Berikut kami akan menjelaskan kultur sel kanker dan berbagai jenis sel yang digunakan saat ini, serta teknik dalam karakterisasi dan autentikasi sel pada perkembangan terkini dalam bidang sel kanker.

1. Kultur Cell Line Kanker

Kultur sel merupakan teknik yang sangat penting dalam penelitian kanker, biomedis klinis, akademis, dan laboratorium industri untuk berbagai aplikasi. Jenis sel kanker pertama yang dihasilkan pada 1951, yaitu human continuous cell line pertama, HeLa, dari pasien kanker Helen Lane. Dalam beberapa dekade, terakhir ekspansi penggunaan cell line terjadi dan hingga saat ini terdapat ribuan jenis cell line yang tersedia dari bank sel non-profit maupun komersial. Kultur sel tidak hanya membantu penemuan molekul baru, menjelaskan fungsinya dan skrining toksisitas senyawa terapeutik baru dalam skala besar dan waktu singkat.

Istilah “kultur sel” mengacu pada pemeliharaan sel-sel terpilah secara in vitro (di luar tubuh), sedangkan “kultur organ” berhubungan dengan jaringan utuh. Istilah “kultur jaringan” dapat digunakan untuk membahas baik sel maupun jaringan. Istilah umum lainnya yang  perlu diketahui dalam kultur sel mencakup: primer, immortalisasi (diabadikan), passage (pembagian) dan subkultur. Kultur sel primer adalah kultur awal yang sering mengalami banyak subkultur atau passage untuk menghasilkan cell line. Cell line dapat bersifat “terbatas” atau “kontinu”. Aplikasi cell line banyak digunakan dalam berbagai bidang dalam penelitian medis, khususnya dalam penelitian dasar kanker dan penemuan obat. Jika cell line dikultur dengan benar, divalidasi dan dikonfirmasi untuk identitas, kemurnian, sterilitas, fungsi, sifat genetik sama dengan sel asalnya, cell line dapat menjadi alat penting dalam perkembangan ilmu biologi kanker.

Kultur sel terbagi menjadi dua jenis teknik, yakninya adheren dan suspensi. Sel-sel adheren tumbuh melalui perlekatan (anchorage-dependent) dan biasanya berasal dari jaringan organ. Di sisi lain, sel-sel suspensi tidak memerlukan perlekatan (anchorage-independent) dan mengambang dalam media kultur suspensi. Sebagian besar sel suspensi diisolasi dari darah, dan sejumlah kecil berasal dari jaringan.

Tabel 1. Istilah-istilah dalam sel kultur kanker.

2. Sel Primer dan Cell Lines Immortalisasi

a. Kultur Sel Primer

Sel primer adalah sel yang diisolasi langsung dari hewan atau manusia dengan metode ekstraksi mekanis atau enzimatik. Sel primer memiliki ciri yang mendekati sel aslinya. Sel diisolasi dan dikultur pada lingkungan buatan dengan faktor pertumbuhan/nutrisi yang sesuai untuk mendukung proliferasi dan pertumbuhan. Meskipun memiliki kekurangan karena keterbatasan masa hidup, sel-sel primer mempunyai keuntungan dalam mempelajari fungsi dan respons jaringan karena karakteristiknya mendekati sistem tubuh.

Penggunaan sel primer juga memberikan peluang untuk mempelajari donor dan bukan hanya sel dengan faktor-faktor termasuk riwayat kesehatan, usia, ras, dan jenis kelamin, yang merupakan semua faktor yang dapat dipertimbangkan dalam model. Hal ini juga berguna terkait personalisasi pengobatan. Penggunaan sel primer juga mengatasi dan menghindari masalah kritis seperti kurangnya kompleksitas jaringan dan variabilitas donor pada cell line immortalisasi. Selain itu, generasi-generasi cell line juga dapat memiliki kelainan kromosom dan mutasi besar yang merupakan indikator buruk untuk fenotip normal dan perkembangan penyakit. Sel primer manusia sering digunakan untuk mempelajari komunikasi antar sel dan intraseluler, digunakan dalam biologi perkembangan dan mempelajari mekanisme berbagai penyakit, menjadikannya model terdepan dan relevan secara biologis untuk merekapitulasi jenis sel jaringan.

