Lompat ke konten Lompat ke sidebar Lompat ke footer

Menciptakan Kembali Tahap-Tahap Kehidupan Paling Awal

 IMAGES

Gambar: takoyakimura.files.wordpress.com

Dalam upaya mereka untuk memahami tahap paling awal kehidupan dan bagaimana mereka bisa salah, para ilmuwan dihadapkan pada masalah etika seputar penggunaan embrio manusia. Penggunaan embrio hewan juga tunduk pada pembatasan yang berakar pada pertimbangan etis. Untuk mengatasi keterbatasan ini, para ilmuwan telah mencoba menciptakan kembali embrio awal menggunakan sel induk.

Salah satu tantangan dalam menciptakan apa yang disebut embrio sintetis ini adalah menghasilkan semua jenis sel yang biasanya ditemukan pada embrio muda sebelum ditanamkan ke dalam dinding rahim. Beberapa dari sel-sel ini akhirnya membentuk plasenta. Yang lainnya menjadi kantung ketuban tempat janin tumbuh. Baik plasenta maupun kantung ketuban sangat penting untuk kelangsungan hidup janin, dan cacat pada komponen embrio ini merupakan penyebab utama keguguran dini.

Sekelompok ilmuwan dari Gladstone Institutes, Center for iPS Cell Research and Application (CiRA) dari Kyoto University, dan RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research di Kobe, Jepang, kini telah mendemonstrasikan keberadaan prekursor plasenta dan kantung ketuban. dalam embrio sintetis yang mereka buat dari sel induk tikus.

"Temuan kami memberikan bukti kuat bahwa sistem kami adalah model yang baik untuk mempelajari tahap awal pra-implantasi perkembangan embrio," kata Kiichiro Tomoda, PhD, peneliti penelitian di Pusat Penelitian Sel iPS yang baru dibuka di Gladstone dan penulis pertama studi yang diterbitkan dalam jurnal Stem Cell Reports . "Dengan menggunakan model ini, kami akan dapat membedah peristiwa molekuler yang terjadi selama tahap awal ini, dan sinyal yang dikirimkan sel embrio yang berbeda satu sama lain."

Pada akhirnya, pengetahuan ini dapat membantu para ilmuwan mengembangkan strategi untuk mengurangi ketidaksuburan karena perkembangan embrio awal yang salah.

Penemuan baru ini juga dapat menjelaskan sifat yang menentukan dari sel embrio paling awal yang sulit ditangkap di laboratorium: kemampuan mereka untuk menghasilkan semua jenis sel yang ditemukan dalam embrio dan, pada akhirnya, seluruh tubuh. Ilmuwan menyebut properti ini sebagai "totipotensi."

"Totipotensi adalah sifat yang sangat unik dan berumur pendek dari sel embrio awal," kata Cody Kime, PhD, peneliti di RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research dan penulis senior studi tersebut.

"Jauh lebih sulit untuk memanfaatkan di laboratorium daripada kemajemukan," tambahnya, mengacu pada kemampuan beberapa sel untuk menghasilkan beberapa - tetapi tidak semua - jenis sel. "Prospek yang sangat menarik dari pekerjaan kami adalah kemampuan untuk memahami bagaimana kami dapat memprogram ulang sel di lab untuk mencapai totipotensi."

Menumbuhkan Komponen Dasar Embrio Awal di Lab

Untuk menghasilkan embrio sintetis, para ilmuwan memulai dari sel induk berpotensi majemuk tikus yang biasanya hanya melahirkan janin - bukan plasenta atau kantung ketuban. Mereka dapat menumbuhkan sel-sel ini, yang disebut sel induk epiblast, dan memperbanyaknya tanpa batas di laboratorium.

Dalam penelitian sebelumnya, tim telah menemukan kombinasi nutrisi dan bahan kimia yang dapat membuat sel induk epiblast berkumpul menjadi struktur sel kecil yang sangat mirip dengan embrio pra-implantasi. Faktanya, struktur tersebut bahkan dapat mencapai tahap implantasi ketika dipindahkan ke tikus betina, meskipun mereka segera merosot.

