusatkan pada pengungkapan peran dari sel-sel ini dalam memodulasi respon imun inang dan, dengan demikian, pada utilitas sel-sel ini sebagai “protektor” bagi sel lainnya atas tindakan transplantasi sel.
MSCs dan sel-sel imun
Telah diunjukkan in vitro dan in vivo bahwa BM-MSCs manusia dapat mengatur respon imun lewat sel-sel kedua sistim imun bawaan dan adaptif. BM-MSCs memengaruhi sel-T, sel-B, sel pembunuh alami (sel NK), sel dendritik (DC), aktifitas imun makrofag dan netrofil. Data eksperimental menyarankan bahwa MSCs tidak hanya menghambat proliferasi sel-T, aktifitas sitokin dan sitotoksisitas (akibat dari sekresi BM-MSC berupa beberapa faktor termasuk TGF-β1 [14, 15], HGF [15], oksida nitrat [16], indoleamine 2,3-dioxygenase [IDO] [14, 17, 18] dan prostaglandin E2 [PGE2] [15, 19]), namun mereka juga merangsang sel-sel ini di bawah kondisi tertentu (melalui sekresi berupa sitokin IL-1 dan -6 dan khemokin RANTES) (20). IDO juga telah memerlihatkan memainkan sebuah peran dalam apoptosis sel-T (18, 21). BM-MSCs menghambat proliferasi, maturasi, migrasi, dan produksi immunoglobulin dan antibodi (22). Sekresi IL-6 oleh BM-MSCs dapat memediasi efek inhibitori pada sel-B; namun, molekul dan mekanisme yang bertanggung jawab pastinya belum sepenuhnya dijelaskan (23). MSCs dapat memiliki suatu efek inhibitori pada fenotip DC imatur dan matur, maturasi, aktifasi dan presentasi antigen, dan semua efek ini diperkirakan sebagian disebabkan oleh sekresi BM-MSC IL-6, M-CSF, dan PGE2 (24-26). BM-MSCs mungkin memodulasi respon imun melalui penghambatan maturasi DC dan selanjutnya inhibisi DC dari proliferasi sel-T (25). Tambahannya, BM-MSCs menghambat proliferasi sel-NK, produksi dan sitotoksisitas sitokin melalui IDO, TGF-β, HLA-G, dan PGE2 (27, 28). ESC-MSCs juga berimplikasi dalam menghalangi lisis sel oleh sel NK lewat pengaturan ke hilir reseptor permukaan sel bagi aktifasi sel NK (12). Lebih belakangan, data yang muncul menyarankan bahwa BM-MSCs memainkan sebuah peran dalam fungsi makrofag dan netrofil. Sekresi agonis reseptor BM-MSC IL-1 menghambat produksi TNF-α melalui makrofag yang teraktifasi (29), dan sekresi IL-6 melindungi netrofil dari apoptosis (30). Diambil bersama, semua data ini mengunjukkan bahwa MSCs bekerja untuk memodulasi respon imun inang dan melindungi sel-sel lainnya dari berbagai respon imun bawaan dan adaptif.
Transplantasi sel punca hematopoietik dan graft-versus-host disease
Populasi sel punca tertentu dapat menguntungkan bagi pasien yang mendapatkan transplantasi HSC (HCT) sebagai sebuah hasil dari suatu gangguan hematologikal atau leukemia. Pertama kali ditetapkan dalam tahun 1970-an bahwa kultur sel stromal mesenkhimal dapat menyokong sel hematopoietik in vitro (31), dan lalu mereka selanjutnya digunakan untuk tujuan ini untuk beberapa tahun. Dalam tahun-tahun belakangan, Kedua BM-MSCs dan ASCs telah memperlihatkan mendukung hematopoiesis (lewat pengaturan produksi sel hematopoietik) melalui penyekresian dari sejumlah sitokin hematopoietik seperti misalnya G-CSF, M-CSF, GM-CSF, IL-7 dan FMS-like tyrosine kinase 3 ligand (2, 5). Tambahannya, BM-MSCs menyekresi sitokin hematopoietik IL-12 dan -6, dan faktor sel punca (2). Semua data ini menyarankan bahwa dimungkinkan untuk me-ko-transplantasikan BM-MSCs atau ASCs dengan HSCs alogenik untuk pengobatan berbagai keganasan hematologik dan untuk menguatkan pemulihan kompetensi imun dan produksi darah setelah menjalani khemoterapi agresif pada pasien-pasien kanker. Harus dicatat, bagaimanapun, berbagai sitokin proinflamatori endogenus dan eksogenus, seperti misalnya IFN-γ , TNF-α , dan IL-1α , atau 1β , diperlukan untuk memperoleh efek imunosupresif dari BM-MSCs (15, 32). Konsekuensinya, lingkungan imun memainkan sebuah peran aktif dalam memodulasi penekanan imun (immunosuppression) sel punca.
Acute graft-versus-host disease (GvHD) merupakan satu komplikasi major dan mengancam jiwa yang seringkali muncul akibat tindakan HCT alogenik. Guna mencegah GvHD, resepien sulihan seringkali menerima obat-obat imunosupresif; namun, penekanan oleh obat adalah seringkali tidak adekuat, dan beberapa pilihan pengobatan muncul bagi GvHD parah dan yang treatment-resistant. Lebih lanjut, penekanan imun menyeluruh dapat menimbulkan komplikasi akibat dari infeksi dan, dengan demikian, penekanan imun lokal umumnya lebih dipilih. Saat ini, banyak percobaan klinis telah mengunjukkan bahwa transplantasi BM-MSCs dapat membantu engraftment dan abate HSC, atau dalam beberapa kasus melenyapkan secara penuh, GvHD melalui pengurangan inflamasi parah (33-36). Namun, secara keseluruhannya, laporan-laporan pencegahan GvHD dengan ko-transplantasi BM-MSC dan pengobatan dengan pemakaian BM-MSC pasca HCT menyediakan hasil-hasil yang bertentangan, menyarankan bahwa kemampuan imunosupresif BM-MSC mungkin bergantung pada lingkungan inflamatori yang ada dalam inang. Telah diunjukkan bahwa BM-MSC menjadi aktif atas pemaparan dengan INF-γ (32). Dengan demikian, melipatgandakan level serum sitokin proinflamatori dalam penerima sulihan dalam rangka untuk menentukan waktu optimal bagi pemberian BM-MSCs atau ASCs setelah HCT dapat mencegah atau menghentikan morbiditas dan mortalitas yang disebabkan oleh GvHD (37).
Penyakit otoimun
Sel punca hematopoietik, BM-MSCs, UCBs dan ASCs, yang menunjukkan kemampuan mereka untuk memodulasi respon imun inang, telah diajukan sebagai sebuah pengobatan seluler potensiil untuk melawan penyakit otoimun seperti diabetes, arthritis rheumatoid, penyakit dari Chron, penyakit usus inflamatori, systemic lupus erythematosus, encephalomyelitis otoimun, sklerosis sistemik dan sklerosis multipel, dan banyak percobaan klinis fase I dan II saat ini yang sedang berlangsung (38-45). Dalam semua kasus ini, dipostulasikan bahwa aksi parakrin lokal dari faktor pertumbuhan yang tersekresikan (mis., perlindungan dari kerusakan jaringan dan sel yang ditransplantasikan) dengan penekanan imun lokal bersama-sama memberi banyak keuntungan teraputik.
Sementara bukti-bukti menarik muncul untuk peran dari aksi parakrin sel punca dalam memodulasi respon imun inang, penjelasan lebih lanjut mengenai jumlah efektif molekul yang terlibat, rangsangan bagi pelepasan mereka dan mekanisme aksi pasti mereka adalah diperlukan. Tambahannya, sementara kebanyakan data menyarankan bahwa sel punca mengerahkan suatu efek inhibitori terhadap sel imun inang, beberapa bukti yang sebaliknya muncul dan telah dihubungkan dengan berbagai perbedaan dalam subpopulasi dan kondisi kultur sel punca (46). Isolasi dari satu subpopulasi sel punca/progenitor yang relevan dan penentuan dari kondisi kultur yang optimal mungkin dapat menguatkan aksi imunoregulatori sel punca dalam pengobatan berbagai jenis penyakit.
Aksi parakrin sel punca & regenerasi jaringan
Walaupun telah diunjukkan dalam tahun-tahun belakangan bahwa kebanyakan sistim organ tubuh memiliki satu resident pool sel punca somatik dan yang spesifik-jaringan, dalam banyak kasus dari cedera traumatik atau cedera akibat penyakit, kuantitas dan potensi populasi sel punca endogenus tidaklah mencukupi untuk meregenerasi jaringan yang terganggu. Karena itu, penelitian kemudian memusatkan perhatian ke pada sumber-sumber sel punca dan sel progenitor eksogenus dan yang spesifik-bukan jaringan (nontissue-specific) bagi perbaikan dan regenerasi jaringan. Pada awalnya, berbagai usaha untuk pemakaian sel punca bagi tujuan ini dipusatkan pada diferensiasi terarah dari sel-sel ini menuju ke pada fenotip (berbagai fenotip) sel yang diinginkan, dan perbaikan fungsional dalam sejumlah jaringan tercatat dengan transplantasi sel dan berhubungan dengan diferensiasi sel punca atau progenitor. Lebih belakangan, bagaimanapun, telah tampak bahwa banyak dari berbagai perbaikan fungsional yang dihubungkan dengan sel punca mungkin adalah akibat dari aksi parakrin dalam jaringan inang lebih dari pada diferensiasi dan repopulasi sel. Satu pergeseran resultante dalam penelitian memperlihatkan bagaimana dibutuhkannya banyak studi lanjutan untuk menjelaskan mekanisme parakrin yang mendasari perbaikan dan regenerasi jaringan dengan transplantasi sel punca atau progenitor.
Penyembuhan luka
Penyembuhan luka yang optimal memerlukan satu seri kompleks kejadian biologis lokal seperti migrasi sel, proliferasi, remodeling matriks ekstrasel dan angiogenesis (95). Tambahannya, pelemahan dalam produksi sitokin oleh sel inflamatori adalah penting bagi penyembuhan luka (95-97). Dengan demikian, sekresi sel punca dan progenitor dari faktor-faktor yang telah disebutkan sebelumnya dalam tinjauan ini (yang berimplikasi dalam pengaturan imun, proliferasi dan migrasi sel, neurovaskularisasi, dan sintesis dan remodeling matriks ekstrasel), mungkin mempercepat penyembuhan luka ketika diberikan ke lokasi cedera. Banyak studi tentang penggunaan BM-MSC, ASC dan sel progenitor berasal-amnion ke luka kulit mengunjukkan percepatan seperti itu (7, 98-101). Tambahan terhadap sifat-sifat imunosupresif mereka yang telah didiskusikan sebelumnya, BM-MSCs dan ASCs yang digunakan pada luka kronik menguatkan densitas kapiler, namun tanpa engraftment dalam struktur vaskuler. Dari pemeriksaan lebih dekat, tercatat bahwa BM-MSCs menginduksi neovaskularisasi melalui penyekresian faktor-faktor pro-angiogenik Ang-1 dan VEGF di dalam dasar luka (95). ASCs yang diimplantasikan ke dalam luka kulit kronik menguatkan ketebalan jaringan granulasi, epitelialisasi dan pembentukan kapiler oleh penyekresian sitokin angiogenik seperti misalnya bFGF, PDGF, VEGF dan HGF (99, 100). Sel-sel progenitor amniotik manusia telah memperlihatkan menghambat migrasi netrofil dan makrofag menuju lokasi cedera melalui sekresi faktor inhibitori migrasi dan penekanan dari IL-1α dan -1β. Sel-sel progenitor amniotik juga melepas banyak faktor anti-inflamatori yang mencegah apoptosis dan menguatkan penyembuhan luka (8). Sementara aksi parakrin sel punca dan progenitor sekarang telah diketahui memainkan sebuah peran dalam penyembuhan luka, keseluruhan produksi molekul oleh berbagai populasi sel progenitor dan peran mereka dalam penyembuhan luka belum secara menyeluruh dikarakterisasi.
Regenerasi osteogenik
Penyembuhan tulang endokhondral fetal telah mengunjukkan sebuah proses yang bebas-parut. Perbedaan dalam kemampuan pembentukan-tulang anak-anak dengan dewasa sebagiannya dihubungkan dengan ekspresi diferensiil dari banyak faktor pertumbuhan seperti TGF-β1, -β3 dan bFGF. Analisis microarray tulang regenerasi kalvaria dari tikus kecil percobaan juvenil dan dewasa mengunjukkan satu level peningkatan yang jelas dari sitokin pro-osteogenik (mis., BMP-2, -4, dan -7, bFGF dan IGF-2) dalam sampel juvenil. Tambahannya, peningkatan level dari protein-protein matriks ekstrasel terkait-tulang, seperti prokolagen Co16a1, Co13a1 dan Co14a1, juga MMP-2 dan -14, pleiotrofin dan kathepsin K, ditemukan dalam regenerasi juvenil dibanding dengan dewasa (102). Melihat profil sekresi yang disebutkan di depan dari sel punca dan progenitor tertentu in vitro dan in vivo, mengikuti bahwa semua sel ini menyediakan satu sumber sel berkemampuan memodulasi regenerasi tulang melalui aksi-aksi parakrin, dan sel punca dan progenitor yang termodifikasi secara genetik telah digunakan ke ujung-ujung tulang (103).
Sementara hasil pendahuluan menggunakan sel punca dan progenitor untuk meregenerasi jaringan setelah mengalami cedera akibat penyakit atau traumatik adalah menjanjikan, efikasi transplantasi sel punca/progenitor masih dalam perdebatan, dan karakterisasi lebih lanjut dari berjenis populasi dan subpopulasi sel punca dan progenitor dan profil sekresi mereka, potensi diferensiasi dan kemampuan mereka untuk melepas faktor-faktor pertumbuhan dalam jumlah adekuat untuk menghasilkan keutungan fungsional bagi pasien adalah diperlukan. Metoda lebih lanjut untuk memodulasi aksi parakrin sel punca dan progenitor dan untuk harness biomolekul yang diproduksi oleh sel-sel ini adalah sedang dalam penyelidikan.
Aksi parakrin sel punca dan kanker
Kanker ditandai oleh proses pertumbuhan menyimpang dan dapat terjadi dalam respon terhadap kerusakan jaringan. Sementara sel punca secara normal diperlukan bagi perbaikan jaringan yang mengalami cedera, dispekulasikan bahwa mereka berkemampuan dalam pembentukan, pertumbuhan dan pemeliharaan tumor. Sebuah faktor penting dalam pembentukan dan pertumbuhan tumor adalah lingkungan mikro yang terdiri dari sejumlah tipe sel (meliputi fibroblas, sel endotel dan sel-sel inflamatori yang terpanggil), matriks ekstrasel dan molekul-molekul lokal yang dapat larut (104). Sel penyokong-tumor melepaskan faktor pertumbuhan, sitokin dan khemokin yang menyediakan sokongan trofik terhadap tumor melalui penyediaan tidak hanya makanan, namun juga satu pasokan darah adekuat (105-107). Setelah dimasukkan intravena pada model-model khewan, sel punca dan progenitor memerlihatkan secara selektif home menuju lokasi satu tumor dan menambahi stroma terkait-kanker (108-111). Tropisme tumor sel punca muncul sebagai respon terhadap sekresi faktor pertumbuhan sel tumor, sitokin dan molekul matriks ekstrasel, seperti PDGF, VEGF, EGF, IL-6, dan -8, MMP-1 dan SDF-1, dan penghambatan terhadap semua faktor ini mengawali hilangnya tropisme tersebut (108, 109, 111). Adanya sekresi angiogenik dan molekul-molekul proinflamatori mereka, seperti VEGF dan IL-6 dan enzim-enzim penghancur-matriks seperti MMPs, dihipotesiskan bahwa populasi sel punca tertentu mungkin mendorong lebih dari pada merintangi pertumbuhan dan migrasi tumor (112, 113).