Berikut berbagai jenis sel primer yang dapat diisolasi dari beragam jaringan:

• sel endotel: penyembuhan luka, penelitian kanker, skrining toksikologi
• fibroblas: rekayasa dan regenerasi jaringan
• sel imun primer seperti PBMC: studi imunologi dan berbasis sel
• keratinosit: studi kanker kulit dan psoriasis
• melanosit: penyembuhan luka, toksisitas, studi melanoma dan kosmetik
• sel otot polos primer (SMC): model fibrosis hipertensi
• stem cell primer: model status atau kondisi penyakit

b. Cell Line Immortalisasi

Cell line immortalisasi sering digunakan dalam penelitian kanker dibandingkan sel primer karena memiliki banyak keunggulan yaitu, suplai sel tanpa batas, efektivitas biaya, kemudahan penggunaan, dan rendahnya masalah etika dibandingkan dengan penggunaan jaringan individu secara langsung, meskipun tidak sepenuhnya relevan secara biologis untuk studi biologi kanker. Sel-sel imortalisasi telah dimodifikasi atau disubkulturkan agar sel-sel tersebut dapat berkembang biak tanpa batas waktu. Cell line menghasilkan populasi sel murni yang penting karena memberikan populasi konstan dengan hasil reprodusibel. Cell line imortalisasi telah merevolusi penelitian kanker dan sampai saat ini masih digunakan di banyak bidang penelitian kesehatan dan industri.

Cell line imortalisasi sangat banyak digemari dan saat ini lebih dari 3600 jenis dan 150 spesies tersedia di bank sel ATCC (American Type Culture Collection). Seperti yang telah disebutkan, cell line HeLa (karsinoma serviks) merupakan salah satu penemuan ilmiah terpenting pada abad terakhir dan telah berkontribusi pada banyak terobosan dan penemuan ilmiah, mulai dari penelitian polio, leukemia, AIDS, kanker, dan penyakit COVID-19. Meskipun banyak jenis cell line lainnya yang tersedia, sel HeLa masih menjadi pilihan yang sangat populer dalam penelitian medis.

Tabel 2. Jenis cell line kanker yang banyak digunakan dalam penelitian biomedis dan kilinis.

3. Teknik Karakterisasi dan Autentikasi Cell Line Kanker

Dikarenakan terdapat ribuan jenis cell line, penting untuk tidak hanya melakukan autentikasi  tetapi juga mengkarakterisasi secara rutin. Hubungan cell line dengan jaringan asal harus ditentukan dengan baik dan sifat-sifat sel harus mendekati sifat-sifat sel asal. Kasus dalam sejarah eksperimen in vitro dimana “kontaminasi silang” cell line sering terjadi dikarenakan kesalahan manusia sederhana, misalnya tertukar secara tidak sengaja atau kesalahan pelabelan. Selain dari kontaminasi silang antar spesies sama, kontaminasi silang antar spesies lain juga cukup sering terjadi. Berikut kami menjabarkan secara singkat beberapa metode guna karakterisasi dan autentikasi cell line:

a) Sitogenetik

Teknik sitogenetik konvensional meliputi teknik staining untuk mengidentifikasi kromosom dan modifikasinya. Contoh teknik ini yaitu staining trypsin Giemsa (G), reverse Giemsa (R), heterokromatin konstitutif (C) dan staining quinacrine fluorescent (Q), masing-masing  menghasilkan pita (band) spesifik. Staining-G (G-banding) merupakan metode yang banyak digunakan. Dalam beberapa dekade terakhir, perkembangan FISH (fluorescence in situ hybridization) memungkinkan investigasi sel pada semua tingkatan mulai dari keseluruhan kromosom hingga gen tunggal dan individual. FISH terbukti lebih akurat, tidak memakan banyak waktu, resolusi lebih unggul dibandingkan metode analisis pita lainnya. FISH juga  dapat dilakukan secara independen dari siklus sel karena sinyal dilihat dalam inti interfase dan digunakan untuk mendeteksi banyak target secara bersamaan. Saat ini, beberapa aplikasi FISH telah dikembangkan, seperti kariotipe spektral (SKY), pelabelan rasio biner gabungan (COBRA), kariotipe pengubah warna, dan multipleks-FISH (M-FISH).

