Mekanisme otak dalam memperbaiki cedera akibat trauma atau penyakit degeneratif belum diketahui secara detail. Kini, sebuah penelitian yang dilakukan oleh Universitas Barcelona menjelaskan strategi baru berdasarkan terapi sel induk yang dapat meningkatkan regenerasi saraf dan neuroplastisitas ketika organ vital ini rusak. Hasilnya mengungkapkan bahwa penggunaan faktor neurotropik yang diturunkan dari otak (BDNF), dikombinasikan dengan terapi sel berbasis sel induk, dapat membantu pengobatan penyakit neurodegeneratif atau cedera otak.
Penelitian yang dipublikasikan di Jurnal Internasional Ilmu Molekuler dipimpin oleh Profesor Daniel Tornero dan peneliti Alba Ortega, dari Fakultas Kedokteran dan Ilmu Kesehatan dan Institut Ilmu Saraf Universitas Barcelona (UBneuro). Kajian ini melibatkan partisipasi yang menentukan dari sekelompok mahasiswa UB yang dianugerahi salah satu medali emas dalam kompetisi biologi sintetik internasional iGEM 2024, kompetisi biologi sintetik internasional terpenting bagi peneliti muda.
Menggabungkan terapi sel dengan produksi BDNF
BDNF adalah protein yang disintesis terutama di otak dan memainkan peran penting dalam perkembangan saraf dan plastisitas sinaptik. Beberapa penelitian telah menggambarkan potensinya untuk meningkatkan kelangsungan hidup dan pertumbuhan saraf, temuan yang kini diperluas oleh studi baru ini.
“Temuan ini menunjukkan bahwa BDNF dapat mendorong pematangan dan meningkatkan aktivitas neuron yang dihasilkan di laboratorium dari sel kulit donor. Sel kulit pertama-tama harus diprogram ulang untuk menjadi sel induk berpotensi majemuk terinduksi (iPSCs), dan kemudian dibedakan untuk mendapatkan kultur saraf,” kata Daniel Tornero, dari Departemen Biomedis UB dan Area CIBER untuk Penyakit Neurodegeneratif (CIBERNED).
Dengan cara ini, penelitian ini menggabungkan terapi sel dengan produksi BDNF dalam sel yang sama. Studi ini menegaskan efek menguntungkan dari faktor pertumbuhan ini dalam kultur saraf yang berasal dari sel induk manusia, sel yang sama yang digunakan dalam terapi sel untuk mengobati, misalnya stroke pada model hewan.
“Strategi ini diterapkan pada tingkat eksperimental untuk merancang terapi sel dan menghasilkan model laboratorium untuk membantu mempelajari penyakit otak,” kata Tornero. Ketika sel-sel progenitor saraf (NPC) ini dimodifikasi untuk terus mengekspresi protein BDNF secara berlebihan, “kita memperoleh kultur saraf yang lebih matang dan aktif, tanpa mengubah organisasi normal koneksi atau jaringan fungsionalnya,” jelas peneliti Alba Ortega.
Studi ini berfokus pada aspek yang lebih fungsional dari regenerasi saraf, seperti aktivitas saraf dan pembentukan akson, yang terlibat langsung dalam integrasi sel yang ditransplantasikan ke otak.
“Selain itu, sel-sel yang memproduksi BDNF mampu menarik akson – perluasan yang memungkinkan komunikasi antar neuron – dengan lebih efisien. Efek tarik-kemo ini akan terkait dengan produksi faktor ini,” kata peneliti.
Kemampuan BDNF untuk menarik akson yang sedang tumbuh telah dijelaskan sebelumnya. Kini, tim menunjukkan efek ini untuk pertama kalinya pada neuron yang berasal dari sel induk manusia menggunakan sistem chip mikrofluida. Teknologi inovatif ini – dengan dua ruang yang mengisolasi populasi neuron dengan atau tanpa kemampuan menghasilkan BDNF – memungkinkan pertumbuhan populasi neuron yang berkomunikasi melalui saluran kecil dan dengan demikian mengamati dengan tepat bagaimana mereka berinteraksi satu sama lain.
“Sel yang memproduksi BDNF menghasilkan gradien konsentrasi di saluran ini, yang kami yakini memandu dan memfasilitasi pembentukan proyeksi saraf ke arah tertentu,” kata siswa Santiago Ramos, mewakili kelompok siswa yang telah menyumbangkan perspektif inovatif pada desain konseptual dan eksperimental penelitian ini.
Melengkapi kemampuan alami otak untuk meregenerasi dirinya sendiri
Penyakit neurodegeneratif dan cedera saraf, yang semakin sering terjadi pada masyarakat, merupakan salah satu tantangan utama bagi sistem layanan kesehatan. Karena kapasitas regeneratif endogen otak manusia sangat terbatas, lesi hanya pulih sebagian dan pasien yang terkena sering kali mengalami gejala sisa motorik dan kognitif. Dalam konteks ini, terdapat kebutuhan mendesak untuk merancang strategi yang melengkapi mekanisme otak endogen ini dengan terapi berbasis sel induk manusia untuk mendorong perbaikan saraf, integrasi fungsional, dan pemulihan yang lebih efisien.
Dalam hal ini, tim berencana untuk mentransfer hasil ini ke model hewan, sebuah penelitian yang dikembangkan selama beberapa waktu di laboratorium ini untuk meningkatkan terapi sel induk manusia pada lesi stroke iskemik yang mempengaruhi korteks serebral.
Penerapan kemajuan praklinis pada pasien akan menandai titik balik dalam pengobatan banyak penyakit neurodegeneratif. Namun, masih banyak kendala dalam penerapan terapi berbasis sel induk dan menghindari potensi efek samping (tumor, dll.). Beberapa uji klinis internasional berdasarkan transplantasi sel induk untuk pengobatan pasien penyakit Parkinson (di Jepang, Swedia dan Amerika Serikat) menunjukkan hasil yang menjanjikan.
“Meskipun ada banyak tantangan, kemajuan dalam uji klinis Parkinson menunjukkan bahwa kita semakin dekat untuk menerapkan terapi ini dengan aman pada pasien stroke atau penyakit neurodegeneratif lainnya,” para ahli menyimpulkan.
Artikel referensi:
Ortega-Gasco, Alba dkk. “Ekspresi Berlebih BDNF Meningkatkan Aktivitas Neuronal dan Pertumbuhan Aksonal dalam Budaya Neural Berasal iPSC Manusia”, Jurnal Internasional Ilmu Molekuler, Juli 2025. DOI: 10.3390/ijms26157262