Saat ini, laporan-laporan yang saling bertentangan bermunculan yang mempertunjukkan meningkatnya, penurunan dan tidak berubahnya proliferasi sel tumor in vitro dan in vivo dalam kehadiran BM-MSCs manusia atau faktor-faktor yang dapat larut BM-MSC (46, 114-116). Telah dipostulasikan bahwa berbagai efek sel punca terhadap proiferasi sel tumor in vitro dan in vivo dapat merupakan sebuah hasil dari bermacam mekanisme. Komunikasi silang di antara sel punca dengan sel ganas dapat menghasilkan tidak hanya dalam meningkatnya proliferasi sel tumor, namun juga dalam sebuah perubahan fenotipik sel punca menjadi sel yang menyokong pertumbuhan sel neoplastik (115). Pengaturan ke hilir berbagai respon imun penekanan-tumor sebagai sebuah hasil dari sekresi molekul anti-inflamatori oleh sel punca dapat juga memungkinkannya pertumbuhan tumor (117). Tambahannya, telah diunjukkan bahwa pengekspresian MMPs dan khemokin CCL5 (RANTES) dari sel punca dapat memfasilitasi motilitas dan metastasis tumor (118). Subpopulasi BM-MSCs in vitro yang mengekspresikan MMP1 mengeksibisikan meningkatnya tropisme tumor bila dibandingkan dengan subpopulasi yang tidak mengekspres MMP1 (108). Sebaliknya, pertumbuhan tumor mungkin dihentikan melalui penghentian siklus sel dan apoptosis sel tumor dalam responnya terhadap transplantasi sel punca (46, 119).
Hasil-hasil confounding dari semua studi ini telah dihubungkan dengan berbagai perbedaan dan heterogeneitas populasi sel tumor dan sel punca. Penentuan interaksi spesifik di antara sel tumor dengan sel punca dalam tipe-tipe kanker berbeda dapat menghasilkan pengertian yang mendalam menuju terapi sel punca baru yang mungkin untuk digunakan melawan kanker, dan hubungan kompleks di antara sel punca dan pembentukan tumor, telah banyak didiskusikan lebih terinci di banyak tulisan (120-127). Adanya semua hasil yang berlawanan satu dengan yang lainnya ini, dan potensiil dari sel punca untuk mempercepat pertumbuhan dan metastasis tumor, penggunaan teknik pengobatan sel punca bagi berjenis kanker sejauh ini telah didekati dengan lebih berhati-hati. Namun, adanya tropisme tumor mereka, MSCs sedang diselidiki sebagai sel yang menarget-tumor potensiil yang dapat memiliki suatu tingkat kepemakaian (utilitas) sebagai wahana pengiriman terlokalisir agen-agen antikarsinogenik bagi tumor.
Pemodulasian aksi parakrin sel punca
Karena kenyataannya bahwa berbagai efek transplantasi sel punca dapat diakibatkan oleh pelepasan terlokalisir dari sejumlah faktor trofik, dan tidak berhubungan (baik sebagian atau seluruhnya) dengan diferensiasi sel punca, banyak ilmuwan kemudian memusatkan perhatiannya pada memodulasi aksi parakrin sel punca guna menguatkan efikasi teraputik. Sejumlah teknik pendekatan berbeda, terutama terpusat pada manipulasi genetik dan memrakondisikan in vitro, telah terperiksa meningkatkan ketahanan hidup sel punca pada transplantasi (sehingga meningkatkan jumlah total faktor-faktor trofik dan memperpanjang lama waktu sekresi) dan secara langsung menguatkan produksi biomolekul dalam rangka mendapatkan efek fungsional yang lebih besar dengan transplantasi sel punca bagi regenerasi jaringan.
Pemanipulasian genetik sel punca
Sel punca dan progenitor telah direkayasa secara genetik menggunakan sejumlah transgen agar dapat lebih efektif lagi engraft lingkungan inang dan untuk lebih meningkatkan lagi menyekresi faktor trofik. Sejumlah teknik pendekatan menggunakan teknik pemodifikasian sel punca secara genetik telah dilakukan, termasuk pengiriman plasmid viral dan nonviral dan mengubah pengekspresian gen kondisional untuk menentukan rute paling efisien bagi pengiriman gen dan kelanjutan pengekspresiannya bagi setiap populasi sel dan pengaplikasiannya bagi regenerasi jaringan (128, 129).
Merekayasa sel punca bagi perbaikan ketahanan hidup sulihan
Pada majoritas kasus di mana sel punca ditransplantasikan ke dalam jaringan yang cedera, mereka diintroduksikan ke dalam sebuah lingkungan tak bersahabat dan iskemik. Dus, banyak sel yang tertransplantasi tidak bertahan hidup dan menjalani apoptosis, dengan demikian membatasi aksi parakrin mereka. Dalam rangka meningkatkan ketahanan sulihan, BM-MSCs telah dimodifikasi dengan gen-gen anti-apoptotic, seperti misalnya Bcl2, Akt dan HO-1. Pengekspresian berlebih Bcl-2 BM-MSCs telah memperlihatkan meningkatnya sekresi MSC VEGF (dan resultante densitas kapiler) di bawah kondisi hipoksik in vivo dan menurunkan apopotosis BM-MSCs in vivo dan in vitro (130). BM-MSCs yang Akt-modified telah memperlihatkan menjadi tahan dengan apoptosis melalui sekresi sejumlah molekul seperti misalnya VEGF, IGF-1, bFGF dan HGF, dan telah diunjukkan bahwa sekresi molekul2 ini meningkat di bawah kondisi hipoksik (66, 75, 76). Akhirnya, MSCs yang mengekspres HO-1 mengunjukkan peningkatan toleransi reoksigenasi-hipoksia in vitro dan dilindungi dari apoptosis dan cedera inflamatori in vivo (131).
Merekayasa sel punca bagi regenerasi neural
Untuk mendapatkan regenerasi neural yang efisien, sel yang dimodifikasi secara genetik yang mengekspres berlebih faktor-faktor atau neurotransmiter telah diselidiki. NPCs dan NSCs ditransduksikan menggunakan virus dengan sebuah faktor neurotrofik, NT-3, BDNF atau GDNF, dan sel-sel yang dimodifikasi secara genetik telah dapat bertahan untuk periode waktu memanjang atas transplantasi dengan hasil luaran fungsional yang terperbaiki lewat sekresi faktor-faktor neurotrofik (132-135). BM-MSCs yang termodifikasi untuk mengekspres BDNF secara bermakna lebih efektif dalam memunculkan pemulihan fungsional dari iskemia dan menurunkan jumlah sel-sel apoptotic dalam zona infark dalam sebuah model tikus stroke dibandingkan dengan BM-MSCs yang taktermodifikasi (136, 137). BM-MSCs manusia dan tikus yang terrekayasa secara genetik juga menghasilkan peningkatan jumlah dopamine in vitro dan in vivo, dengan demikian menyediakan sebuah pengobatan potensiil bagi pasien-pasien menderita PD (128, 138). Lebih lanjut, NPCs berasal dari ESCs tikus yang dimodifikasi dengan satu tindakan disrupsi gen ADK dapat melepas adenosine in vitro dan in vivo. NPCs berasal-ESC yang melepas adenosine mengunjukkan peningkatan ketahanan hidup ketika ditransplantasikan in vivo. Lebih menarik lagi, tikus kecil dan tikus besar yang menerima NPCs berasal-ESC termodifikasi-ADK mengunjukkan satu penghambatan jelas dalam aktifitas kejang, dengan demikian menyarankan utilitas semua sel ini sebagai sebuah pengobatan antiepilepsi (139-141). BM-MSCs manusia telah juga dimodifikasi secara genetik untuk menghasilkan adenosine dan digunakan untuk menekan kejang pada tikus kecl (140-142). ESCs tikus telah juga dimodifikasi secara genetik untuk memroduksi berlebih γ–aminobutyric acid (GABA) dalam satu cara yang dapat dikontrol dalam rangka menekan kejang (143). Semua studi ini mengunjukkan bahwa sel punca dan sel progenitor dapat secara genetik dimodifikasi dalam rangka untuk menghasilkan faktor-faktor yang berimplikasi dalam penyakit-penyakit neurodegeneratif.
Merekayasa sel punca bagi regenerasi osteogenik
Sel punca dan progenitor yang telah dimodifikasi dengan sejumlah gen untuk faktor pertumbuhan yang telah dikenal dapat merangsang mineralisasi dan menguatkan pembentukan tulang endokhondral. Sejumlah studi sekitar penguatan perbaikan tulang menggunakan sel-sel termodifikasi secara genetik telah berlangsung hingga kini. Peneliti telah mengunjukkan bahwa modifikasi genetik BM-MSCs, sel-sel berasal-darah perifer, skMbs, MDSCs dan ASCs untuk mengekspres sejumlah BMPs (mis., BMP-2, -4, -7, dan -9), LIM mineralization protein-1 dan IGF-1 telah terbukti dengan sukses dalam menggunakan sel-sel ini untuk memerbaiki berbagai defek tulang berukuran membahayakan (157-159). Tambahannya, MDSCs yang termodifikasi untuk mengekspres berlebih VEGF maupun BMP-4 menghasilkan penguatan prekrutan BM-MSC, ketahan hidup sel dan pembentukan tulang endokhondral ketika dibandingkan dengan sel-sel taktermodifikasi maupun sel-sel yang mengekspres VEGF saja. Hasil-hasil ini tidak saja mengunjukkan sebuah efek sinergistik di antara VEGF dengan BMP-4 dalam perbaikan tulang, namun juga menyediakan pengertian mendalam ke pada peran yang dimiliki VEGF sebagai sebuah mediator poten dari pensinyalan osteoinduktif yang disediakan oleh BMP-4 (157). Telah dicatat bahwa transduksi BM-MSCs dengan BMP-2 tidak hanya mempercepat pembentukan tulang dan regenerasi, namun juga meningkatkan angiogenesis dalam jaringan yang cedera (157).
Merekayasa sel punca bagi pengobatan kanker
Akibat adanya tropisme untuk tumor mereka, MSCs dan ASCs dapat berfungsi sebagai sebuah “kuda Trojan” untuk mengirimkan gen-gen antikanker, berbagai protein dan obat-obatan ke sel-sel tumor. Gen IFN-β telah memperlihatkan menggunakan efek-efek antiproliferatif dan proapoptotic nya pada sel tumor in vivo; namun, jumlah IFN-β yan perlu bagi penghambatan tumor lewat pemberian secara sistemik adalah lebih besar dibandingkan dengan jumlah yang dapat ditoleransikan oleh manusia, dan dengan demikian, percobaan klinis bagi terapi IFN-β telah gagal (160). Dalam mengganti cara pemberian IFN-β sistemik, peneliti telah mentransduksikan sel punca dengan gen IFN-β. Pemberian intravena NPCs dan BM-MSCs yang mengekspres-IFN-β dalam tikus-tikus kecil yang dimuati-tumor menghasilkan penggabungan ke dalam tumor dan kelanjutan penghambatan pertumbuhan dan angiogenesis tumor ( 160-162). BM-MSCs yang mengekspres satu truncated VEGF receptor (tsFlk-1) juga menghambat pertumbuhan tumor dalam satu model tikus kecil dengan limfoma (163). Sementara penginjeksian sel B16 (murine melanoma) ke dalam tikus kecil telah mengunjukkan menghasilkan pembentukan tumor hanya dengan koinjeksi BM-MSC (dengan demikian mengonfirmasikan peranan dari imunosupresi MSC dalam pembentukan tumor), sejak saat itu telah diunjukkan bahwa BM-MSCs mengekspres IL-2 yang termodifikasi secara genetik secara bermakna memperlambat pertumbuhan tumor (164) Tambahannya, ASCs dan BM-MSCs yang ditransduksikan dengan gen sitosin deaminase telah memperlihatkan memiliki kemampuan home ke tumor dan menggunakan efek antitumor potennya melalui mengonversikan sebuah coinjected prodrug menjadi bentuk toksiknya lewat pengekspresian gen sitosin deaminase (165-167).
Sementara manipulasi genetik sel punca meningkatkan ketahanan hidup sel di dalam lingkungan inang yang tidak bersahabat, meningkatkan sekresi protein yang mungkin membantu perbaikan fungsional setelah cedera dan menekan tumor, terdapat banyak pertanyaan yang masih perlu dijawab sebelum aplikasi klinis sel yang termodifikasi secara genetik dapat dipertimbangkan layak digunakan. Sebagai contoh: Apa saja metode optimal untuk modifikasi genetik? Apa saja sumber sel punca optimal bagi tiap-tiap aplikasi yang ada? Apa saja efek-efek yang tak dapat diperkirakan dan yang mungkin tak diinginkan setelah transplantasi sel-sel ini? Berapa lamakah sel-sel ini tertanam dan bertahan hidup dalam inang dan mempertahankan potensi teraputiknya? Apakah sel-sel ini memiliki keunggulan imun? Hingga berbagai pertanyaan tersebut dapat dijawab, berbagai percobaan klinik manusia dengan sel-sel punca termodifikasi secara genetik akan didekati secara berhati-hati.
Pemrakondisian sel punca
Memrakondisikan sel punca (mis., dengan sengaja memaparkan mereka kepada sebuah perangsangan dalam jumlah terkontrol untuk satu waktu yang telah ditentukan dalam rangka menghasilkan sebuah respon yang diharapkan) dapat memiliki utilitas dalam menguatkan sekresi faktor trofik sel. Sebaliknya dengan perekayasaan genetik, yang memodifikasi sebuah gen target tunggal, pemrakondisian dapat digunakan untuk memeroleh respon sel yang lebih global dan kompleks terhadap sebuah perangsangan tunggal. Beberapa respon adalah diakibatkan oleh berbagai hubungan mekanistik yang telah dikenal (sebagaimana dengan hipoksia dan produksi faktor angiogenik), sementara dasar dari beberapa respon lainnya tetap masih belum diketahui hingga kini (seperti dengan perangsangan mekanikal). Sejumlah sel punca dan progenitor primer telah menjadi subjek rejimen prakondisi guna meningkatkan produksi faktor-faktor trofik yang diharap, dengan demikian menguatkan aksi-aksi parakrin sel.
Pemaparan hipoksik
Praterapi in vitro melalui pemaparan hipoksik atau anoksik (O2 <5%) dapat meningkatkan aksi parakrin BM-MSCs melalui penginduksian HIF-1α, faktor transkripsi, yang berikatan dengan elemen-elemen respon hipoksia dalam sejumlah gen-gen target, termasuk banyak faktor pertumbuhan angiogenik (111, 168). (Harus dicatat, bahwa lingkungan in vitro hipoksik seringkali menyerupai konsentrasi oksigen fisiologik. Dengan demikian, paparan ’hipoksik’ sebenarnya adalah sesuatu yang keliru dan relatif terhadap kondisi atmosferik normoksik = O2 21%). Sementara paparan temporer dengan hipoksik tidak memiliki efek terhadap ketahanan hidup sel dalam beberapa studi, ia meningkatkan pengekspresian banyak faktor pertumbuhan seperti misalnya VEGF, bFGF,IGF-1, thimosin β4 dan HGF (76, 130), faktor-faktor yang telah dikenal memainkan sebuah peran dalam perekrutan sel, apoptosis dan angiogenesis. Pemrakondisian hipoksik juga meningkatkan pengekspresian in vitro dari banyak gen anti-apoptotic seperti misalnya Akt dan Enos (66, 70). Lebih jauh, BM-MSCs yang terpapar pemrakondisian hipoksik memperlihatkan mendayakan efek sitotprotektif diperkuat pada kardiomyosit (dibandingkan dengan BM-MSC yang takdikondisikan) ketika ditransplantasikan ke dalam otot jantung infark (169). Dengan demikian, praterapi hipoksik dapat mengawali ketahanan hidup sel donor dan inang dalam lingkungan iskemik dan menguatkan aksi-aksi parakrin sel punca, sehingga menyediakan keuntungan fungsional bagi inang.