b) Fingerprinting / Profilisasi DNA

Fingerprinting dan pembuatan profil DNA adalah dua teknik lainnya dalam karakterisasi cell line dimana tidak hanya mengidentifikasi cell line secara tepat namun juga membandingkan perbedaan sumber untuk jenis sel sama (satu jenis sel dari beberapa sumber). Teknik ini juga banyak digunakan dalam forensik dengan melakukan eksploitasi variabilitas pada wilayah “noncoding” genom (sekitar 90% basa DNA). Sebagian besar wilayah noncoding DNA berorientasi pada sekuens berulang yang disebut VNTR (variable number of tandem repeats). Terdapat dua jenis sekuens berulang yang telah diidentifikasi:

• minisatelit (10–100 bp)
• mikrosatelit, atau STR (short tandem repeats) (2–5 bp)

Sampai saat ini, banyak strategi telah dirancang untuk membuat profil wilayah-wilayah variabel tersebut dan masing-masing strategi dibagi menjadi “pendekatan multi-lokus” atau “pendekatan satu lokus”.

Teknik profilisasi DNA yang terhandal yaitu wilayah STR dengan kombinasi amplifikasi DNA PCR. Metode ini lebih cepat dan jauh lebih hemat tenaga kerja dibandingkan metode RFLP dalam “pendekatan multi-lokus” dikarenakan PCR dilakukan secara otomatis. Selain itu, bahan analisis berbasis PCR juga lebih sedikit yang hanya membutuhkan sekitar 1 nanogram DNA, dibandingkan dengan RFLP yang membutuhkan hingga 20 nanogram DNA.

c) Flow Cytometry

Flow cytometry adalah metode yang lebih modern untuk autentikasi cell line dengan banyak penerapan, termasuk juga untuk mengidentifikasi populasi sel dalam larutan. Flow cytometry mengukur berbagai parameter, termasuk ukuran sel, granularitas, kandungan DNA, ekspresi gen, reseptor permukaan, dan protein intraseluler, serta dengan mudah membedakan berbagai jenis sel dalam campuran sel berdasarkan ekspresi berbagai biomarker atau protein. Metodologi ini menguntungkan karena dapat melakukan pengukuran kecepatan tinggi dengan potensi untuk mengukur antara tiga hingga enam sifat (parameter) berbeda-beda dalam satu sampel, sel demi sel hingga 10.000 cell events dalam satu menit.

4. Metode Verifikasi Asal Spesies

a. Pendeteksian Antibodi

Teknik laboratorium yang umum seperti imunofluoresensi melibatkan penggunaan antiserum spesifik berikatan dengan sel target yang selanjutnya digabungkan dengan anti-globulin berlabel fluorescens. Sel terlabel fluorescens kemudian dipelajari di bawah mikroskop fluorescens. Salah satu pewarna yang umum dalam teknik ini adalah FITC (fluorescein isothiocyanate). Deteksi antibodi sangat sensitif dan dapat mendeteksi bahkan satu sel yang mengkontaminasi dalam populasi sel lebih dari 10.000.

b. PCR (Polymerase Chain Reaction)

Prevalensi mesin PCR cukup banyak digunakan di sebagian besar laboratorium, sehingga  metodologi ini yang sangat mudah untuk memverifikasi asal spesies. Salah satu bank sel tertentu, German Collection of Microorganisms and Cell Cultures di Institut Leibniz (DSMZ) menggunakan PCR dalam verifikasi koleksi cell line mereka dengan menggunakan primers untuk amplifikasi rDNA, alu, dan β-globin. Setelah amplifikasi dilakukan, elektroforesis gel digunakan untuk memisahkan fragmen DNA berdasarkan ukurannya, menunjukkan perbedaan antara cell line dari spesies berbeda.

c. Analisis Isoenzim

Berbagai enzim berguna untuk menentukan spesies asal diantaranya: aspartat aminotransferase, laktat dehidrogenase (LDH), nukleosida fosforilase (NP), glukosa-6-fosfat dehidrogenase (G6PD), dan peptidase B. Dalam analisis isoenzim, lisat dari sel diaplikasikan pada gel agarosa elektroforesis dan dibiarkan bereaksi dengan dye MTT dengan kehadiran phenazine methosulfate dan substrat tertentu untuk membentuk pita formazan pada gel. penentuan asal spesies ditentukan dengan analisis rasio migrasi pita yang dibandingkan dengan pustaka standar. Metode ini relatif sensitif dan dapat mendeteksi kontaminasi jika tingkat kontaminasi diatas 10%.

