Penyimpanan sel (cell line) dan sel punca (stem cell) merupakan bagian penting dalam penelitian biomedis dan pengembangan terapi seluler. Cell line adalah sekumpulan sel yang berasal dari satu sel induk tunggal yang telah diperbanyak dan dipertahankan dalam kultur sel dalam kondisi laboratorium, sedangkan stem cell adalah jenis sel yang memiliki kemampuan unik untuk berkembang menjadi berbagai jenis sel dalam tubuh. Untuk menjaga viabilitas dan fungsionalitas sel ini dalam waktu jangka panjang, diperlukan teknik penyimpanan yang efektif dan efisien. Selama bertahun-tahun, berbagai metode penyimpanan telah dikembangkan untuk memastikan bahwa sel-sel ini tetap hidup dan dapat digunakan untuk eksperimen atau terapi di masa depan.

1. Penyimpanan dengan Cryopreservation (Pembekuan)

Pembekuan sel atau lebih dikenal dengan cryopreservation merupakan metode yang paling umum digunakan untuk menyimpan cell line dan stem cell. Pembekuan ini dilakukan dengan menurunkan suhu sel secara bertahap hingga mencapai suhu ekstrem (biasanya -80°C atau lebih rendah, bahkan -196°C dalam nitrogen cair).

Proses Cryopreservation

• Penambahan Cryoprotectant: sebelum pembekuan, sel akan dicampur dengan bahan kimia pelindung yang dikenal sebagai cryoprotectants, seperti dimetil sulfoksida (DMSO) atau gliserol. Cryoprotectants berfungsi untuk mencegah pembentukan kristal es di dalam sel yang dapat merusak struktur sel.
• Pembekuan Bertahap: sel kemudian dibekukan secara bertahap untuk menghindari kerusakan akibat pembentukan es internal yang cepat. Proses pembekuan dilakukan secara bertahap untuk menghindari kerusakan sel. Selama cryopreservation, suhu diturunkan secara perlahan (1-2° C per menit) sebelum akhirnya disimpan di nitrogen cair maupun freezer ultra-dingin (-80°C).
• Penyimpanan pada Suhu Rendah: sel yang telah dibekukan kemudian disimpan pada suhu yang sangat rendah, biasanya pada nitrogen cair (-196°C) atau dalam freezer ultra-dingin (-80°C) untuk jangka waktu yang panjang.
• Pencairan (Thawing): ketika dibutuhkan, sel dapat dicairkan dengan hati-hati pada suhu tubuh (37°C) dan segera digunakan dalam eksperimen atau aplikasi lainnya.

Perlu diperhatikan untuk penggunaan gliserol dan DMSO, sebagai zat cryoprotectant yang sesuai untuk penyimpanan beku sel, tetapi penanganan DMSO harus sangat dilakukan secara hati-hati. DMSO konsentrat bersifat toksik bagi personel laboratorium dan sel sehingga harus diencerkan sebelumnya. Toksisitas ini juga dapat berdampak negatif pada sel dengan media mengandung 10% DMSO, ketika dibiarkan beberapa jam pada suhu ruang, maka diwajibkan untuk mentransfer sel ke suhu -80°C untuk penyimpanan dalam waktu 30 menit. Secara umum, tata tertib penggunaan pakaian dan gloves laboratorium mampu melindungi personel dari bahaya DMSO dan zat terlarut. Selain menggunakan freezer ultra-dingin (-80°C), biasanya juga bisa menggunakan nitrogen cair (-196°C) untuk penyimpanan cell line dan stem cell.

Gambar 1. Liquid Nitrogen Tank dari brand Haier Biomedical (https://indogen.id/tips-memilih-liquid-nitrogen-tank/)

Reagent pada proses pembekuan atau freezing sel dengan produk Elabscience

2. Penyimpanan dalam Fase Uap Nitrogen

Penyimpanan dalam fase uap nitrogen dilakukan dengan menyimpan sel pada suhu di bawah -150°C, tetapi tidak langsung dalam nitrogen cair. Sebaliknya, sel disimpan dalam uap yang dihasilkan di atas nitrogen cair. Metode ini mengurangi risiko kontaminasi silang dan kerusakan sel yang mungkin terjadi jika disimpan dalam fase cair.

Prosedur Penyimpanan dalam Fase Uap Nitrogen

1. Pengumpulan Sel: stem cell biasanya dikumpulkan dari darah tali pusat segera setelah kelahiran. Proses ini dilakukan dengan aman tanpa mempengaruhi ibu atau bayi.
2. Transportasi dan Proses Awal: setelah pengumpulan, darah tali pusat disimpan sementara pada suhu ruangan sebelum diproses dan cryopreservation dalam waktu 48 jam hingga maksimal 72 jam.
3. Cryopreservation: Sel punca kemudian dicampur dengan agen cryoprotectants seperti DMSO dan dimasukkan ke dalam kantong penyimpanan khusus yang dirancang untuk menahan suhu cryogenic.
4. Penyimpanan dalam Fase Uap: sel-sel tersebut kemudian ditempatkan dalam tangki penyimpanan cryogenic yang beroperasi pada fase uap nitrogen, memastikan suhu tetap di bawah -150°C.
5. Pemantauan Rutin: kualitas penyimpanan terus dipantau melalui sistem pemantauan suhu otomatis dan pemeriksaan manual secara berkala untuk memastikan bahwa sel tetap dalam kondisi optimal.