Penginduksian syok thermal
Produksi heat-shock protein (Hsp), seperti namanya, dapat diinduksi dengan cara secara transien memaparkan sel dengan peningkatan suhu (biasanya 39-45°C). Keluarga molekul Hsp memiliki sifat-sifat sitoprotektif melalui pengaturan negative Fas-mediated apoptosis dan pencegahan produksi sitokin proinflamatori (170-172). Telah diunjukkan bahwa penginduksian syok termal lewat pemaparan kardiomyosit primer hingga ke kondisi hipertermik (39°C) menghasilkan peningkatan pengekspresian Hsp70, sehingga mencegah sel-sel ini dari stres oksidan lanjutannya in vitro dan in vivo (172, 173). Memaparkan sel punca gusi gigi manusia dengan kondisi hipertermik (38-45°C) menguatkan produksi modulator inflamatori lekotrien B4 dalam sel yang terkondisikan dibandingkan dengan kontrol yang takterkondisikan (174). Namun, pengkarakterisasian penguatan produksi faktor trofik oleh berbagai jenis populasi sel punca atas pemaparan dengan sok termal belumlah terperiksa dengan ketat. Adanya peran molekul-molekul Hsp dalam sitoproteksi modulasi imun, pemrakondisian syok termal sel punca dan progenitor dapat membuktikan menjadi sebuah cara yang berguna dan sederhana dalam menguatkan aksi-aksi parakrin.
Pengobatan farmakologi
Pemrakondisian farmakologis sejumlah populasi sel punca dan progenitor dalam rangka menguatkan ketahanan sulihan dan penyekresian faktor trofik telah juga diteliti. SkMbs dan BM-MSCs yang diterapi dengan diazoksid, sebuah potassium channel activator, mengunjukkan peningkatan ketahanan hidup sel atas transplantasinya ke dalam sebuah lingkungan iskemik. Menguatnya fosforilasi Akt, level pengekspresian siklooksigenase-2 dan IL-11 dalam skMbs dipostulasikan memainkan sebuah peran dalam mekanisme pensinyalan otokrin ketahanan hidup sel (175,176). Peningkatan sekresi Ang-1, VEGF, HGF dan bFGF dengan cara memrakondisikan skMbs dipostulasikan meningkatkan angiomyogenesis melalui aksi-aksi parakrin ketika ditransplantasikan (177). Sementara menguatnya fosforilasi Akt juga terlihat pada BM-MSCs yang terterapi-diazoksid, mekanisme ketahanan hidup sel adalah terbukti berbeda bagi sel-sel ini ketika dibandingkan dengan skMbs (175, 176). Pengobatan BM-MSCs dengan trimetazidin (1-[2,3,4-trimetoksibenzil] piperazin), sebuah obat anti-iskemik yang digunakan secara luas untuk pengobatan angina pada pasien-pasien kardiak, meningkatkan viabilitas sel dalam responnya terhadap pemaparan dengan H2O2 (178). Tambahannya, pengobatan BM-MSCs tikus besar dengan β-mercaptoethanol upregulated Hsp72 expression menghasilkan peningkatan resistensi terhadap stres oksidan (179) dan menyediakan sebuah cara potensiil untuk pengaturan respon inflamatori inang. Dengan demikian, pemrakondisian farmakologik sel punca dan progenitor in vitro mungkin dapat meningkatkan ketahanan hidup sel, sehingga menguatkan aksi-aksi parakrin mereka dalam lingkungan tidak bersahabat.
Pemaparan sitokin proinflamatori
Karena sitokin proinflamatori adalah diperlukan bagi pengaktifasian populasi sel punca tertentu, telah dipostulasikan bahwa pemrakondisian sel punca dan progenitor dengan semua sitokin ini dapat menguatkan modulasi parakrin dari respon imun inang. Telah diunjukkan in vitro dan in vivo bahwa MSCs menekan sel-T dan meredakan berbagai efek GvHD hanya ketika IFN-γ hadir dalam level yang mencukupi bagi pengaktifasian MSC (32, 37). Lebih lanjut, MSCs berrespon dengan IFN-γ dalam sebuah cara bergantung-dosis in vivo, dengan meningkatkan dosis IFN-γ maka akan menjadikan lebih efisien dalam mendapatkan imunosupresi MSC (37). Lebeih terkini, telah termapankan bahwa penambahan TNF-α dapat menguatkan imunosupresi MSC yang teraktifasi oleh IFN-γ (15, 32). Karena IFN-γ menyediakan perangsangan yang diperlukan bagi aktifitas imunosupresi MSC in vivo, beralasan bahwa pemrakondisian MSC dengan IFN-γ, dan kemungkinannya pula dengan TNF-α , in vitro sebelum sel ditransplantasikan dapat menyediakan sebuah strategi potensiil untuk mengaktifasi dan meningkatkan transplatasi imunosupresif MSC. Berbagai metodologi pemrakondisian sitokin mungkin juga bekerja bagi populasi sel punca dan progenitor lainnya dan dapat memiliki utilitas dalam memodulasi respon imun inang melalui penguatan aksi-aksi parakrin.
Pemrakondisian Biofisik
Berbagai laporan belakangan ini tentang pemaparan dengan perangsangan biofisik telah menyediakan banyak alternatif potensiil guna meningkatkan aksi-aksi parakrin sel punca. Laser Holmium: YAG secara ekstensif digunakan dalam bidang bedah orthopedi, dan berbagai upaya untuk mengarakterisasi berbagai efek laser pada viabilitas sel menimbulkan minat untuk menelitinya; gelombang syok dan syok termal disebabkan oleh pengekspresian Hsp70 dari sel yang terinduksi-laser (180). Sebagaimana molekul keluarga Hsp berimplikasi dalam sitoproteksi dan memodulasi imun, pemrakondisian laser dari sel punca dan progenitor dapat menyediakan sebuah cara dalam meningkatkan aksi-aksi parakrin mereka. Tambahannya, sementara banyak laporan yang terpublikasi berbicara tentang diferensiasi sel punca in vitro dalam responnya terhadap dikenakannya peregangan mekanik, sejumlah studi ini juga melaporkan bahwa penggunaan regangan mekanik dapat memodulasi sintesis matriks ekstra sel, deposisi dan mineralisasi (181-184). Karena perannya yang kuat dari molekul-molekul matriks ekstra sel dalam perbaikan dan regenerasi jaringan, maka bahwa pengondisian mekanik akan dapat menguatkan produksi molekul matriks ekstra sel dari sel punca dan progenitor, dan dengan demikian menguatkan aksi-aksi parakrin mereka.
Memanfaatkan faktor-faktor parakrin sel punca
Sementara terapi sel menggunakan sel-sel punca dan progenitor untuk mengobati cedera traumatik atau penyakit telah memperlihatkan hasil-hasil awal yang menjanjikan, sejumlah rintangan masih ada bagi implementasi kilik terapi sel regeneratif. Salah satu perhatian mengenai pengembangan terapi dari sumber-sumber sel punca pluripoten adalah potensi sel-sel itu untuk membentuk teratoma in vivo (185-187). Di lain pihak, penggunaan sel-sel punca dan progenitor multipoten dan terbatas-garis turunan, meski berpotensi lebih aman, dibatasi oleh keterbatasan plastisitas dan penuaan ketika diperluas (expanded) in vitro. Akhirnya, isu-isu sekitar sumber sel tentang cara untuk mendapatkan jumlah sel dan kompatibilitas imun seringkali menurunkan potensi mereka bagi kegunaan klinis. Dus, banyak peneliti mulai mempertimbangkan berbagai alternatif dari transplantasi sel yang bergantung pada pemanfaatan dan pengiriman faktor-faktor trofik yang diproduksi oleh sel punca untuk merangsang perbaikan dan regenerasi jaringan.
Faktor-faktor yang dapat larut dari sel punca
Telah dipostulasikan bahwa, berbagai efek menguntungkan sel punca tidaklah bergantung kontak sel – sel, namun bahwa faktor trofik yang disekresikan oleh sel punca dapat mendayakan efek-efek parakrin poten pada tipe-tipe sel lain. Kenyataan ini yang pada awalnya terabaikan saat ini terunjukkan oleh sejumlah studi menggunakan media terkondisikan, dikumpulkan dari sevarietas populasi sel punca, untuk mendayakan berbagai efek menguntungkan terhadap sel dan jaringan in vitro dan in vivo.
Pengobatan tikus kecil diabetik dengan media terkondisikan-BM-MSC menghasilkan penurunan level glukosa darah pada baseline dan setelah satu pembebanan glukosa dan melindungi sel-sel pankreatik dari apoptosis dibandingkan dengan kontrol, dengan demikian mengunjukkan bahwa berbagai efek menguntungkan transplantasi MSC pada seekor tikus diabetik kemungkinannya disebabkan oleh aksi-aksi parakrin faktor-faktor tersekresikan-MSC terhadap sel-sel pankreatik yang cedera (188). Kehadiran dari level-level tinggi secara relatif dari faktor-faktor anti-apoptotic dan angiogenik dalam media terkondisikan-BM-MSC dikonfirmasikan menggunakan ELISAs. Transfer media terkondisikan-BM-MSC ke kardiomyosit neonatus tikus besar in vitro menghasilkan hipertrofi kardiomyosit oleh meningkatnya konten protein total, area sel, penggabungan leusin-[3H], dan pengekspresian gen ANF (189). Disimpulkan bahwa efek menguntungkan transplantasi BM-MSC ke dalam myocardium iskemik oleh karenanya mungkin disebabkan (sedikitnya sebagian) oleh efek-efek parakrin MSCs pada kardiomyosit inang.
Pengobatan dengan media terkondisikan-ASC mengeblok kerusakan, kehilangan jaringan dan ketunaan fungsional neuronal dalam satu model neonatal tikus besar yang dengan encelopati terinduksi-cedera iskemik-hipoksik (190). Efek-efek menguntungkan jangka panjang dan tetap bertahan lama pada defisiensi proses belajar spasial dan memori terobservasi dalam tikus besar yang menerima media terkondisi ketika dibandingkan dengan kontrol. Media terkondisikan-ASC secara bermakna menurunkan kematian sel bergantung-kaspase dan mendayakan efek neuroprotektif pada sel dan jaringan inang. Disimpulkan bahwa level-level yang secara relatif tinggi dari faktor-faktor neuroprotektif dan anti-apoptotic dalam media terkondisikan, seperti misalnya IGF-1 dan BDNF, menyelamatkan otak-otak neonataus yang cedera oleh cedera iskemik-hipoksik. Pengobatan in vitro sel-sel kanker ovarium dengan media terkondisikan dari ASCs dan sel-sel punca yang berasal-cairan amniotik yang tersyokkan dengan panas (heat-shocked) menghasilkan viabilitas sel tumor yang menurun dibandingkan dengan kontrol melalui penginduksian kondensasi nuklir dan penghentian siklus pertumbuhan sel tumor yang lebih besar (191). Cytokine arrays of conditioned media mengunjukkan bahwa berbagai efek pada sel tumor adalah dimediasikan oleh sekresi faktor-faktor trofik sel punca seperti misalnya angiogenin, IGF-binding protein 4, NT-3 dan chemokine ligand 18.
Sama seperti halnya dengan populasi sel punca lainnya, aktifitas prliferatif dan potensi diferensiasi dari periodontal ligament-derived stem cells (PDLSCs) menurun dengan usia. Namun, pengobatan PDLSCs yang menua dengan media terkondisikan dari PDLSCs muda meningkatkan secara bermakna potensi proliferasi dan diferensiasinya in vitro dan in vivo. Sebaliknya, potensi diferensiasi dari PDLSCs muda menurun setelah pemberian pengobatan dengan media terkondisikan PDLSCs tua. Diambil secara bersama, semua data ini menyarankan bahwa media terkondisikan dari PDLSCs muda mengandung faktor-faktor pertumbuhan dan faktor-faktor diferensiasi yang dapat larut (mis., IGF-1, PDGF, IL-1, TGF-β, BMP-2 dan BMP-4) yang mungkin mendayakan efek-efek potennya pada sel punca tua in vitro dan in vivo (192).
Akhirnya, media terkondisikan dari ESC-MSCs manusia mendayakan sebuah efek kardioprotektif dan mempertahankan fungsi kardiak dalam sebuah model infark miokard babi (193). Perlindungan jantung oleh ESC-MSCs diberikan melalui peningkatan viabilitas sel dalam kehadiran stres oksidatif dan melalui penurunan apoptosis lewat jalur pensinyalan TGF-β. Selanjutnya dipastikan bahwa perlindungan jantung oleh medium terkondisikan-ESC-MSCs diperantarai oleh kompleks-kompleks besar (>1000kDa) yang mungkin termasuk sejumlah protein dan lemak. Namun, molekul-molekul yang pastinya yang memerantarai efek-efek menguntungkan sel-sel ini masih tetap perlu dijelaskan.
Sementara berbagai studi yang disebutkan di atas menyoroti banyak studi terkini pada berbagai efek parakrin poten dari media terkondisikan-sel punca, banyak dari studi-studi seperti itu muncul yang mengunjukkan potensi media terkondisikan-sel punca bagi aplikasi teraputik sebagai pengganti transplantasi sel. Sebagai tambahan dalam menyediakan terapi sel punca alternatif, studi media terkondisikan juga membantu menjelaskan berbagai mekanisme dibalik aksi-aski parakrin sel punca, sehingga menyediakan pengertian mendalam yang bernilai ke dalam aplikasi biologi dan teraputik dari sel-sel ini. Laporan terkini tentang metode untuk mengisolasi dan mengkonsentrasi media terkondisikan-sel punca menjelaskan protokol eksperimental dalam memanfaatkan faktor-faktor trofik yang dihasilkan sel punca (194). Namun, berbagai keterbatasan timbul dalam penggunaan teraputik media terkondisikan-sel punca dan termasuk perhatian pada kontaminasinya oleh produk-produk khewan, waktu paruh in vitro dari molekul-molekul yang disekresikan sel punca, dan jumlah relatif faktor tersekresikan dan dosis efektif yang diperlukan untuk memeroleh sebuah respon fungsional in vivo.
Matriks ekstrasel sel punca
Matriks ekstra sel secara luas dikenal berkomposisikan elemen-elemen struktural dan fungsional yang bertanggung jawab untuk mempertahankan homeostasis jaringan dan secara dinamik berrespon terhadap cedera jaringan. Kolagen, laminin, dan fibronektin merupakan molekul-molekul fibriler yang tampil dalam kebanyakan membran basal, dan banyak isoform dari kolagen dan laminin telah terdokumentasikan (195-201). Berbagai faktor pertumbuhan seperti FGF, HGF, PDGF, VEGF dan IGF dapat juga dengan stabil dipertahankan di dalam matriks ekstra sel oleh pengikatannya secara langsung dengan berbagai protein matriks ekstra sel atau glikosaminogliksn (202, 203). Berbagai molekul morfogenik poten seperti misalnya WNTs dan BMPs, sebagaimana juga dengan antagonis mereka, dapat juga ditemukan dalam matriks ekstra sel (204, 205).
Adanya kemungkinan keterbatasan dalam sumber sel dan penggunaan teraputik dari media terkondisikan, telah dipostulasikan bahwa isolasi yang sukses matriks ekstra sel dari dari sel dan jaringan mungkin menyediakan sebuah pendekatan alternatif untuk mengirim gudang penyimpanan berbagai biomolekul morfogenik poten (206-209), dan biomaterial aseluler seperti itu telah diekstrak dari berbagai sumber jaringan termasuk submukosa usus halus, kulit, kandung kencing, plasenta manusia, hati dan pembuluh darah (210-221). Bayak studi menyarankan bahwa transplantasi matriks aseluler dari jaringan somatik dapat mengawali perbaikan dan/atau regenerasi dalam lingkungan di mana jaringan homeostatik yang normal tidak dapat merekapitulasi pensinyalan kompleks lingkungan yang mengarahkan berbagai proses morfogenik selama perkembangan atau regenerasi jaringan (222-224). Lebih lanjut, biomaterial aseluler kurang memungkinkan, dibandingkan dengan jarigan lain, untuk mengeluarkan sebuah respon inflamatori ketika ditransplantasikan (akibat dari konservasi matriks ekstra sel di seluruh spesies), dan kesuksesan pemakaian semua material ini telah diunjukkan dalam perbaikan jaringan lunak dan keras, berrentang dari katup jantung dan sulihan syaraf hingga penginduksian tulang.
