Apa itu iPSCs?

Stem cell adalah jenis sel khusus yang dapat berkembang atau berdiferensiasi menjadi sel-sel yang lebih terspesialisasi dengan fungsi-fungsi tertentu. Pada banyak jaringan, stem cell berperan untuk memulihkan atau menggantikan sel-sel rusak yang tidak lagi berfungsi secara memadai. Kemampuan stem cell untuk berdiferensiasi menjadi berbagai jenis sel menjadikannya model yang berguna untuk mempelajari proses perkembangan serta sarana terapi yang menjanjikan. Terdapat beberapa jenis stem cell yang dikembangkan untuk tujuan riset, salah satunya adalah iPSCs.

Induced pluripotent stem cells (iPSCs) merupakan stem cell yang diperoleh melalui pemrograman ulang sel dewasa yang telah berdiferensiasi, menggunakan ekspresi ektopik dari empat gen embrionik—OCT4, SOX2, KLF4, dan C-MYC. iPSC pertama kali dihasilkan dari fibroblas mencit pada tahun 2006 di laboratorium Shinya Yamanaka, dengan faktor-faktor pemrograman ulang yang dimasukkan melalui infeksi retrovirus. Penelitian ini berlanjut pada tahun berikutnya ketika laboratorium Yamanaka dan Thomson masing-masing berhasil menghasilkan iPSC manusia dari fibroblas dermal melalui infeksi retrovirus dan lentivirus.

Gambar 1. Ilustrasi iPSCs

iPSCs sendiri memiliki karakteristik seperti laju self-renewal yang cukup tinggi dan dapat digunakan secara universal untuk menghasilkan berbagai jenis sel dewasa. iPSCs juga mampu berdiferensiasi secara in vitro menjadi turunan dari ketiga lapisan germinal, membentuk embryoid body, serta membentuk teratoma. iPSC juga memiliki morfologi dan karakteristik pertumbuhan yang serupa, serta mengekspresikan penanda stem cell yang sama dengan ESC.

Meskipun iPSC dan ESC memiliki kegunaan fungsional yang serupa, iPSC tidak terkendala oleh masalah kompatibilitas transplantasi maupun kekhawatiran etis yang terkait dengan ESC. Karena iPSC dapat diperoleh langsung dari sel dewasa pasien untuk tujuan terapi, risiko penolakan pascatransplantasi menjadi rendah. Selain itu, karena pembuatan iPSC tidak memerlukan embrio, penggunaannya menghindari berbagai masalah seputar pemanfaatan embrio dalam penelitian.

Sejarah Organoid yang berasal dari iPSCs

Teknologi stem cell (sel punca) telah berkembang pesat selama bertahun-tahun, memberikan kemampuan untuk mendiferensiasikan sel menjadi struktur kompleks yang sangat menyerupai organ in vivo. Secara historis, penelitian berbasis sel punca dilakukan menggunakan sistem kultur dua dimensi (2D). Namun, sel dalam kultur 2D gagal mereplikasi morfologi dan interaksi normal yang diamati secara in vivo. Ketika dikultur dalam lingkungan 2D, sel jaringan yang diisolasi secara bertahap kehilangan bentuk aslinya, menjadi pipih, dan membelah secara tidak normal, yang berdampak pada diferensiasi serta fungsinya.

Untuk mengatasi keterbatasan tersebut, organoid telah muncul sebagai kemajuan signifikan dalam penelitian sel punca selama satu dekade terakhir. Organoid merupakan kultur sel tiga dimensi (3D) yang berasal dari sel punca, yang memiliki kemampuan untuk mengatur diri sendiri dan berdiferensiasi menjadi struktur yang menyerupai organ aslinya. Meskipun ragam model organoid terus berkembang, sumber seluler untuk pembentukan organoid utamanya berpusat pada dua jenis utama, salah satunya adalah iPSCs.

Gambar 2. Sumber Organoid: iPSCs dan ASCs

Pada tahun 2006 dan 2007, Yamanaka dan rekan-rekannya membuat penemuan perintis bahwa sel-sel yang telah berdiferensiasi secara terminal dapat diprogram ulang menjadi sel punca pluripoten (PSC). iPSC menawarkan kemudahan dalam perolehannya dari donor individu yang sehat maupun yang menderita penyakit, sehingga menghindari masalah etika yang melekat pada penggunaan sumber embrionik. Akibatnya, model berbasis iPSC dua dimensi (2D) telah muncul sebagai landasan utama dalam penelitian biomedis. Proses pembuatan dan karakterisasi hiPSC merupakan prosedur yang sudah mapan. Meskipun biaya pembuatan dan validasi iPSC tergolong tinggi, bank iPSC telah didirikan di berbagai belahan dunia untuk mengumpulkan dan memproduksi hiPSC bagi keperluan penelitian ilmiah.

