Memprograman Sel iPS Gunakan Vitamin C untuk Tingkatkan Hasil Panen Sel Induk

8 tahun ago kesimpulan 0
(KeSimpulan) Menambahkan ascorbic acid pada kultur medium dapat membantu mengatasi hambatan utama dalam reprogramming manusia dengan model sel-sel tikus ke dalam sel iPS. Segera setelah temuan menarik dari sebuah metode untuk mengubah sel-sel kulit manusia ke dalam sel batang pada tahun 2006 para peneliti yang telah lama mengalami frustrasi untuk benar-benar mencoba membuat dalam jumlah yang cukup bagi induced pluripotent stem cells atau iPS (induksi sel-sel induk yang berpotensi majemuk).

Proses iPS sangat tidak efisien sehingga para ilmuwan biasanya hanya mendapatkan 0,01 persen dari sampel kulit manusia atau fibroblast, sel-sel untuk membentuk koloni sel iPS setelah menginfeksi fibroblast dengan menggunakan retrovirus untuk menginduksi kemajemukan. “Kami hampir saja menyerah tiga tahun lalu,” kata Duanqing Pei, biolog sel, direktur jenderal dan profesor di Guangzhou Institutes of Biomedicine and Health di Guangzhou, Cina.

Tapi tim Pei di Chinese Academy of Sciences telah semakin jauh dan sekarang menemukan bahan kimia sederhana untuk transformasi sel iPS berkembang biak lebih besar. Dengan menambahkan vitamin C ke medium sel-sel dewasa kulit manusia, tim Pei berhasil dengan 1-2 persen dibandingkan hanya 0,01 persen ke koloni sel iPS. “Setelah anda mencapai frekuensi satu digit yang tidak lagi merupakan peristiwa yang kebetulan,” kata Pei. Hasil ini dipercaya bisa memungkinkan para ilmuwan mempelajari apa yang terjadi di dalam sel saat mengalami transformasi. Eksperimen tim Pei dipublikasikan 24 Desember jurnal Cell Stem Cell.

Tujuan utamanya adalah membuat sel-sel iPS sebagai pilihan terapi yang valid dengan mengganti metode retrovirus yang beresiko tinggi dengan koktail yang lebih aman yaitu protein dan bahan kimia termasuk vitamin C. Pendekatan tim Pei membutuhkan identifikasi peran dan manfaat vitamin C mulai dengan realisasi faktor-faktor yang mendorong sel untuk berpotensi menjadi majemuk dan faktor yang menyebabkan sel menjadi radikal bebas yang dikenal sebagai reactive oxygen species (ROS). “ROS tingkat tinggi jelas sangat buruk bagi fibroblast,” kata Pei, karena mendorong kematian sel lebih cepat.

Untuk meningkatkan kelangsungan hidup sel dan kemungkinan mereka menjadi sel-sel iPS, tim Pei menguji berbagai bahan kimia dengan sifat anti-oksidan. Dimulai dengan sel-sel fibroblast embrio tikus yang telah ditunjukkan untuk kembali ke sel iPS pada frekuensi yang lebih tinggi dibandingkan fibroblast manusia. Pertama, mereka yang terinfeksi sel-sel retrovirus akan memicu ekspresi dari empat sel embrio gen spesifik. Kemudian mereka membiarkan sel-sel tumbuh, baik dengan vitamin C (eksperimen) atau tanpa vitamin C (kontrol).

Sepuluh hari kemudian, ketika sel-sel biasanya mulai dapat memprogram diri ke dalam sel iPS, Pei menemukan 30 persen lebih banyak sel-sel tikus yang masih hidup dalam cawan Petri mengandung vitamin C dibandingkan dengan kelompok kontrol, ini menunjukkan bahwa vitamin membantu sel tetap hidup. Salah satu mekanisme untuk menjelaskan peningkatan ketahanan hidup ini bahwa sel-sel terkena ascorbic acid mempunyai tingkat lebih rendah dari sebuah protein supresor tumor yang disebut p53 yang dapat menimbulkan kematian sel.