Banyak studi terkini telah mengunjukkan isolasi yang sukses matriks aseluler dari tidak hanya jaringan, namun juga dari sel somatik dalam benihan. Fibroblas matriks ekstra sel kulit kulup manusia secara kimiawi diisolasikan dan digunakan secara sendiri-sendiri atau dalam kombinasinya dengan poli(ε-kaprolakton) in vitro. Hybrid ECM–poly(ε-caprolactone) electrospun scaffolds memperlihatkan sifat-sifat biomekanik yang memuaskan dan menyokong perlekatan dan proliferasi ASCs manusia dikeseluruhan konstruksi (225). Fibroblas kulit manusia mengunjukkan menghasilkan matriks ekstra sel dalam cara-cara bergantung-dosis ketika diterapi dengan EGF (226). Tambahannya, matriks ekstra sel secara mekanik diisolasikan dari khondrosit babi yang dikultur dan mengunjukkan secara efektif lebih langsung mendeposisi matriks ekstra sel oleh khondrosit kelinci dan juga menghasilkan kartilago yang berkualitas-tinggi in vitro ketika dibandingkan dengan sebuah scaffold kontrol asam poligligolik (227). Sementara berbagai studi yang tersebut di atas mengunjukkan isolasi matriks ekstra sel dari sel somatik yang sukses in vitro dan kemampuan untuk membenihkan sebuah tipe sel sekunder ke matriks-matriks aseluler, mereka tidaklah mengarakterisasi berbagai efek matriks ekstra sel terhadap tingkah laku sel atau berbagai aksi parakrin dari matriks ekstra sel in vitro dan in vivo. Studi-studi seperti itu harus berbuat banyak untuk menggali peran faktor-faktor tak larut matriks ekstra sel dalam regenerasi jaringan.
Saat ini yang ada hanyalah beberapa studi saja tentang pengisolasian matriks aseluler dari populasi-populasi sel punca dan progenitor. Mempertimbangkan aksi-aksi poten parakrin sel-sel punca, maka yang akan mengikutinya adalah bahwa matriks aseluler berasal-sel punca dapat melabuhkan sevarietas molekul trofik. Matriks ekstrasel BM-MSC diperlihatkan berkomposisikan kolagen I, III dan IV, sindekan-1, perlekan, fibronektin, laminin, biglikan dan dekorin (yang sama dengan matriks ekstra sel sumsum tulang aslinya). Matriks ekstra sel BM-MSC mengawetkan potensi pembentukan-koloni MSCs murine in vitro dibandingkan dengan substrat benihan jaringan lain dan menurunkan diferensiasi osteogenik spontan MSCs yang disemaikan pada matriks ekstra sel. Atas transplantasinya ke dalam tikus kecil yang terganggu fungsi imunnya, MSCs murine yang disemaikan ke matriks ekstra sel BM-MSC membangkitkan sebanyak lima kali dari apa yang maksimal tulang perbuat dan delapan kali dari sumsum hematopietik dibandingkan dengan MSCs dibenihkan pada benihan jaringan plastik (228). Dihipotesiskan bahwa penampilan diperkuat dari MSCs adalah akibat dari protein-protein tersekresikan-BM-MSC yang dilabuhkan dalam matriks ekstra sel. Scaffolds titanium yang disemaikan dengan MSCs tikus besar, dibenihkan dengan suplemen-suplemen osteogenik, dan kemudian dilanjutkan dengan deselularisasi mengunjukkan mendorong mineralisasi matriks oleh BM-MSCs bahkan dalam ketiadaan faktor-faktor osteogenik (229). Tambahannya, matriks ekstra sel mengonstruksi pendorongan angiogenesis (namun bukan osteogenesis) in vivo ketika diaplikasikan dalam sebuah model osteoinduksi intramuskuler di mana jaringan normal secara umumnya tidaklah berkemampuan melakukan proses neovaskularisasi adekuat (230). Semua hasil ini selanjutnya mengunjukkan bahwa matriks ekstra sel berasal-BM-MSC mengandung berjenis kompleks faktor yang berkemampuan mengarahkan kebiasaan populasi sel eksogen.
Matriks ekstra sel berasal-BM-MSC terbukti neurosuportif. BM-MSCs yang secara kimiawi dideselularisasi, seperti juga BM-MSCs yang ditranfeksikan dengan stabil untuk mengekspres protein domain intraseluler Notch 1. Efek neurosuportif kedua populasi MSC ini ditentukan disebabkan oleh faktor-faktor matriks ekstra sel dan bukannya disebabkan oleh faktor-faktor dapat larut atau sel-sel itu sendiri (231). Tambahannya, fakta bahwa matriks ekstra sel yang diproduksi oleh MSCs yang ditransfeksikan Notch 1 lebih baik dalam mendorong pertumbuhan sel neuron dibandingkan dengan matriks ekstra sel dari MSCs yang taktermodifikasi adalah dihubungkan dengan menguatnya pengekspresian kolagen, laminin, MMPs, TIMPs, tenascin dan fibulin oleh sel-sel tertransfeksi. Dengan demikian, matriks ekstra sel berasal-BM-MSC dapat menjadi sebuah perantara poten dari regenerasi syaraf in vivo, dan modifikasi genetik BM-MSCs selanjutnya dapat menguatkan sifat-sifat matriks ekstra sel ini.
Akhir-akhir ini, matriks-matriks aseluler yang diambil dari ESCs (dalam bentuk sedang berdiferensiasi yang disebut embryoid bodies) telah dengan berhasil diisolasikan menggunakan metode-metode deselularisasi kimiawi dan fisik (232-234). Viabilitas sel diinhibisi melalui pengobatan deselularisasi sementara tetap mempertahankan komponen-komponen matriks ekstra sel seperti kolagen IV, laminin, fibronektin dan hyaluronan (233). Tambahannya, telah diunjukkan bahwa matriks-matriks ekstra aseluler dapat ditanami dengan sel-sel eksogen dan dipertahankan in vitro (234). Data kumulatif ini menyarankan bahwa pengadministrasian eksogen dari sebuah matriks aseluler yang berasal dari sel-sel punca dapat mengkatalisis perbaikan dan regenerasi jaringan melalui aksi-aksi parakrin dari molekul-molekul yang terasingkan di dalam matriks. Lebih lanjut, matriks-matriks aseluler dari berbagai populasi sel punca dapat secara diferensiil memodulasi regenerasi jaringan didasarkan atas potensialitas (mis., maturitas), modifikasi genetik dan/atau pemrakondisian sel punca sebelum dideselularisasi.
Perspektif masa depan
Sementara berbagai terapi sel punca bagi regenerasi jaringan telah secara konvensional didorong oleh pendiferensiasian sel punca bagi penggantian jaringan rusak, berbagai kemajuan akhir-akhir ini dalam wilayah ini telah mengarakterisasi aksi-aksi parakrin sel-sel ini. Telah diunjukkan dalam banyak kejadian, berbagai keuntungan fungsional sel punca adalah disebabkan sebagian besarnya oleh berbagai faktor pertumbuhan, khemokin, sitokin dan berbagai molekul imunosupresif yang disekresikan oleh sel-sel ini pada lokasi cedera. Konsekuensinya, intesionalitas penggunaan sel punca untuk memodifikasi lingkingan mikro jaringan kelihatannya menjadi satu pusat penelitian sel punca dalam waktu dekat ini. Dengan mengabaikan diferensiasinya menjadi fenotip-fenotip spesifik, para peneliti mungkin mendapatkan bahwa pengaplikasian dari berbagai populasi sel punca, tidak dalam berbagai lingkungan jaringan, menghasilkan hasil-hasil sebelumnya yang tak terantisipasi namun efektif bagi regenerasi jaringan. Sebagai contoh, transplantasi NCPs ke otot jantung iskemik menghasilkan menurunnya apoptosis kardiomyosit, meningkatnya neovaskularisasi dan meningkatnya pemulihan dari iskemia sebagai hasil dari sekresi faktor neurotrofik dan angiogenik oleh sel-sel ini. Tambahannya, perekayasaan genetik dan rejimen-rejimen pemrakondisian sel-sel yang optimal untuk menguatkan sekresi faktor trofik bagi sebuah aplikasi yang diinginkan akan menjadi lebih luas lagi diselidiki dan dikarakterisasi, mengawali ke pada lebih efektif dan terkarakterisasinya dengan baik mekanisme-mekanisme aksi parakrin.
Pengaplikasian biomolekul berasal-sel punca bagi regenerasi jaringan mungkin menyediakan terapi alternatif berasal-sel punca yang akan mengungguli berbagai isu sekitaran kesulitan dalam mendapatkan sumber sel yang sedang berlangsung saat ini. Faktor-faktor yang dapat larut yang tersekresikan-sel punca dari berbagai populasi sel punca dan dalam responnya terhadap rangsangan eksternal, akan menjadi terkarakterisasi lebih baik lewat berbagai analisis proteomik dan lebih tertargetkan ke jaringan spesifik dalam tahun-tahun mendatang. Biomaterial aseluler berasal dari sejumlah populasi sel punca dibawah berbagai modifikasi genetik dan rejimen pemrakondisian akan menjadi lebih sering dipakai. Berbagai biomaterial hibrid terdiri dari polimer sintetik dan berbagai matriks berasal sel punca dan/atau berbagai faktor tersekresikan yang dapat larut akan juga dikembangkan bagi sejumlah aplikasi regenerasi jaringan lunak dan keras. Tterapi bertarget-tumor yang menggunakan bermacam molekul berasal-sel punca, berbagai matrik aseluler dan biomaterial hibrid akan juga menjadi lebih canggih berkenaan dengan pemakaian sel punca bagi pengiriman bertarget agen-agen antitumorigenik dalam tahun-tahun mendatang. Sebagai kesimpulan, memahami berbagai aksi parakrin populasi sel punca dan memelajarinya untuk pemodulasian dan memanfaatkan mereka akan menyediakan para peneliti dengan sebuah banyak pilihan pengobatan bagi cedera traumatik dan penyakit yang sejauh ini telah dibatasi oleh berbagai isu sekitaran sumber sel. Berbagai kemajuan mendatang dalam menentukan dan mengaplikasikan berbagai aksi parakrin akan menguntungkan secara bermakna pengaplikasian kedokteran regeneratif sel punca dalam tahun-tahun mendatang.
Simpulan khusus
Sel punca telah muncul sebagai sebuah elemen kunci terapi kedokteran regeneratif dikarenakan atas kemampuannya berdiferensiasi menjadi bervariasi fenotip sel, sehingga menyediakan berjenis terapi sel potensiil untuk mengobati berjenis penyakit degeneratif dan cedera traumatik. Pergeseran paradigma akhir-akhir ini yang muncul menyarankan bahwa berbagai efek menguntungkan sel punca mungkin tidak dibatasi kepada hanya restorasi sel, namun juga karena berbagai aksi parakrin transien mereka. Sel punca dapat menyekresikan kombinasi poten berbagai faktor trofik yang memodulasi komposisi molekuler dari lingkungan untuk membangkitkan berbagai respon dari sel residen. Berdasarkan dari pandangan baru ini, arah penelitian saat ini meliputi usaha untuk menjelaskan, mengaugmentasi dan memanfaatkan mekanisme parakrin sel punca bagi regenerasi jaringan. Artikel ini mendiskusikan berbagai studi yang ada pada produksi faktor trofik sel punca/progenitor, berbagai implikasi bagi regenerasi jaringan dan terapi kanker, dan pengembangan strategi baru untuk menggunakan pemakaian parakrin sel punca dalam kedokteran regeneratif.
Kata kunci: kanker, modulasi imun, aksi parakrin, sel punca, regenerasi jaringan, faktor trofik
Pendahuluan
Terapi kedokteran regeneratif, yang dikompori oleh berbagai kemajuan dalam biologi dan teknologi sel punca, mengarahkan berbagai cedera taksembuh bawaan menuju kepada restorasi sepenuhnya struktur jaringan dan fungsi ikutannya. Sejumlah studi telah mengunjukkan bahwa mobilisasi sel punca endogen atau pemberian eksogen dari sejumlah populasi sel tunas kepada jaringan yang cedera menghasilkan regenerasi struktural jaringan juga perbaikan fungsi. Sementara hipotesis aslinya yang mendasari terapi regeneratif sel punca didasarkan atas pemulihan fungsi sebagai sebuah konsekuensi dari diferensiasi sel punca, saat ini jelaslah bahwa terdapat mekanisme aksi lainnya juga ikut bekerja. Sebuah pergeseran paradigma terakhir yang muncul menyarankan bahwa biomolekul yang disintesis oleh sel punca mungkin menjadi sepenting, bila tidak menjadi lebih penting, dibandingkan diferensiasi sel-sel dalam usaha mendapatkan perbaikan jaringan fungsional. Nasib dari sebuah sel punca ditentukan oleh niche nya, atau oleh lingkungan mikro lokal, yang terdiri dari sel-sel sekitar dan berbagai produk tersekresikan dari sel punca (1). Sel punca secara aktif berkontribusi ke lingkungan mereka dengan menyekresikan sitokin, faktor pertumbuhan dan molekul matriks ekstrasel (ECM) yang bekerja baik pada dirinya (aksi otokrin) ataupun pada sel tetangganya (aksi parakrin). Dengan demikian, sebuah pemahaman yang lebih jernih dari produksi biomolekul sel punca dan progenitor dapat menghasilkan wawasan ke dalam pengaturan fenotip sel, penentuan yang lebih baik tentang peran fungsional sel punca dalam proses perbaikan jaringan dan akhirnya menentukan sumber (sumber-sumber) sel yang tepat bagi aplikasi perbaikan dan regenerasi jaringan khusus. Demikianlah, arah penelitian saat ini meliputi berbagai usaha untuk menjelaskan, mengaugmentasi dan memanfaatkan mekanisme otokrin dan parakrin sel punca bagi kedokteran regeneratif.
Usaha terkini untuk mengarakterisasi produksi biomolekul oleh sel punca telah menggunakan teknik pendekatan genomik dan proteomik untuk menganalisis media terkondisikan-sel dalam hubungannya dengan pengukuran bioaktifitas in vitro (2-6). Sel punca berkemampuan memroduksi satu spektrum luas sitokin, khemokin, faktor pertumbuhan dan molekul matriks ekstrasel. Sementara majoritas laporan yang terpublikasi sampai sekarang memusatkan perhatian pada sel punca multipoten dewasa (mis., bone marrow-derived mesenchymal stem cells [BM-MSCs] dan hematopietic stem cells [HSCs]), beberapa studi telah juga memeriksa sel stem pluripoten (mis., embryonic stem cell [ESC] dan induced pluripotent stem cell [iPSC]) dan produksi faktor tersekresikan dari sel punca pluripoten-terbatas garis turunan (mis., skeletal myoblast [skMb]). Faktor pertumbuhan yang disekresikan oleh sejumlah populasi sel punca/progenitor berkemampuan dalam mendorong proliferasi sel, perlindungan dan migrasi sel. Sel punca dan progenitor dapat juga melindungi sel-sel lainnya dari radikal bebas oksigen yang merusak lewat produksi molekul antiokasidan dan anti-apoptotic. Tambahannya, sel-sel ini menyekresikan faktor angiogenik, faktor antifibrotik, faktor-faktor yang bertanggung jawab bagi homeostasis matriks ekstrasel seperti misalnya kolagen, matriks metalloproteinase (MMPs) dan tissue-derived inhibitors (TIMPs) mereka, dan faktor antiinflamatori atau imunosupresif. Lebih lanjut, sel punca/progenitor tidak hanya memroduksi semua yang disebut di atas, namun juga memakan molekul-molekul pro-apoptotic dan inflamatori. Karena kebanyakan terapi sel eksogenus bagi perbaikan dan regenerasi jaringan secara khasnya menyangkutkan transplantasi sel-sel ke dalam sebuah lingkungan iskemik dengan bermacam derajat inflamasi, sel punca/progenitor mungkin juga menghasilkan sevarietas molekul yang melayani mediasi perbaikan dan regenerasi jaringan lewat mekanisme anti-apoptotic, imunosupresif, proliferatif dan/atau angiogenik. Dengan demikian, arah riset baru menginginkan untuk menggunakan sel punca/progenitor sebagai sebuah wahana pengiriman obat yang kompleks secara biologis untuk menambah isyarat molekuler dalam memasilitasi regenerasi jaringan (Gambar 1).