5. Karakteristik Umum Cell Line Kanker

a) Morfologi

Karakteristik yang paling jelas adalah penampakan di bawah mikroskop. Berbagai garis sel mempunyai penampakan spesifik dalam hal pertumbuhan populasi, ukuran sel, atau bentuk sel. Di antara jenis-jeis cell line, kemampuan untuk melekat atau dikeluarkan dari labu kultur sel juga dapat sangat bervariasi, termasuk kontaminasi mikoplasma yang mempengaruhi adherensi.

b) Efisiensi Pembentukan Koloni dan Laju Pertumbuhan Sel

Sel harus dikultur dalam kondisi pertumbuhan normal menggunakan reagen berkualitas baik yang direkomendasikan secara konsisten oleh penyedia atau sesuai protokol. Setiap abnormalitas dari karakteristik yang direkomendasikan merupakan indikasi masalah kultur. Persentase sel yang dapat menghasilkan koloni baik dalam matriks kultur (seperti gel agar atau substrat seperti plastik) juga merupakan karakteristik cell line spesifik dan berpengaruh pada laju pertumbuhan.

c) Karakteristik Siklus Sel / Ploidi

Flow cytometry adalah teknik laboratorium yang banyak digunakan untuk mengamati kandungan DNA sel dan siklus sel. Dengan mewarnai sel dengan pewarna DNA seperti propidium iodide (PI), kandungan inti DNA dapat dianalisis, termasuk kandungan ploidi sel dan juga jumlah sel yang bervariasi pada tahapan siklus sel: fase G₀, G₁, S, dan G₂/M.

d) Profil Ekspresi Sel

Berbagai protein sangat membantu untuk mengkarakterisasi asal usul seluler, dan protein ini mudah diukur menggunakan teknik umum seperti western blotting, IHC atau FACS. Filamen perantara seperti desmin, vimentin, sitokeratin, dan protein neurofilamen berguna untuk mengkarakterisasi sel miogenik, sel mesenkim, sel epitel, dan neuron. Cell line juga dapat dikarakteristikan dengan menggunakan protein lebih spesifik.

Berikut kami menawarkan item cell lines dari iCell Bioscience: [klik disini]

6. Referensi

1. Mirabelli P, Coppola L, Salvatore M. Cancer Cell Lines Are Useful Model Systems for Medical Research. Cancers (Basel). 2019 Aug 1;11(8):1098.
2. Kaur G, Dufour JM. Cell lines: Valuable tools or useless artifacts. Spermatogenesis. 2012 Jan 1;2(1):1-5.
3. Raju K L, Augustine D, Rao RS, S V S, Haragannavar VC, Nambiar S, Prasad K, Awan KH, Patil S. Biomarkers in Tumorigenesis Using Cancer Cell Lines: A Systematic Review. Asian Pac J Cancer Prev. 2017 Sep 27;18(9):2329-2337.
4. Reid YA. Characterization and authentication of cancer cell lines: an overview. Methods Mol Biol. 2011;731:35-43.
5. Zuñiga Martinez ML, López Mendoza CM, Tenorio Salazar J, García Carrancá AM, Cerbón Cervantes MA, Alcántara-Quintana LE. Establishment, authenticity, and characterization of cervical cancer cell lines. Mol Cell Oncol. 2022 Jun 1;9(1):2078628.
6. Somaschini A, Amboldi N, Nuzzo A, Scacheri E, Ukmar G, Ballinari D, Malyszko J, Raddrizzani L, Landonio A, Gasparri F, Galvani A, Isacchi A, Bosotti R. Cell line identity finding by fingerprinting, an optimized resource for short tandem repeat profile authentication. Genet Test Mol Biomarkers. 2013 Mar;17(3):254-9.
7. Marczyk M, Gunasekharan V, Casadevall D, Qing T, Foldi J, Sehgal R, Shan NL, Blenman KRM, O’Meara TA, Umlauf S, Surovtseva YV, Muthusamy V, Rinehart J, Perry RJ, Kibbey R, Hatzis C, Pusztai L. Comprehensive Analysis of Metabolic Isozyme Targets in Cancer. Cancer Res. 2022 May 3;82(9):1698-1711.
8. Tutty MA, Holmes S, Prina-Mello A. Cancer Cell Culture: The Basics and Two-Dimensional Cultures. In: Movia, D., Prina-Mello, A. (eds) Cancer Cell Culture. Methods in Molecular Biology. 2023. vol 2645. Humana, New York, NY.