Anehnya, tim Pei menemukan bahwa vitamin C bukan hanya membantu sel bertahan hidup, tapi juga meningkatkan kemajemukan dengan faktor 100. Setelah 14 hari, ketika sel-sel mulai sepenuhnya menjadi berpotensi majemuk, 10 hingga 20 persen dari sel-sel tikus yang tumbuh dengan vitamin C menyatakan diri sebagai gen yang terkait dengan pluripotency dibandingkan dengan hanya 0,1 hingga 0,2 persen dari koloni tanpa vitamin C. Tim peneliti melihat perbaikan serupa dengan pemrograman ulang fibroblast manusia dari 0,01 persen pada keadaan tidak adanya vitamin C hingga 1 persen dalam kehadiran vitamin C. Ketika anti-oksidan lainnya diuji, tidak ada yang mendorong pengembangan pluripotency.

Pei percaya bahwa ascorbic acid memacu induksi kemajemukan dalam sel manusia melalui perangkat anti-oksidan yang selama ini sebagai mekanisme yang belum terpecahkan. Terlalu banyak ROS dan pemrograman ulang “mesin” menyebabkan tidak akan dapat bekerja. Tapi begitu ROS berkurang, mesin dapat mulai start action dan vitamin C membuat berjalan lebih lancar. “Jika anda memiliki terlalu banyak ROS, seluruh mesin pemrograman tidak akan bergerak, tapi kemudian setelah anda mengurangi ROS, saya kira vitamin C melakukan sesuatu yang lain untuk membuat mesin bergerak lebih lancar,” kata Pie.

“Secara keseluruhan saya pikir ini adalah kemajuan yang mengesankan,” kata Kwang-Soo Kim, direktur Neurobiology Molecular Lab di Harvard Medical School. Kim selama ini telah mengembangkan sebuah sistem untuk meningkatkan keselamatan sel iPS dengan menampilkan empat protein yang menginduksi pluripotency langsung ke dalam sel. Karena menghindari retrovirus yang mengintegrasikan genom mereka ke dalam sel kromosom, sistem kurang membawa risiko kanker yang berpotensi menyebabkan mutasi. Tetapi memiliki efisiensi rendah yaitu 1 hingga 10 persen dibanding metode virus dan jauh lebih lambat. “Kita membutuhkan pendekatan yang berbeda,” kata Kim.

Pendekatan ini bisa menambahkan pluripotency untuk membujuk empat protein pada sel-sel agar memicu pemrograman ulang “mesin” dan kemudian meningkatkan efisiensi dengan kombinasi bahan kimia, termasuk vitamin C. Pei saat ini sedang berusaha untuk mengoptimalkan media di mana sel-sel tumbuh. Meskipun diragukan bahwa anti-oksidan lainnya akan memiliki efek yang sama dengan ascorbic acid, Pei memprediksi bahwa faktor-faktor pertumbuhan tertentu dapat lebih meningkatkan kultur kondisi. Bahkan, tim Pie menemukan kombinasi vitamin C dengan valproic acid yang membantu mendorong pluripotency sehingga meningkatkan efisiensi transformasi fibroblast manusia 1 hingga 6 persen.

Tingkat efisiensi ini sudah cukup untuk memajukan telaah tentang sel iPS. “Kita tidak perlu untuk menghasilkan 50 persen dari sel-sel … selama kita bisa menghasilkan cukup re-produktivitas jumlah baris iPS,” kata Kim, bahwa 1 persen efisiensi transformasi sudah cukup. Akhirnya, para peneliti harus membedakan sel-sel iPS ke dalam tipe sel tertentu. Kim baru-baru ini melakukan riset diferensiasi yang kontroversial dengan sel-sel induk embrionik ke dalam neuron untuk mencoba mengobati penyakit Parkinson.

Tetapi, Kim mencatat bahwa beberapa studi dengan vitamin C induced pluripotent cells harus dilakukan kajian lebih dalam. Salah satu masalah bahwa vitamin C menyebabkan sel mengekspresikan tingkat p53 lebih rendah, padahal penting untuk perbaikan kerusakan DNA. Meskipun kelompok Pei tidak menemukan kelainan kromosom dalam tumbuhnya sel-sel dengan vitamin C. Kim mengatakan bahwa analisis resolusi yang lebih tinggi diperlukan untuk memastikan tidak ada mutasi.

Karena hasil yang relatif tinggi pada metode Pei, analisis dan studi lain dari sel iPS telah memungkinkan. Sekarang peneliti dapat menghasilkan sel-sel yang cukup untuk mempelajari mekanisme, meningkatkan keamanan, dan kemanjuran dari sel iPS. “Ini merupakan ambisi setiap peneliti di manapun untuk mencatat efisiensi dan membuat lebih praktis bagi partisipasi yang lebih luas kalangan ilmiah,” kata Pei.