Gambar 1
Aksi-aksi parakrin sel punca dapat dimodulasi dan digunakan dalam cara berbeda untuk membangkitkan berbagai respon biologis
ECM: Extracellular matrix
Tujuan dari artikel tinjauan ini adalah untuk menyediakan sebuah ikhtisar produksi faktor trofik sel punca/progenitor, implikasi bagi regenerasi jaringan (Tabel 1) dan metode untuk memodulasi (Tabel 2) dan memanfaatkan aksi-aksi parakrin sel-sel ini. Walaupun sejumlah populasi sel punca dan sel progenitor telah diisolasi dan dikarakterisasi, majoritas dari laporan terpublikasi memusatkan pada BM-MSCs, akibat dari penggunaan preklinik dan kliniknya yang tersebar luas untuk regenerasi jaringan. Sebagai hasilnya, majoritas konsep yang didiskusikan dalam artikel ini didasarkan atas fungsi trofik BM-MSCs, namun untuk setiap aplikasi, studi-studi tentang produksi biomolekul oleh populasi-populasi sel punca/progenitor lain juga dimasukkan.
Table 1
Faktor parakrin tersekresikan yang sering, organ dan
keadaan penyakit di mana mereka bertindak, dan fungsi spesifik mereka
Table 2
Metode untuk memodulasi aksi parakrin sel punca dan hasil luaran
Pemodulasian sistim fisiologis oleh sel punca
Aksi parakrin dan pemodulasian imun sel punca
BM-MSCs manusia dan MSCs berasal sel punca embryonik (ESC-MSCs) bersifat imunotoleran dan dapat langsung memodulasi respon imun ataupun ketika ia di ko-transplantasikan dengan tipe sel lainnya. MSCs mengekspres molekul klas I MHC (seperti HLA-A, -B, dan –C), namun tidak molekul kelas II MHC (seperti HLA-DR) atau molekul-molekul kostimulatori (mis., CD40, CD80 dan CD86) (7-10). Belakangan, sel punca mesenkhimal berasal-jaringan lemak manusia (ASCs), ESC-MSCs dan sel punca mesenkhimal berasal darah tali pusat (UCBs) telah juga dikarakterisasi memiliki imunofenotip permukaan yang sama (6, 11, 12). Efek imunosupresif BM-MSCs pertamakali diunjukkan dalam sebuah model in vivo menggunakan BM-MSCs untuk memperpanjang penolakan sulih kulit histokompatibel pada seekor babon (13). Sejak itu, riset telah memusatkan pada pengungkapan peran dari sel-sel ini dalam memodulasi respon imun inang dan, dengan demikian, pada utilitas sel-sel ini sebagai “protektor” bagi sel lainnya atas tindakan transplantasi sel.
MSCs dan sel-sel imun
Telah diunjukkan in vitro dan in vivo bahwa BM-MSCs manusia dapat mengatur respon imun lewat sel-sel kedua sistim imun bawaan dan adaptif. BM-MSCs memengaruhi sel-T, sel-B, sel pembunuh alami (sel NK), sel dendritik (DC), aktifitas imun makrofag dan netrofil. Data eksperimental menyarankan bahwa MSCs tidak hanya menghambat proliferasi sel-T, aktifitas sitokin dan sitotoksisitas (akibat dari sekresi BM-MSC berupa beberapa faktor termasuk TGF-β1 [14, 15], HGF [15], oksida nitrat [16], indoleamine 2,3-dioxygenase [IDO] [14, 17, 18] dan prostaglandin E2 [PGE2] [15, 19]), namun mereka juga merangsang sel-sel ini di bawah kondisi tertentu (melalui sekresi berupa sitokin IL-1 dan -6 dan khemokin RANTES) (20). IDO juga telah memerlihatkan memainkan sebuah peran dalam apoptosis sel-T (18, 21). BM-MSCs menghambat proliferasi, maturasi, migrasi, dan produksi immunoglobulin dan antibodi (22). Sekresi IL-6 oleh BM-MSCs dapat memediasi efek inhibitori pada sel-B; namun, molekul dan mekanisme yang bertanggung jawab pastinya belum sepenuhnya dijelaskan (23). MSCs dapat memiliki suatu efek inhibitori pada fenotip DC imatur dan matur, maturasi, aktifasi dan presentasi antigen, dan semua efek ini diperkirakan sebagian disebabkan oleh sekresi BM-MSC IL-6, M-CSF, dan PGE2 (24-26). BM-MSCs mungkin memodulasi respon imun melalui penghambatan maturasi DC dan selanjutnya inhibisi DC dari proliferasi sel-T (25). Tambahannya, BM-MSCs menghambat proliferasi sel-NK, produksi dan sitotoksisitas sitokin melalui IDO, TGF-β, HLA-G, dan PGE2 (27, 28). ESC-MSCs juga berimplikasi dalam menghalangi lisis sel oleh sel NK lewat pengaturan ke hilir reseptor permukaan sel bagi aktifasi sel NK (12). Lebih belakangan, data yang muncul menyarankan bahwa BM-MSCs memainkan sebuah peran dalam fungsi makrofag dan netrofil. Sekresi agonis reseptor BM-MSC IL-1 menghambat produksi TNF-α melalui makrofag yang teraktifasi (29), dan sekresi IL-6 melindungi netrofil dari apoptosis (30). Diambil bersama, semua data ini mengunjukkan bahwa MSCs bekerja untuk memodulasi respon imun inang dan melindungi sel-sel lainnya dari berbagai respon imun bawaan dan adaptif.
Transplantasi sel punca hematopoietik dan graft-versus-host disease
Populasi sel punca tertentu dapat menguntungkan bagi pasien yang mendapatkan transplantasi HSC (HCT) sebagai sebuah hasil dari suatu gangguan hematologikal atau leukemia. Pertama kali ditetapkan dalam tahun 1970-an bahwa kultur sel stromal mesenkhimal dapat menyokong sel hematopoietik in vitro (31), dan lalu mereka selanjutnya digunakan untuk tujuan ini untuk beberapa tahun. Dalam tahun-tahun belakangan, Kedua BM-MSCs dan ASCs telah memperlihatkan mendukung hematopoiesis (lewat pengaturan produksi sel hematopoietik) melalui penyekresian dari sejumlah sitokin hematopoietik seperti misalnya G-CSF, M-CSF, GM-CSF, IL-7 dan FMS-like tyrosine kinase 3 ligand (2, 5). Tambahannya, BM-MSCs menyekresi sitokin hematopoietik IL-12 dan -6, dan faktor sel punca (2). Semua data ini menyarankan bahwa dimungkinkan untuk me-ko-transplantasikan BM-MSCs atau ASCs dengan HSCs alogenik untuk pengobatan berbagai keganasan hematologik dan untuk menguatkan pemulihan kompetensi imun dan produksi darah setelah menjalani khemoterapi agresif pada pasien-pasien kanker. Harus dicatat, bagaimanapun, berbagai sitokin proinflamatori endogenus dan eksogenus, seperti misalnya IFN-γ , TNF-α , dan IL-1α , atau 1β , diperlukan untuk memperoleh efek imunosupresif dari BM-MSCs (15, 32). Konsekuensinya, lingkungan imun memainkan sebuah peran aktif dalam memodulasi penekanan imun (immunosuppression) sel punca.
Acute graft-versus-host disease (GvHD) merupakan satu komplikasi major dan mengancam jiwa yang seringkali muncul akibat tindakan HCT alogenik. Guna mencegah GvHD, resepien sulihan seringkali menerima obat-obat imunosupresif; namun, penekanan oleh obat adalah seringkali tidak adekuat, dan beberapa pilihan pengobatan muncul bagi GvHD parah dan yang treatment-resistant. Lebih lanjut, penekanan imun menyeluruh dapat menimbulkan komplikasi akibat dari infeksi dan, dengan demikian, penekanan imun lokal umumnya lebih dipilih. Saat ini, banyak percobaan klinis telah mengunjukkan bahwa transplantasi BM-MSCs dapat membantu engraftment dan abate HSC, atau dalam beberapa kasus melenyapkan secara penuh, GvHD melalui pengurangan inflamasi parah (33-36). Namun, secara keseluruhannya, laporan-laporan pencegahan GvHD dengan ko-transplantasi BM-MSC dan pengobatan dengan pemakaian BM-MSC pasca HCT menyediakan hasil-hasil yang bertentangan, menyarankan bahwa kemampuan imunosupresif BM-MSC mungkin bergantung pada lingkungan inflamatori yang ada dalam inang. Telah diunjukkan bahwa BM-MSC menjadi aktif atas pemaparan dengan INF-γ (32). Dengan demikian, melipatgandakan level serum sitokin proinflamatori dalam penerima sulihan dalam rangka untuk menentukan waktu optimal bagi pemberian BM-MSCs atau ASCs setelah HCT dapat mencegah atau menghentikan morbiditas dan mortalitas yang disebabkan oleh GvHD (37).
Penyakit otoimun
Sel punca hematopoietik, BM-MSCs, UCBs dan ASCs, yang menunjukkan kemampuan mereka untuk memodulasi respon imun inang, telah diajukan sebagai sebuah pengobatan seluler potensiil untuk melawan penyakit otoimun seperti diabetes, arthritis rheumatoid, penyakit dari Chron, penyakit usus inflamatori, systemic lupus erythematosus, encephalomyelitis otoimun, sklerosis sistemik dan sklerosis multipel, dan banyak percobaan klinis fase I dan II saat ini yang sedang berlangsung (38-45). Dalam semua kasus ini, dipostulasikan bahwa aksi parakrin lokal dari faktor pertumbuhan yang tersekresikan (mis., perlindungan dari kerusakan jaringan dan sel yang ditransplantasikan) dengan penekanan imun lokal bersama-sama memberi banyak keuntungan teraputik.
Sementara bukti-bukti menarik muncul untuk peran dari aksi parakrin sel punca dalam memodulasi respon imun inang, penjelasan lebih lanjut mengenai jumlah efektif molekul yang terlibat, rangsangan bagi pelepasan mereka dan mekanisme aksi pasti mereka adalah diperlukan. Tambahannya, sementara kebanyakan data menyarankan bahwa sel punca mengerahkan suatu efek inhibitori terhadap sel imun inang, beberapa bukti yang sebaliknya muncul dan telah dihubungkan dengan berbagai perbedaan dalam subpopulasi dan kondisi kultur sel punca (46). Isolasi dari satu subpopulasi sel punca/progenitor yang relevan dan penentuan dari kondisi kultur yang optimal mungkin dapat menguatkan aksi imunoregulatori sel punca dalam pengobatan berbagai jenis penyakit.
Aksi parakrin sel punca & regenerasi jaringan
Walaupun telah diunjukkan dalam tahun-tahun belakangan bahwa kebanyakan sistim organ tubuh memiliki satu resident pool sel punca somatik dan yang spesifik-jaringan, dalam banyak kasus dari cedera traumatik atau cedera akibat penyakit, kuantitas dan potensi populasi sel punca endogenus tidaklah mencukupi untuk meregenerasi jaringan yang terganggu. Karena itu, penelitian kemudian memusatkan perhatian ke pada sumber-sumber sel punca dan sel progenitor eksogenus dan yang spesifik-bukan jaringan (nontissue-specific) bagi perbaikan dan regenerasi jaringan. Pada awalnya, berbagai usaha untuk pemakaian sel punca bagi tujuan ini dipusatkan pada diferensiasi terarah dari sel-sel ini menuju ke pada fenotip (berbagai fenotip) sel yang diinginkan, dan perbaikan fungsional dalam sejumlah jaringan tercatat dengan transplantasi sel dan berhubungan dengan diferensiasi sel punca atau progenitor. Lebih belakangan, bagaimanapun, telah tampak bahwa banyak dari berbagai perbaikan fungsional yang dihubungkan dengan sel punca mungkin adalah akibat dari aksi parakrin dalam jaringan inang lebih dari pada diferensiasi dan repopulasi sel. Satu pergeseran resultante dalam penelitian memperlihatkan bagaimana dibutuhkannya banyak studi lanjutan untuk menjelaskan mekanisme parakrin yang mendasari perbaikan dan regenerasi jaringan dengan transplantasi sel punca atau progenitor.
Penyembuhan luka
Penyembuhan luka yang optimal memerlukan satu seri kompleks kejadian biologis lokal seperti migrasi sel, proliferasi, remodeling matriks ekstrasel dan angiogenesis (95). Tambahannya, pelemahan dalam produksi sitokin oleh sel inflamatori adalah penting bagi penyembuhan luka (95-97). Dengan demikian, sekresi sel punca dan progenitor dari faktor-faktor yang telah disebutkan sebelumnya dalam tinjauan ini (yang berimplikasi dalam pengaturan imun, proliferasi dan migrasi sel, neurovaskularisasi, dan sintesis dan remodeling matriks ekstrasel), mungkin mempercepat penyembuhan luka ketika diberikan ke lokasi cedera. Banyak studi tentang penggunaan BM-MSC, ASC dan sel progenitor berasal-amnion ke luka kulit mengunjukkan percepatan seperti itu (7, 98-101). Tambahan terhadap sifat-sifat imunosupresif mereka yang telah didiskusikan sebelumnya, BM-MSCs dan ASCs yang digunakan pada luka kronik menguatkan densitas kapiler, namun tanpa engraftment dalam struktur vaskuler. Dari pemeriksaan lebih dekat, tercatat bahwa BM-MSCs menginduksi neovaskularisasi melalui penyekresian faktor-faktor pro-angiogenik Ang-1 dan VEGF di dalam dasar luka (95). ASCs yang diimplantasikan ke dalam luka kulit kronik menguatkan ketebalan jaringan granulasi, epitelialisasi dan pembentukan kapiler oleh penyekresian sitokin angiogenik seperti misalnya bFGF, PDGF, VEGF dan HGF (99, 100). Sel-sel progenitor amniotik manusia telah memperlihatkan menghambat migrasi netrofil dan makrofag menuju lokasi cedera melalui sekresi faktor inhibitori migrasi dan penekanan dari IL-1α dan -1β. Sel-sel progenitor amniotik juga melepas banyak faktor anti-inflamatori yang mencegah apoptosis dan menguatkan penyembuhan luka (8). Sementara aksi parakrin sel punca dan progenitor sekarang telah diketahui memainkan sebuah peran dalam penyembuhan luka, keseluruhan produksi molekul oleh berbagai populasi sel progenitor dan peran mereka dalam penyembuhan luka belum secara menyeluruh dikarakterisasi.
Regenerasi osteogenik
Penyembuhan tulang endokhondral fetal telah mengunjukkan sebuah proses yang bebas-parut. Perbedaan dalam kemampuan pembentukan-tulang anak-anak dengan dewasa sebagiannya dihubungkan dengan ekspresi diferensiil dari banyak faktor pertumbuhan seperti TGF-β1, -β3 dan bFGF. Analisis microarray tulang regenerasi kalvaria dari tikus kecil percobaan juvenil dan dewasa mengunjukkan satu level peningkatan yang jelas dari sitokin pro-osteogenik (mis., BMP-2, -4, dan -7, bFGF dan IGF-2) dalam sampel juvenil. Tambahannya, peningkatan level dari protein-protein matriks ekstrasel terkait-tulang, seperti prokolagen Co16a1, Co13a1 dan Co14a1, juga MMP-2 dan -14, pleiotrofin dan kathepsin K, ditemukan dalam regenerasi juvenil dibanding dengan dewasa (102). Melihat profil sekresi yang disebutkan di depan dari sel punca dan progenitor tertentu in vitro dan in vivo, mengikuti bahwa semua sel ini menyediakan satu sumber sel berkemampuan memodulasi regenerasi tulang melalui aksi-aksi parakrin, dan sel punca dan progenitor yang termodifikasi secara genetik telah digunakan ke ujung-ujung tulang (103).