3. Penyimpanan dalam Medium Kultur (Culture Medium)

Pada beberapa kasus, sel-sel yang disimpan dalam waktu yang lebih singkat dapat ditempatkan dalam media pemberi hidup yang diperkaya. Metode ini sering digunakan ketika sel tidak perlu disimpan dalam jangka waktu yang panjang, dan tujuannya adalah untuk mempertahankan aktivitas atau karakteristik sel selama beberapa hari atau minggu.

Proses Penyimpanan dalam Media Kultur

• Pemeliharaan Kondisi Kultur: sel disimpan dalam kondisi kultur yang sesuai, dengan medium yang mengandung nutrisi yang diperlukan untuk mempertahankan viabilitas dan proliferasi.
• Penyesuaian Suhu dan CO₂: suhu inkubator (sekitar 37°C) dan konsentrasi CO₂ juga dipertahankan untuk memastikan bahwa sel tetap hidup dan tumbuh dengan baik.
• Penyimpanan Sementara: penyimpanan dalam media pemberi hidup lebih cocok untuk penggunaan dalam jangka pendek atau sementara, dengan pemantauan rutin terhadap kondisi sel.

4. Penyimpanan dengan Lyophilization (Pengeringan Beku)

Lyophilization atau pengeringan beku adalah proses yang digunakan untuk menghilangkan air dari sel atau bahan biologis lainnya melalui pembekuan dan pengeringan dalam kondisi vakum. Teknik ini sering digunakan untuk mengawetkan sejumlah sel atau bahan biologis yang membutuhkan penyimpanan jangka panjang, dengan keuntungan besar dalam mengurangi volume dan menghindari kerusakan es.

Proses Lyophilization

• Pembekuan: sel dibekukan terlebih dahulu pada suhu yang sangat rendah.
• Pengeringan: setelah beku, sel ditempatkan dalam ruang vakum yang memungkinkan air menguap dari sel tanpa mencairkan sel.
• Pengawetan Jangka Panjang: sel yang telah dikeringkan dapat disimpan pada suhu kamar atau suhu rendah tanpa kehilangan viabilitasnya, meskipun proses ini memerlukan langkah-langkah khusus untuk memastikan bahwa sel tidak rusak.

5. Penyimpanan dalam Suspensi Seluler

Dalam beberapa penelitian atau aplikasi klinis, sel dapat disimpan dalam suspensi seluler, yaitu cairan yang mengandung sel yang tersebar merata. Suspensi ini sering digunakan untuk sel-sel yang membutuhkan perlakuan khusus atau transfer langsung ke aplikasi klinis.

Proses Penyimpanan dalam Suspensi Seluler

• Penambahan Anti-Kristal Es: seperti pada cryopreservation, sel dalam suspensi seluler juga sering ditambahkan dengan cryoprotectant untuk melindungi sel selama pembekuan.
• Penyimpanan pada Suhu Rendah: meskipun tidak selalu dibekukan, penyimpanan pada suhu rendah (misalnya -20°C hingga -80°C) dapat menjaga viabilitas sel dalam suspensi.
• Penggunaan Langsung: metode ini sangat berguna ketika sel perlu dipersiapkan dan digunakan segera setelah penyimpanan, seperti dalam terapi sel atau pengujian klinis.

Kesimpulan

Pemilihan metode penyimpanan cell line dan stem cell bergantung pada jenis sel yang akan disimpan, durasi penyimpanan yang diinginkan, dan tujuan penggunaannya. Cryopreservation tetap menjadi metode yang paling umum dan efektif untuk penyimpanan jangka panjang, sementara metode lain seperti penyimpanan dalam media pemberi hidup dan lyophilization menawarkan alternatif berdasarkan kebutuhan spesifik. Penting untuk memahami kelebihan dan kekurangan masing-masing metode agar sel-sel yang disimpan dapat digunakan dengan optimal dalam penelitian atau aplikasi klinis.

Referensi

David, McCormack. M. Elise, Winer. S. Eric, Colvin. A. Gerald, Quesenberry. J. Peter. 2007. Cryopreservation of Hematopoietic Stem Cells. American Journal of Hematology. June 2007; 82(6): 463–472.

Hornberger, K., Yu, G., McKenna, D., & Hubel, A. (2019). Cryopreservation of Hematopoietic Stem Cells: Emerging Assays, Cryoprotectant Agents, and Technology to Improve Outcomes. Transfusion medicine and hemotherapy : offizielles Organ der Deutschen Gesellschaft für Transfusionsmedizin und Immunhämatologie, 46(3), 188–196. https://doi.org/10.1159/000496068

Indogen. Prosedur Dasar Laboratorium untuk Pemeliharaan Kultur Sel. https://indogen.id/prosedur-dasar-laboratorium-untuk-pemeliharaan-kultur-sel/