Dalam beberapa tahun terakhir, organoid yang berasal dari iPSC telah muncul sebagai model 3D berbasis sel punca yang transformatif; model ini mengatasi kendala pada model 2D konvensional serta menyiasati keterbatasan ketersediaan jaringan primer manusia—sumber asal organoid ASC. Organoid yang dikembangkan dari iPSC memanfaatkan kemampuan luar biasa iPSC untuk mengorganisasi diri menjadi agregat kecil tak terstruktur yang disebut embryoid bodies (EB). Bergantung pada jaringan dan organ yang menjadi target, iPSC yang telah terakit secara mandiri dapat diarahkan menggunakan faktor pertumbuhan dan molekul kecil untuk memicu diferensiasi menjadi tiga garis keturunan lapisan germinal yang berbeda: ektoderm, mesoderm, atau endoderm. Organ yang berasal dari lapisan endoderm mencakup sistem organ yang kompleks, seperti saluran pencernaan dan saluran pernapasan. Organ yang berasal dari garis keturunan mesoderm meliputi ginjal, otot, jantung, dan pembuluh darah. Garis keturunan ektoderm berkaitan dengan sistem saraf, termasuk otak, mata, telinga, dan sebagainya.

Gambar 3. Model organoid manusia dan asalnya

iPSC dikultur dan diperbanyak selama beberapa generasi dalam kondisi kultur sel naïve. Selama proses kultivasi dan diferensiasinya, organoid dapat dipelihara dalam lingkungan bebas perancah (scaffold-free), ditanamkan di dalam gel matriks ekstraseluler (ECM), atau dibentuk menjadi struktur tiga dimensi (3D) menggunakan perancah biomaterial eksternal. Pendekatan-pendekatan ini menawarkan fleksibilitas dalam menyesuaikan lingkungan mikro organoid guna mendukung pematangan dan fungsionalitasnya. Secara umum, organoid iPSC dapat dikultur dan dipasase dalam jangka waktu lama dengan tetap mempertahankan genotipe yang stabil.

Aplikasi Organoid yang berasal dari iPSCs

Hingga saat ini, organoid telah muncul sebagai perangkat serbaguna dengan beragam aplikasi dalam penelitian biomedis, penemuan obat, dan kedokteran. Organoid berfungsi sebagai model penyakit yang memberikan wawasan mengenai mekanisme patologis. Selain itu, organoid menjadi platform yang andal untuk skrining obat high-throughput, sehingga memfasilitasi identifikasi terapi baru. Secara khusus, organoid yang berasal dari iPSC berperan sebagai sarana untuk memahami proses yang mendasari perkembangan manusia dan penyakit. Integrasi organoid turunan iPSC dengan metode penyuntingan genom memperluas kegunaannya, memungkinkan manipulasi dan analisis presisi terhadap jalur-jalur yang terkait dengan penyakit. Baru-baru ini, iPSC juga muncul sebagai terapi penggantian sel yang menjanjikan untuk regenerasi jaringan pada penyakit degeneratif yang saat ini belum dapat disembuhkan, seperti penyakit Parkinson.

Gambar 4. Aplikasi Organoid yang berasal dari iPSCs.

Produk Terkait

Berikut merupakan beberapa produk yang dapat kami support terkait riset iPSCs dan organoid model dari brand ABMGood.

Dapat juga mengakses link berikut untuk mengetahui informasi lebih lanjut terkait produk yang dapat disupport oleh ABM Good.

Berikut merupakan sedikit informasi yang dapat kami sampaikan terkait iPSCs dan model organoid. Apabila terdapat kebutuhan terkait riset dapat berdiskusi lebih lanjut dengan kami melalui kontak berikut. Sampai jumpa di artikel berikutnya!

Source:
https://blog.addgene.org/-starter-guide-to-induced-pluripotent-stem-cells-ipscs-part-1-a-renaissance-in-regenerative-medicine

https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC12020925/

https://www.abmgood.com/iPSC-Reporters.html