Sementara hasil pendahuluan menggunakan sel punca dan progenitor untuk meregenerasi jaringan setelah mengalami cedera akibat penyakit atau traumatik adalah menjanjikan, efikasi transplantasi sel punca/progenitor masih dalam perdebatan, dan karakterisasi lebih lanjut dari berjenis populasi dan subpopulasi sel punca dan progenitor dan profil sekresi mereka, potensi diferensiasi dan kemampuan mereka untuk melepas faktor-faktor pertumbuhan dalam jumlah adekuat untuk menghasilkan keutungan fungsional bagi pasien adalah diperlukan. Metoda lebih lanjut untuk memodulasi aksi parakrin sel punca dan progenitor dan untuk harness biomolekul yang diproduksi oleh sel-sel ini adalah sedang dalam penyelidikan.
Aksi parakrin sel punca dan kanker
Kanker ditandai oleh proses pertumbuhan menyimpang dan dapat terjadi dalam respon terhadap kerusakan jaringan. Sementara sel punca secara normal diperlukan bagi perbaikan jaringan yang mengalami cedera, dispekulasikan bahwa mereka berkemampuan dalam pembentukan, pertumbuhan dan pemeliharaan tumor. Sebuah faktor penting dalam pembentukan dan pertumbuhan tumor adalah lingkungan mikro yang terdiri dari sejumlah tipe sel (meliputi fibroblas, sel endotel dan sel-sel inflamatori yang terpanggil), matriks ekstrasel dan molekul-molekul lokal yang dapat larut (104). Sel penyokong-tumor melepaskan faktor pertumbuhan, sitokin dan khemokin yang menyediakan sokongan trofik terhadap tumor melalui penyediaan tidak hanya makanan, namun juga satu pasokan darah adekuat (105-107). Setelah dimasukkan intravena pada model-model khewan, sel punca dan progenitor memerlihatkan secara selektif home menuju lokasi satu tumor dan menambahi stroma terkait-kanker (108-111). Tropisme tumor sel punca muncul sebagai respon terhadap sekresi faktor pertumbuhan sel tumor, sitokin dan molekul matriks ekstrasel, seperti PDGF, VEGF, EGF, IL-6, dan -8, MMP-1 dan SDF-1, dan penghambatan terhadap semua faktor ini mengawali hilangnya tropisme tersebut (108, 109, 111). Adanya sekresi angiogenik dan molekul-molekul proinflamatori mereka, seperti VEGF dan IL-6 dan enzim-enzim penghancur-matriks seperti MMPs, dihipotesiskan bahwa populasi sel punca tertentu mungkin mendorong lebih dari pada merintangi pertumbuhan dan migrasi tumor (112, 113).
Saat ini, laporan-laporan yang saling bertentangan bermunculan yang mempertunjukkan meningkatnya, penurunan dan tidak berubahnya proliferasi sel tumor in vitro dan in vivo dalam kehadiran BM-MSCs manusia atau faktor-faktor yang dapat larut BM-MSC (46, 114-116). Telah dipostulasikan bahwa berbagai efek sel punca terhadap proiferasi sel tumor in vitro dan in vivo dapat merupakan sebuah hasil dari bermacam mekanisme. Komunikasi silang di antara sel punca dengan sel ganas dapat menghasilkan tidak hanya dalam meningkatnya proliferasi sel tumor, namun juga dalam sebuah perubahan fenotipik sel punca menjadi sel yang menyokong pertumbuhan sel neoplastik (115). Pengaturan ke hilir berbagai respon imun penekanan-tumor sebagai sebuah hasil dari sekresi molekul anti-inflamatori oleh sel punca dapat juga memungkinkannya pertumbuhan tumor (117). Tambahannya, telah diunjukkan bahwa pengekspresian MMPs dan khemokin CCL5 (RANTES) dari sel punca dapat memfasilitasi motilitas dan metastasis tumor (118). Subpopulasi BM-MSCs in vitro yang mengekspresikan MMP1 mengeksibisikan meningkatnya tropisme tumor bila dibandingkan dengan subpopulasi yang tidak mengekspres MMP1 (108). Sebaliknya, pertumbuhan tumor mungkin dihentikan melalui penghentian siklus sel dan apoptosis sel tumor dalam responnya terhadap transplantasi sel punca (46, 119).
Hasil-hasil confounding dari semua studi ini telah dihubungkan dengan berbagai perbedaan dan heterogeneitas populasi sel tumor dan sel punca. Penentuan interaksi spesifik di antara sel tumor dengan sel punca dalam tipe-tipe kanker berbeda dapat menghasilkan pengertian yang mendalam menuju terapi sel punca baru yang mungkin untuk digunakan melawan kanker, dan hubungan kompleks di antara sel punca dan pembentukan tumor, telah banyak didiskusikan lebih terinci di banyak tulisan (120-127). Adanya semua hasil yang berlawanan satu dengan yang lainnya ini, dan potensiil dari sel punca untuk mempercepat pertumbuhan dan metastasis tumor, penggunaan teknik pengobatan sel punca bagi berjenis kanker sejauh ini telah didekati dengan lebih berhati-hati. Namun, adanya tropisme tumor mereka, MSCs sedang diselidiki sebagai sel yang menarget-tumor potensiil yang dapat memiliki suatu tingkat kepemakaian (utilitas) sebagai wahana pengiriman terlokalisir agen-agen antikarsinogenik bagi tumor.
Pemodulasian aksi parakrin sel punca
Karena kenyataannya bahwa berbagai efek transplantasi sel punca dapat diakibatkan oleh pelepasan terlokalisir dari sejumlah faktor trofik, dan tidak berhubungan (baik sebagian atau seluruhnya) dengan diferensiasi sel punca, banyak ilmuwan kemudian memusatkan perhatiannya pada memodulasi aksi parakrin sel punca guna menguatkan efikasi teraputik. Sejumlah teknik pendekatan berbeda, terutama terpusat pada manipulasi genetik dan memrakondisikan in vitro, telah terperiksa meningkatkan ketahanan hidup sel punca pada transplantasi (sehingga meningkatkan jumlah total faktor-faktor trofik dan memperpanjang lama waktu sekresi) dan secara langsung menguatkan produksi biomolekul dalam rangka mendapatkan efek fungsional yang lebih besar dengan transplantasi sel punca bagi regenerasi jaringan.
Pemanipulasian genetik sel punca
Sel punca dan progenitor telah direkayasa secara genetik menggunakan sejumlah transgen agar dapat lebih efektif lagi engraft lingkungan inang dan untuk lebih meningkatkan lagi menyekresi faktor trofik. Sejumlah teknik pendekatan menggunakan teknik pemodifikasian sel punca secara genetik telah dilakukan, termasuk pengiriman plasmid viral dan nonviral dan mengubah pengekspresian gen kondisional untuk menentukan rute paling efisien bagi pengiriman gen dan kelanjutan pengekspresiannya bagi setiap populasi sel dan pengaplikasiannya bagi regenerasi jaringan (128, 129).
Merekayasa sel punca bagi perbaikan ketahanan hidup sulihan
Pada majoritas kasus di mana sel punca ditransplantasikan ke dalam jaringan yang cedera, mereka diintroduksikan ke dalam sebuah lingkungan tak bersahabat dan iskemik. Dus, banyak sel yang tertransplantasi tidak bertahan hidup dan menjalani apoptosis, dengan demikian membatasi aksi parakrin mereka. Dalam rangka meningkatkan ketahanan sulihan, BM-MSCs telah dimodifikasi dengan gen-gen anti-apoptotic, seperti misalnya Bcl2, Akt dan HO-1. Pengekspresian berlebih Bcl-2 BM-MSCs telah memperlihatkan meningkatnya sekresi MSC VEGF (dan resultante densitas kapiler) di bawah kondisi hipoksik in vivo dan menurunkan apopotosis BM-MSCs in vivo dan in vitro (130). BM-MSCs yang Akt-modified telah memperlihatkan menjadi tahan dengan apoptosis melalui sekresi sejumlah molekul seperti misalnya VEGF, IGF-1, bFGF dan HGF, dan telah diunjukkan bahwa sekresi molekul2 ini meningkat di bawah kondisi hipoksik (66, 75, 76). Akhirnya, MSCs yang mengekspres HO-1 mengunjukkan peningkatan toleransi reoksigenasi-hipoksia in vitro dan dilindungi dari apoptosis dan cedera inflamatori in vivo (131).
Merekayasa sel punca bagi regenerasi neural
Untuk mendapatkan regenerasi neural yang efisien, sel yang dimodifikasi secara genetik yang mengekspres berlebih faktor-faktor atau neurotransmiter telah diselidiki. NPCs dan NSCs ditransduksikan menggunakan virus dengan sebuah faktor neurotrofik, NT-3, BDNF atau GDNF, dan sel-sel yang dimodifikasi secara genetik telah dapat bertahan untuk periode waktu memanjang atas transplantasi dengan hasil luaran fungsional yang terperbaiki lewat sekresi faktor-faktor neurotrofik (132-135). BM-MSCs yang termodifikasi untuk mengekspres BDNF secara bermakna lebih efektif dalam memunculkan pemulihan fungsional dari iskemia dan menurunkan jumlah sel-sel apoptotic dalam zona infark dalam sebuah model tikus stroke dibandingkan dengan BM-MSCs yang taktermodifikasi (136, 137). BM-MSCs manusia dan tikus yang terrekayasa secara genetik juga menghasilkan peningkatan jumlah dopamine in vitro dan in vivo, dengan demikian menyediakan sebuah pengobatan potensiil bagi pasien-pasien menderita PD (128, 138). Lebih lanjut, NPCs berasal dari ESCs tikus yang dimodifikasi dengan satu tindakan disrupsi gen ADK dapat melepas adenosine in vitro dan in vivo. NPCs berasal-ESC yang melepas adenosine mengunjukkan peningkatan ketahanan hidup ketika ditransplantasikan in vivo. Lebih menarik lagi, tikus kecil dan tikus besar yang menerima NPCs berasal-ESC termodifikasi-ADK mengunjukkan satu penghambatan jelas dalam aktifitas kejang, dengan demikian menyarankan utilitas semua sel ini sebagai sebuah pengobatan antiepilepsi (139-141). BM-MSCs manusia telah juga dimodifikasi secara genetik untuk menghasilkan adenosine dan digunakan untuk menekan kejang pada tikus kecl (140-142). ESCs tikus telah juga dimodifikasi secara genetik untuk memroduksi berlebih γ–aminobutyric acid (GABA) dalam satu cara yang dapat dikontrol dalam rangka menekan kejang (143). Semua studi ini mengunjukkan bahwa sel punca dan sel progenitor dapat secara genetik dimodifikasi dalam rangka untuk menghasilkan faktor-faktor yang berimplikasi dalam penyakit-penyakit neurodegeneratif.
Merekayasa sel punca bagi regenerasi osteogenik
Sel punca dan progenitor yang telah dimodifikasi dengan sejumlah gen untuk faktor pertumbuhan yang telah dikenal dapat merangsang mineralisasi dan menguatkan pembentukan tulang endokhondral. Sejumlah studi sekitar penguatan perbaikan tulang menggunakan sel-sel termodifikasi secara genetik telah berlangsung hingga kini. Peneliti telah mengunjukkan bahwa modifikasi genetik BM-MSCs, sel-sel berasal-darah perifer, skMbs, MDSCs dan ASCs untuk mengekspres sejumlah BMPs (mis., BMP-2, -4, -7, dan -9), LIM mineralization protein-1 dan IGF-1 telah terbukti dengan sukses dalam menggunakan sel-sel ini untuk memerbaiki berbagai defek tulang berukuran membahayakan (157-159). Tambahannya, MDSCs yang termodifikasi untuk mengekspres berlebih VEGF maupun BMP-4 menghasilkan penguatan prekrutan BM-MSC, ketahan hidup sel dan pembentukan tulang endokhondral ketika dibandingkan dengan sel-sel taktermodifikasi maupun sel-sel yang mengekspres VEGF saja. Hasil-hasil ini tidak saja mengunjukkan sebuah efek sinergistik di antara VEGF dengan BMP-4 dalam perbaikan tulang, namun juga menyediakan pengertian mendalam ke pada peran yang dimiliki VEGF sebagai sebuah mediator poten dari pensinyalan osteoinduktif yang disediakan oleh BMP-4 (157). Telah dicatat bahwa transduksi BM-MSCs dengan BMP-2 tidak hanya mempercepat pembentukan tulang dan regenerasi, namun juga meningkatkan angiogenesis dalam jaringan yang cedera (157).
Merekayasa sel punca bagi pengobatan kanker
Akibat adanya tropisme untuk tumor mereka, MSCs dan ASCs dapat berfungsi sebagai sebuah “kuda Trojan” untuk mengirimkan gen-gen antikanker, berbagai protein dan obat-obatan ke sel-sel tumor. Gen IFN-β telah memperlihatkan menggunakan efek-efek antiproliferatif dan proapoptotic nya pada sel tumor in vivo; namun, jumlah IFN-β yan perlu bagi penghambatan tumor lewat pemberian secara sistemik adalah lebih besar dibandingkan dengan jumlah yang dapat ditoleransikan oleh manusia, dan dengan demikian, percobaan klinis bagi terapi IFN-β telah gagal (160). Dalam mengganti cara pemberian IFN-β sistemik, peneliti telah mentransduksikan sel punca dengan gen IFN-β. Pemberian intravena NPCs dan BM-MSCs yang mengekspres-IFN-β dalam tikus-tikus kecil yang dimuati-tumor menghasilkan penggabungan ke dalam tumor dan kelanjutan penghambatan pertumbuhan dan angiogenesis tumor ( 160-162). BM-MSCs yang mengekspres satu truncated VEGF receptor (tsFlk-1) juga menghambat pertumbuhan tumor dalam satu model tikus kecil dengan limfoma (163). Sementara penginjeksian sel B16 (murine melanoma) ke dalam tikus kecil telah mengunjukkan menghasilkan pembentukan tumor hanya dengan koinjeksi BM-MSC (dengan demikian mengonfirmasikan peranan dari imunosupresi MSC dalam pembentukan tumor), sejak saat itu telah diunjukkan bahwa BM-MSCs mengekspres IL-2 yang termodifikasi secara genetik secara bermakna memperlambat pertumbuhan tumor (164) Tambahannya, ASCs dan BM-MSCs yang ditransduksikan dengan gen sitosin deaminase telah memperlihatkan memiliki kemampuan home ke tumor dan menggunakan efek antitumor potennya melalui mengonversikan sebuah coinjected prodrug menjadi bentuk toksiknya lewat pengekspresian gen sitosin deaminase (165-167).
Sementara manipulasi genetik sel punca meningkatkan ketahanan hidup sel di dalam lingkungan inang yang tidak bersahabat, meningkatkan sekresi protein yang mungkin membantu perbaikan fungsional setelah cedera dan menekan tumor, terdapat banyak pertanyaan yang masih perlu dijawab sebelum aplikasi klinis sel yang termodifikasi secara genetik dapat dipertimbangkan layak digunakan. Sebagai contoh: Apa saja metode optimal untuk modifikasi genetik? Apa saja sumber sel punca optimal bagi tiap-tiap aplikasi yang ada? Apa saja efek-efek yang tak dapat diperkirakan dan yang mungkin tak diinginkan setelah transplantasi sel-sel ini? Berapa lamakah sel-sel ini tertanam dan bertahan hidup dalam inang dan mempertahankan potensi teraputiknya? Apakah sel-sel ini memiliki keunggulan imun? Hingga berbagai pertanyaan tersebut dapat dijawab, berbagai percobaan klinik manusia dengan sel-sel punca termodifikasi secara genetik akan didekati secara berhati-hati.