"Ini berarti bahwa kami mungkin berhasil memprogram ulang sel epiblast untuk kembali ke tahap sebelumnya, ketika sel embrio bersifat totipoten, dan memberikan petunjuk tentang bagaimana kami dapat menghasilkan janin dan jaringan yang mendukung implantasinya," jelas Tomoda, yang merupakan juga seorang profesor asosiasi pusat penelitian khusus program di CiRA.

Untuk membangun pekerjaan itu dan lebih memahami proses pemrograman ulang, para ilmuwan membutuhkan resolusi molekuler. Dalam studi baru mereka, mereka beralih ke pengurutan RNA sel tunggal, teknik yang memungkinkan para ilmuwan mempelajari sel-sel individu berdasarkan gen yang mereka aktifkan atau nonaktifkan.

Setelah menganalisis ribuan sel individu yang diprogram ulang dari sel induk epiblast, dan menyaring data melalui analisis bertenaga komputer, mereka mengkonfirmasi bahwa, setelah 5 hari pemrograman ulang, beberapa sel sangat mirip dengan ketiga prekursor janin, plasenta, dan kantung ketuban. .

Selain itu, saat mereka tumbuh di laboratorium selama beberapa hari lagi, ketiga jenis sel tersebut menampilkan profil molekuler yang lebih berbeda dengan kemiripan yang mencolok dengan sel model embrionik asli. Ini sama seperti yang diharapkan selama pertumbuhan embrio normal, ketika ketiga jaringan memperoleh sifat fisik dan fungsi biologis yang berbeda.

"Analisis sekuensing RNA sel tunggal kami menegaskan kemunculan jenis sel dalam sistem embrio sintetis kami yang mengarah pada tiga komponen fundamental dari embrio mamalia awal," kata Kime. "Selain itu, ia mengungkap dengan sangat rinci gen dan jalur biologis yang terlibat dalam pengembangan prekursor ini dan pematangannya menjadi jaringan tertentu."

Pengetahuan ini memberikan latar belakang yang komprehensif untuk memahami mekanisme perkembangan awal embrio dan kemungkinan penyebab kegagalannya.

Untuk saat ini, para ilmuwan berencana untuk mencari cara untuk meningkatkan efisiensi proses pemrograman ulang mereka, sehingga dapat diandalkan untuk menghasilkan sejumlah besar embrio sintetik seperti pra-implantasi untuk studi lebih lanjut. Ini akan memungkinkan mereka melakukan eksperimen yang hingga kini tidak terpikirkan, seperti layar berskala besar untuk mutasi gen yang mengganggu embrio awal. Dan ini mungkin menjelaskan penyebab keguguran karena kegagalan embrio dini.

Mereka juga ingin lebih memahami langkah molekuler yang terlibat dalam pemrograman ulang. Secara khusus, mereka berencana untuk melihat lebih awal dari 5 hari ke dalam proses pemrograman ulang, dengan harapan dapat menunjukkan dengan tepat sel-sel totipoten pada asal mula embrio sintetis mereka.

"Penemuan bahwa kita dapat memprogram ulang sel untuk diadopsi sebelumnya, keadaan yang lebih berpotensi majemuk merevolusi biologi perkembangan 15 tahun yang lalu," kata Tomoda, mengacu pada penemuan sel induk berpotensi majemuk yang diinduksi oleh dia dan mentor Kime, Peraih Nobel Shinya Yamanaka.

"Dalam beberapa tahun terakhir, bidang embriologi sintetik yang memanfaatkan sel induk telah mengalami ledakan nyata," katanya. "Metode kami untuk menghasilkan embrio sintetis lebih sederhana daripada yang lain, dan cukup efisien. Kami pikir ini akan menjadi sumber daya yang bagus untuk banyak laboratorium."

Powered By NagaNews.Net