Pemrakondisian sel punca
Memrakondisikan sel punca (mis., dengan sengaja memaparkan mereka kepada sebuah perangsangan dalam jumlah terkontrol untuk satu waktu yang telah ditentukan dalam rangka menghasilkan sebuah respon yang diharapkan) dapat memiliki utilitas dalam menguatkan sekresi faktor trofik sel. Sebaliknya dengan perekayasaan genetik, yang memodifikasi sebuah gen target tunggal, pemrakondisian dapat digunakan untuk memeroleh respon sel yang lebih global dan kompleks terhadap sebuah perangsangan tunggal. Beberapa respon adalah diakibatkan oleh berbagai hubungan mekanistik yang telah dikenal (sebagaimana dengan hipoksia dan produksi faktor angiogenik), sementara dasar dari beberapa respon lainnya tetap masih belum diketahui hingga kini (seperti dengan perangsangan mekanikal). Sejumlah sel punca dan progenitor primer telah menjadi subjek rejimen prakondisi guna meningkatkan produksi faktor-faktor trofik yang diharap, dengan demikian menguatkan aksi-aksi parakrin sel.
Pemaparan hipoksik
Praterapi in vitro melalui pemaparan hipoksik atau anoksik (O2 <5%) dapat meningkatkan aksi parakrin BM-MSCs melalui penginduksian HIF-1α, faktor transkripsi, yang berikatan dengan elemen-elemen respon hipoksia dalam sejumlah gen-gen target, termasuk banyak faktor pertumbuhan angiogenik (111, 168). (Harus dicatat, bahwa lingkungan in vitro hipoksik seringkali menyerupai konsentrasi oksigen fisiologik. Dengan demikian, paparan ’hipoksik’ sebenarnya adalah sesuatu yang keliru dan relatif terhadap kondisi atmosferik normoksik = O2 21%). Sementara paparan temporer dengan hipoksik tidak memiliki efek terhadap ketahanan hidup sel dalam beberapa studi, ia meningkatkan pengekspresian banyak faktor pertumbuhan seperti misalnya VEGF, bFGF,IGF-1, thimosin β4 dan HGF (76, 130), faktor-faktor yang telah dikenal memainkan sebuah peran dalam perekrutan sel, apoptosis dan angiogenesis. Pemrakondisian hipoksik juga meningkatkan pengekspresian in vitro dari banyak gen anti-apoptotic seperti misalnya Akt dan Enos (66, 70). Lebih jauh, BM-MSCs yang terpapar pemrakondisian hipoksik memperlihatkan mendayakan efek sitotprotektif diperkuat pada kardiomyosit (dibandingkan dengan BM-MSC yang takdikondisikan) ketika ditransplantasikan ke dalam otot jantung infark (169). Dengan demikian, praterapi hipoksik dapat mengawali ketahanan hidup sel donor dan inang dalam lingkungan iskemik dan menguatkan aksi-aksi parakrin sel punca, sehingga menyediakan keuntungan fungsional bagi inang.
Penginduksian syok thermal
Produksi heat-shock protein (Hsp), seperti namanya, dapat diinduksi dengan cara secara transien memaparkan sel dengan peningkatan suhu (biasanya 39-45°C). Keluarga molekul Hsp memiliki sifat-sifat sitoprotektif melalui pengaturan negative Fas-mediated apoptosis dan pencegahan produksi sitokin proinflamatori (170-172). Telah diunjukkan bahwa penginduksian syok termal lewat pemaparan kardiomyosit primer hingga ke kondisi hipertermik (39°C) menghasilkan peningkatan pengekspresian Hsp70, sehingga mencegah sel-sel ini dari stres oksidan lanjutannya in vitro dan in vivo (172, 173). Memaparkan sel punca gusi gigi manusia dengan kondisi hipertermik (38-45°C) menguatkan produksi modulator inflamatori lekotrien B4 dalam sel yang terkondisikan dibandingkan dengan kontrol yang takterkondisikan (174). Namun, pengkarakterisasian penguatan produksi faktor trofik oleh berbagai jenis populasi sel punca atas pemaparan dengan sok termal belumlah terperiksa dengan ketat. Adanya peran molekul-molekul Hsp dalam sitoproteksi modulasi imun, pemrakondisian syok termal sel punca dan progenitor dapat membuktikan menjadi sebuah cara yang berguna dan sederhana dalam menguatkan aksi-aksi parakrin.
Pengobatan farmakologi
Pemrakondisian farmakologis sejumlah populasi sel punca dan progenitor dalam rangka menguatkan ketahanan sulihan dan penyekresian faktor trofik telah juga diteliti. SkMbs dan BM-MSCs yang diterapi dengan diazoksid, sebuah potassium channel activator, mengunjukkan peningkatan ketahanan hidup sel atas transplantasinya ke dalam sebuah lingkungan iskemik. Menguatnya fosforilasi Akt, level pengekspresian siklooksigenase-2 dan IL-11 dalam skMbs dipostulasikan memainkan sebuah peran dalam mekanisme pensinyalan otokrin ketahanan hidup sel (175,176). Peningkatan sekresi Ang-1, VEGF, HGF dan bFGF dengan cara memrakondisikan skMbs dipostulasikan meningkatkan angiomyogenesis melalui aksi-aksi parakrin ketika ditransplantasikan (177). Sementara menguatnya fosforilasi Akt juga terlihat pada BM-MSCs yang terterapi-diazoksid, mekanisme ketahanan hidup sel adalah terbukti berbeda bagi sel-sel ini ketika dibandingkan dengan skMbs (175, 176). Pengobatan BM-MSCs dengan trimetazidin (1-[2,3,4-trimetoksibenzil] piperazin), sebuah obat anti-iskemik yang digunakan secara luas untuk pengobatan angina pada pasien-pasien kardiak, meningkatkan viabilitas sel dalam responnya terhadap pemaparan dengan H2O2 (178). Tambahannya, pengobatan BM-MSCs tikus besar dengan β-mercaptoethanol upregulated Hsp72 expression menghasilkan peningkatan resistensi terhadap stres oksidan (179) dan menyediakan sebuah cara potensiil untuk pengaturan respon inflamatori inang. Dengan demikian, pemrakondisian farmakologik sel punca dan progenitor in vitro mungkin dapat meningkatkan ketahanan hidup sel, sehingga menguatkan aksi-aksi parakrin mereka dalam lingkungan tidak bersahabat.
Pemaparan sitokin proinflamatori
Karena sitokin proinflamatori adalah diperlukan bagi pengaktifasian populasi sel punca tertentu, telah dipostulasikan bahwa pemrakondisian sel punca dan progenitor dengan semua sitokin ini dapat menguatkan modulasi parakrin dari respon imun inang. Telah diunjukkan in vitro dan in vivo bahwa MSCs menekan sel-T dan meredakan berbagai efek GvHD hanya ketika IFN-γ hadir dalam level yang mencukupi bagi pengaktifasian MSC (32, 37). Lebih lanjut, MSCs berrespon dengan IFN-γ dalam sebuah cara bergantung-dosis in vivo, dengan meningkatkan dosis IFN-γ maka akan menjadikan lebih efisien dalam mendapatkan imunosupresi MSC (37). Lebeih terkini, telah termapankan bahwa penambahan TNF-α dapat menguatkan imunosupresi MSC yang teraktifasi oleh IFN-γ (15, 32). Karena IFN-γ menyediakan perangsangan yang diperlukan bagi aktifitas imunosupresi MSC in vivo, beralasan bahwa pemrakondisian MSC dengan IFN-γ, dan kemungkinannya pula dengan TNF-α , in vitro sebelum sel ditransplantasikan dapat menyediakan sebuah strategi potensiil untuk mengaktifasi dan meningkatkan transplatasi imunosupresif MSC. Berbagai metodologi pemrakondisian sitokin mungkin juga bekerja bagi populasi sel punca dan progenitor lainnya dan dapat memiliki utilitas dalam memodulasi respon imun inang melalui penguatan aksi-aksi parakrin.
Pemrakondisian Biofisik
Berbagai laporan belakangan ini tentang pemaparan dengan perangsangan biofisik telah menyediakan banyak alternatif potensiil guna meningkatkan aksi-aksi parakrin sel punca. Laser Holmium: YAG secara ekstensif digunakan dalam bidang bedah orthopedi, dan berbagai upaya untuk mengarakterisasi berbagai efek laser pada viabilitas sel menimbulkan minat untuk menelitinya; gelombang syok dan syok termal disebabkan oleh pengekspresian Hsp70 dari sel yang terinduksi-laser (180). Sebagaimana molekul keluarga Hsp berimplikasi dalam sitoproteksi dan memodulasi imun, pemrakondisian laser dari sel punca dan progenitor dapat menyediakan sebuah cara dalam meningkatkan aksi-aksi parakrin mereka. Tambahannya, sementara banyak laporan yang terpublikasi berbicara tentang diferensiasi sel punca in vitro dalam responnya terhadap dikenakannya peregangan mekanik, sejumlah studi ini juga melaporkan bahwa penggunaan regangan mekanik dapat memodulasi sintesis matriks ekstra sel, deposisi dan mineralisasi (181-184). Karena perannya yang kuat dari molekul-molekul matriks ekstra sel dalam perbaikan dan regenerasi jaringan, maka bahwa pengondisian mekanik akan dapat menguatkan produksi molekul matriks ekstra sel dari sel punca dan progenitor, dan dengan demikian menguatkan aksi-aksi parakrin mereka.
Memanfaatkan faktor-faktor parakrin sel punca
Sementara terapi sel menggunakan sel-sel punca dan progenitor untuk mengobati cedera traumatik atau penyakit telah memperlihatkan hasil-hasil awal yang menjanjikan, sejumlah rintangan masih ada bagi implementasi kilik terapi sel regeneratif. Salah satu perhatian mengenai pengembangan terapi dari sumber-sumber sel punca pluripoten adalah potensi sel-sel itu untuk membentuk teratoma in vivo (185-187). Di lain pihak, penggunaan sel-sel punca dan progenitor multipoten dan terbatas-garis turunan, meski berpotensi lebih aman, dibatasi oleh keterbatasan plastisitas dan penuaan ketika diperluas (expanded) in vitro. Akhirnya, isu-isu sekitar sumber sel tentang cara untuk mendapatkan jumlah sel dan kompatibilitas imun seringkali menurunkan potensi mereka bagi kegunaan klinis. Dus, banyak peneliti mulai mempertimbangkan berbagai alternatif dari transplantasi sel yang bergantung pada pemanfaatan dan pengiriman faktor-faktor trofik yang diproduksi oleh sel punca untuk merangsang perbaikan dan regenerasi jaringan.
Faktor-faktor yang dapat larut dari sel punca
Telah dipostulasikan bahwa, berbagai efek menguntungkan sel punca tidaklah bergantung kontak sel – sel, namun bahwa faktor trofik yang disekresikan oleh sel punca dapat mendayakan efek-efek parakrin poten pada tipe-tipe sel lain. Kenyataan ini yang pada awalnya terabaikan saat ini terunjukkan oleh sejumlah studi menggunakan media terkondisikan, dikumpulkan dari sevarietas populasi sel punca, untuk mendayakan berbagai efek menguntungkan terhadap sel dan jaringan in vitro dan in vivo.
Pengobatan tikus kecil diabetik dengan media terkondisikan-BM-MSC menghasilkan penurunan level glukosa darah pada baseline dan setelah satu pembebanan glukosa dan melindungi sel-sel pankreatik dari apoptosis dibandingkan dengan kontrol, dengan demikian mengunjukkan bahwa berbagai efek menguntungkan transplantasi MSC pada seekor tikus diabetik kemungkinannya disebabkan oleh aksi-aksi parakrin faktor-faktor tersekresikan-MSC terhadap sel-sel pankreatik yang cedera (188). Kehadiran dari level-level tinggi secara relatif dari faktor-faktor anti-apoptotic dan angiogenik dalam media terkondisikan-BM-MSC dikonfirmasikan menggunakan ELISAs. Transfer media terkondisikan-BM-MSC ke kardiomyosit neonatus tikus besar in vitro menghasilkan hipertrofi kardiomyosit oleh meningkatnya konten protein total, area sel, penggabungan leusin-[3H], dan pengekspresian gen ANF (189). Disimpulkan bahwa efek menguntungkan transplantasi BM-MSC ke dalam myocardium iskemik oleh karenanya mungkin disebabkan (sedikitnya sebagian) oleh efek-efek parakrin MSCs pada kardiomyosit inang.
Pengobatan dengan media terkondisikan-ASC mengeblok kerusakan, kehilangan jaringan dan ketunaan fungsional neuronal dalam satu model neonatal tikus besar yang dengan encelopati terinduksi-cedera iskemik-hipoksik (190). Efek-efek menguntungkan jangka panjang dan tetap bertahan lama pada defisiensi proses belajar spasial dan memori terobservasi dalam tikus besar yang menerima media terkondisi ketika dibandingkan dengan kontrol. Media terkondisikan-ASC secara bermakna menurunkan kematian sel bergantung-kaspase dan mendayakan efek neuroprotektif pada sel dan jaringan inang. Disimpulkan bahwa level-level yang secara relatif tinggi dari faktor-faktor neuroprotektif dan anti-apoptotic dalam media terkondisikan, seperti misalnya IGF-1 dan BDNF, menyelamatkan otak-otak neonataus yang cedera oleh cedera iskemik-hipoksik. Pengobatan in vitro sel-sel kanker ovarium dengan media terkondisikan dari ASCs dan sel-sel punca yang berasal-cairan amniotik yang tersyokkan dengan panas (heat-shocked) menghasilkan viabilitas sel tumor yang menurun dibandingkan dengan kontrol melalui penginduksian kondensasi nuklir dan penghentian siklus pertumbuhan sel tumor yang lebih besar (191). Cytokine arrays of conditioned media mengunjukkan bahwa berbagai efek pada sel tumor adalah dimediasikan oleh sekresi faktor-faktor trofik sel punca seperti misalnya angiogenin, IGF-binding protein 4, NT-3 dan chemokine ligand 18.
Sama seperti halnya dengan populasi sel punca lainnya, aktifitas prliferatif dan potensi diferensiasi dari periodontal ligament-derived stem cells (PDLSCs) menurun dengan usia. Namun, pengobatan PDLSCs yang menua dengan media terkondisikan dari PDLSCs muda meningkatkan secara bermakna potensi proliferasi dan diferensiasinya in vitro dan in vivo. Sebaliknya, potensi diferensiasi dari PDLSCs muda menurun setelah pemberian pengobatan dengan media terkondisikan PDLSCs tua. Diambil secara bersama, semua data ini menyarankan bahwa media terkondisikan dari PDLSCs muda mengandung faktor-faktor pertumbuhan dan faktor-faktor diferensiasi yang dapat larut (mis., IGF-1, PDGF, IL-1, TGF-β, BMP-2 dan BMP-4) yang mungkin mendayakan efek-efek potennya pada sel punca tua in vitro dan in vivo (192).
Akhirnya, media terkondisikan dari ESC-MSCs manusia mendayakan sebuah efek kardioprotektif dan mempertahankan fungsi kardiak dalam sebuah model infark miokard babi (193). Perlindungan jantung oleh ESC-MSCs diberikan melalui peningkatan viabilitas sel dalam kehadiran stres oksidatif dan melalui penurunan apoptosis lewat jalur pensinyalan TGF-β. Selanjutnya dipastikan bahwa perlindungan jantung oleh medium terkondisikan-ESC-MSCs diperantarai oleh kompleks-kompleks besar (>1000kDa) yang mungkin termasuk sejumlah protein dan lemak. Namun, molekul-molekul yang pastinya yang memerantarai efek-efek menguntungkan sel-sel ini masih tetap perlu dijelaskan.
Sementara berbagai studi yang disebutkan di atas menyoroti banyak studi terkini pada berbagai efek parakrin poten dari media terkondisikan-sel punca, banyak dari studi-studi seperti itu muncul yang mengunjukkan potensi media terkondisikan-sel punca bagi aplikasi teraputik sebagai pengganti transplantasi sel. Sebagai tambahan dalam menyediakan terapi sel punca alternatif, studi media terkondisikan juga membantu menjelaskan berbagai mekanisme dibalik aksi-aski parakrin sel punca, sehingga menyediakan pengertian mendalam yang bernilai ke dalam aplikasi biologi dan teraputik dari sel-sel ini. Laporan terkini tentang metode untuk mengisolasi dan mengkonsentrasi media terkondisikan-sel punca menjelaskan protokol eksperimental dalam memanfaatkan faktor-faktor trofik yang dihasilkan sel punca (194). Namun, berbagai keterbatasan timbul dalam penggunaan teraputik media terkondisikan-sel punca dan termasuk perhatian pada kontaminasinya oleh produk-produk khewan, waktu paruh in vitro dari molekul-molekul yang disekresikan sel punca, dan jumlah relatif faktor tersekresikan dan dosis efektif yang diperlukan untuk memeroleh sebuah respon fungsional in vivo.
Matriks ekstrasel sel punca
Matriks ekstra sel secara luas dikenal berkomposisikan elemen-elemen struktural dan fungsional yang bertanggung jawab untuk mempertahankan homeostasis jaringan dan secara dinamik berrespon terhadap cedera jaringan. Kolagen, laminin, dan fibronektin merupakan molekul-molekul fibriler yang tampil dalam kebanyakan membran basal, dan banyak isoform dari kolagen dan laminin telah terdokumentasikan (195-201). Berbagai faktor pertumbuhan seperti FGF, HGF, PDGF, VEGF dan IGF dapat juga dengan stabil dipertahankan di dalam matriks ekstra sel oleh pengikatannya secara langsung dengan berbagai protein matriks ekstra sel atau glikosaminogliksn (202, 203). Berbagai molekul morfogenik poten seperti misalnya WNTs dan BMPs, sebagaimana juga dengan antagonis mereka, dapat juga ditemukan dalam matriks ekstra sel (204, 205).
Adanya kemungkinan keterbatasan dalam sumber sel dan penggunaan teraputik dari media terkondisikan, telah dipostulasikan bahwa isolasi yang sukses matriks ekstra sel dari dari sel dan jaringan mungkin menyediakan sebuah pendekatan alternatif untuk mengirim gudang penyimpanan berbagai biomolekul morfogenik poten (206-209), dan biomaterial aseluler seperti itu telah diekstrak dari berbagai sumber jaringan termasuk submukosa usus halus, kulit, kandung kencing, plasenta manusia, hati dan pembuluh darah (210-221). Bayak studi menyarankan bahwa transplantasi matriks aseluler dari jaringan somatik dapat mengawali perbaikan dan/atau regenerasi dalam lingkungan di mana jaringan homeostatik yang normal tidak dapat merekapitulasi pensinyalan kompleks lingkungan yang mengarahkan berbagai proses morfogenik selama perkembangan atau regenerasi jaringan (222-224). Lebih lanjut, biomaterial aseluler kurang memungkinkan, dibandingkan dengan jarigan lain, untuk mengeluarkan sebuah respon inflamatori ketika ditransplantasikan (akibat dari konservasi matriks ekstra sel di seluruh spesies), dan kesuksesan pemakaian semua material ini telah diunjukkan dalam perbaikan jaringan lunak dan keras, berrentang dari katup jantung dan sulihan syaraf hingga penginduksian tulang.
Banyak studi terkini telah mengunjukkan isolasi yang sukses matriks aseluler dari tidak hanya jaringan, namun juga dari sel somatik dalam benihan. Fibroblas matriks ekstra sel kulit kulup manusia secara kimiawi diisolasikan dan digunakan secara sendiri-sendiri atau dalam kombinasinya dengan poli(ε-kaprolakton) in vitro. Hybrid ECM–poly(ε-caprolactone) electrospun scaffolds memperlihatkan sifat-sifat biomekanik yang memuaskan dan menyokong perlekatan dan proliferasi ASCs manusia dikeseluruhan konstruksi (225). Fibroblas kulit manusia mengunjukkan menghasilkan matriks ekstra sel dalam cara-cara bergantung-dosis ketika diterapi dengan EGF (226). Tambahannya, matriks ekstra sel secara mekanik diisolasikan dari khondrosit babi yang dikultur dan mengunjukkan secara efektif lebih langsung mendeposisi matriks ekstra sel oleh khondrosit kelinci dan juga menghasilkan kartilago yang berkualitas-tinggi in vitro ketika dibandingkan dengan sebuah scaffold kontrol asam poligligolik (227). Sementara berbagai studi yang tersebut di atas mengunjukkan isolasi matriks ekstra sel dari sel somatik yang sukses in vitro dan kemampuan untuk membenihkan sebuah tipe sel sekunder ke matriks-matriks aseluler, mereka tidaklah mengarakterisasi berbagai efek matriks ekstra sel terhadap tingkah laku sel atau berbagai aksi parakrin dari matriks ekstra sel in vitro dan in vivo. Studi-studi seperti itu harus berbuat banyak untuk menggali peran faktor-faktor tak larut matriks ekstra sel dalam regenerasi jaringan.
Saat ini yang ada hanyalah beberapa studi saja tentang pengisolasian matriks aseluler dari populasi-populasi sel punca dan progenitor. Mempertimbangkan aksi-aksi poten parakrin sel-sel punca, maka yang akan mengikutinya adalah bahwa matriks aseluler berasal-sel punca dapat melabuhkan sevarietas molekul trofik. Matriks ekstrasel BM-MSC diperlihatkan berkomposisikan kolagen I, III dan IV, sindekan-1, perlekan, fibronektin, laminin, biglikan dan dekorin (yang sama dengan matriks ekstra sel sumsum tulang aslinya). Matriks ekstra sel BM-MSC mengawetkan potensi pembentukan-koloni MSCs murine in vitro dibandingkan dengan substrat benihan jaringan lain dan menurunkan diferensiasi osteogenik spontan MSCs yang disemaikan pada matriks ekstra sel. Atas transplantasinya ke dalam tikus kecil yang terganggu fungsi imunnya, MSCs murine yang disemaikan ke matriks ekstra sel BM-MSC membangkitkan sebanyak lima kali dari apa yang maksimal tulang perbuat dan delapan kali dari sumsum hematopietik dibandingkan dengan MSCs dibenihkan pada benihan jaringan plastik (228). Dihipotesiskan bahwa penampilan diperkuat dari MSCs adalah akibat dari protein-protein tersekresikan-BM-MSC yang dilabuhkan dalam matriks ekstra sel. Scaffolds titanium yang disemaikan dengan MSCs tikus besar, dibenihkan dengan suplemen-suplemen osteogenik, dan kemudian dilanjutkan dengan deselularisasi mengunjukkan mendorong mineralisasi matriks oleh BM-MSCs bahkan dalam ketiadaan faktor-faktor osteogenik (229). Tambahannya, matriks ekstra sel mengonstruksi pendorongan angiogenesis (namun bukan osteogenesis) in vivo ketika diaplikasikan dalam sebuah model osteoinduksi intramuskuler di mana jaringan normal secara umumnya tidaklah berkemampuan melakukan proses neovaskularisasi adekuat (230). Semua hasil ini selanjutnya mengunjukkan bahwa matriks ekstra sel berasal-BM-MSC mengandung berjenis kompleks faktor yang berkemampuan mengarahkan kebiasaan populasi sel eksogen.
Matriks ekstra sel berasal-BM-MSC terbukti neurosuportif. BM-MSCs yang secara kimiawi dideselularisasi, seperti juga BM-MSCs yang ditranfeksikan dengan stabil untuk mengekspres protein domain intraseluler Notch 1. Efek neurosuportif kedua populasi MSC ini ditentukan disebabkan oleh faktor-faktor matriks ekstra sel dan bukannya disebabkan oleh faktor-faktor dapat larut atau sel-sel itu sendiri (231). Tambahannya, fakta bahwa matriks ekstra sel yang diproduksi oleh MSCs yang ditransfeksikan Notch 1 lebih baik dalam mendorong pertumbuhan sel neuron dibandingkan dengan matriks ekstra sel dari MSCs yang taktermodifikasi adalah dihubungkan dengan menguatnya pengekspresian kolagen, laminin, MMPs, TIMPs, tenascin dan fibulin oleh sel-sel tertransfeksi. Dengan demikian, matriks ekstra sel berasal-BM-MSC dapat menjadi sebuah perantara poten dari regenerasi syaraf in vivo, dan modifikasi genetik BM-MSCs selanjutnya dapat menguatkan sifat-sifat matriks ekstra sel ini.
Akhir-akhir ini, matriks-matriks aseluler yang diambil dari ESCs (dalam bentuk sedang berdiferensiasi yang disebut embryoid bodies) telah dengan berhasil diisolasikan menggunakan metode-metode deselularisasi kimiawi dan fisik (232-234). Viabilitas sel diinhibisi melalui pengobatan deselularisasi sementara tetap mempertahankan komponen-komponen matriks ekstra sel seperti kolagen IV, laminin, fibronektin dan hyaluronan (233). Tambahannya, telah diunjukkan bahwa matriks-matriks ekstra aseluler dapat ditanami dengan sel-sel eksogen dan dipertahankan in vitro (234). Data kumulatif ini menyarankan bahwa pengadministrasian eksogen dari sebuah matriks aseluler yang berasal dari sel-sel punca dapat mengkatalisis perbaikan dan regenerasi jaringan melalui aksi-aksi parakrin dari molekul-molekul yang terasingkan di dalam matriks. Lebih lanjut, matriks-matriks aseluler dari berbagai populasi sel punca dapat secara diferensiil memodulasi regenerasi jaringan didasarkan atas potensialitas (mis., maturitas), modifikasi genetik dan/atau pemrakondisian sel punca sebelum dideselularisasi.
Perspektif masa depan
Sementara berbagai terapi sel punca bagi regenerasi jaringan telah secara konvensional didorong oleh pendiferensiasian sel punca bagi penggantian jaringan rusak, berbagai kemajuan akhir-akhir ini dalam wilayah ini telah mengarakterisasi aksi-aksi parakrin sel-sel ini. Telah diunjukkan dalam banyak kejadian, berbagai keuntungan fungsional sel punca adalah disebabkan sebagian besarnya oleh berbagai faktor pertumbuhan, khemokin, sitokin dan berbagai molekul imunosupresif yang disekresikan oleh sel-sel ini pada lokasi cedera. Konsekuensinya, intesionalitas penggunaan sel punca untuk memodifikasi lingkingan mikro jaringan kelihatannya menjadi satu pusat penelitian sel punca dalam waktu dekat ini. Dengan mengabaikan diferensiasinya menjadi fenotip-fenotip spesifik, para peneliti mungkin mendapatkan bahwa pengaplikasian dari berbagai populasi sel punca, tidak dalam berbagai lingkungan jaringan, menghasilkan hasil-hasil sebelumnya yang tak terantisipasi namun efektif bagi regenerasi jaringan. Sebagai contoh, transplantasi NCPs ke otot jantung iskemik menghasilkan menurunnya apoptosis kardiomyosit, meningkatnya neovaskularisasi dan meningkatnya pemulihan dari iskemia sebagai hasil dari sekresi faktor neurotrofik dan angiogenik oleh sel-sel ini. Tambahannya, perekayasaan genetik dan rejimen-rejimen pemrakondisian sel-sel yang optimal untuk menguatkan sekresi faktor trofik bagi sebuah aplikasi yang diinginkan akan menjadi lebih luas lagi diselidiki dan dikarakterisasi, mengawali ke pada lebih efektif dan terkarakterisasinya dengan baik mekanisme-mekanisme aksi parakrin.
Pengaplikasian biomolekul berasal-sel punca bagi regenerasi jaringan mungkin menyediakan terapi alternatif berasal-sel punca yang akan mengungguli berbagai isu sekitaran kesulitan dalam mendapatkan sumber sel yang sedang berlangsung saat ini. Faktor-faktor yang dapat larut yang tersekresikan-sel punca dari berbagai populasi sel punca dan dalam responnya terhadap rangsangan eksternal, akan menjadi terkarakterisasi lebih baik lewat berbagai analisis proteomik dan lebih tertargetkan ke jaringan spesifik dalam tahun-tahun mendatang. Biomaterial aseluler berasal dari sejumlah populasi sel punca dibawah berbagai modifikasi genetik dan rejimen pemrakondisian akan menjadi lebih sering dipakai. Berbagai biomaterial hibrid terdiri dari polimer sintetik dan berbagai matriks berasal sel punca dan/atau berbagai faktor tersekresikan yang dapat larut akan juga dikembangkan bagi sejumlah aplikasi regenerasi jaringan lunak dan keras. Tterapi bertarget-tumor yang menggunakan bermacam molekul berasal-sel punca, berbagai matrik aseluler dan biomaterial hibrid akan juga menjadi lebih canggih berkenaan dengan pemakaian sel punca bagi pengiriman bertarget agen-agen antitumorigenik dalam tahun-tahun mendatang. Sebagai kesimpulan, memahami berbagai aksi parakrin populasi sel punca dan memelajarinya untuk pemodulasian dan memanfaatkan mereka akan menyediakan para peneliti dengan sebuah banyak pilihan pengobatan bagi cedera traumatik dan penyakit yang sejauh ini telah dibatasi oleh berbagai isu sekitaran sumber sel. Berbagai kemajuan mendatang dalam menentukan dan mengaplikasikan berbagai aksi parakrin akan menguntungkan secara bermakna pengaplikasian kedokteran regeneratif sel punca dalam tahun-tahun mendatang.
Simpulan khusus
Aksi-aksi parakrin sel punca
• Satu pergeseran paradigma belakangan ini telah menyarankan bahwa berbagai efek menguntungkan dari sel punca mungkin disebabkan oleh aksi-aksi parakrin dan bukan hanya oleh diferensiasi saja.
• Sel punca menyekresi satu spektrum luas sitokin, khemokin dan faktor pertumbuhan yang berimplikasi dalam sejumlah fenomena biologik.
• Satu pergeseran paradigma belakangan ini telah menyarankan bahwa berbagai efek menguntungkan dari sel punca mungkin disebabkan oleh aksi-aksi parakrin dan bukan hanya oleh diferensiasi saja.
• Sel punca menyekresi satu spektrum luas sitokin, khemokin dan faktor pertumbuhan yang berimplikasi dalam sejumlah fenomena biologik.
Pemodulasian respon fisiologis oleh sel punca
• Sel punca secara sendiri-sendiri memodulasi respon imun dan ketika di ko-transplantasikan dengan tipe sel lain.
• Sel punca melindungi sel inang dan dapat menghentikan penyakit graft-versus-host disease dan berbagai penyakit otoimun lewat imunosupresi.
• Sel punca menyekresi bermacam faktor trofik yang telah berimplikasi dalam regenerasi neural, myokardial dan osteogenik juga dalam penyembuhan luka.
• Berbagai laporan yang bertentangan mengenai berbagai efek parakrin sel punca terhadap pertumbuhan, penekanan dan metastasis tumor telah bermunculan.
Memanipulasi aksi parakrin sel punca
• Sel punca telah secara genetik direkayasa untuk mengekspres berlebih sejumlah gen yang berimplikasi dalam ketahanan hidup sulihan dan regenerasi jaringan.
• Sel punca juga telah dimodifikasi secara genetik untuk mengekspres berlebih dan menyekresi gen-gen antiproliferatif dan pro-apoptotic bagi supresi tumor.
• Berbagai metode memrakondisikan sel punca melalui pemaparan dengan hipoksia, agen-agen farmakologik, syok panas dan berbagai sitokin proinflamasi telah terbukti dengan berhasil dalam menguatkan ketahanan hidup pasca-transplantasi dan aksi-aksi parakrin sel-sel ini.
Teknik pendekatan parakrin sel punca aseluler
• Metode untuk me-harness faktor parakrin sel punca bagi pengaplikasian teraputik, independent dari sel-sel ini sendiri, circumvent dari berbagai isu sekitaran transplantasi sel. (Methods to harness stem cell paracrine factors for therapeutic application, independent of the cells themselves, circumvent issues surrounding cell transplantation.)
• Faktor trofik dapat larut yang dihasilkan oleh sel punca in vitro dapat mengerahkan efek parakrin poten terhadap tipe sel lainnya in vitro dan in vivo.
• Matriks aseluler berasal-sel punca yang melabuhkan berbagai faktor morfogenik dapat mengkatalisis perbaikan dan regenerasi jaringan ketika ditransplantasikan in vivo.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar