Organoid tumbuh dari cairan ketuban

Organoid ginjal terbuat dari sel ketuban Kredit: Giuseppe Calà, Paolo De Coppi dan Mattia Gerli

Sel yang diambil dari cairan di sekitar janin yang sedang tumbuh digunakan untuk membuat organoid, kumpulan sel 3D yang meniru jaringan. Organoid ini dapat membantu peneliti memahami penyakit yang berkembang pada janin selama kehamilan.

Para peneliti menumbuhkan organoid dari sel paru-paru, ginjal, dan usus kecil yang dituangkan ke dalam cairan ketuban yang dikumpulkan dari 12 kehamilan antara usia kehamilan 16 dan 34 minggu. Ini adalah pertama kalinya organoid ditumbuhkan langsung dari sel yang diambil dari kehamilan yang sedang berlangsung, kata Mattia Gerli, ahli biologi sel induk di University College London dan salah satu penulis studi tersebut, yang diterbitkan di Nature Medicine1.

Sekitar 13.000 bayi di Inggris lahir dengan setidaknya satu kelainan bawaan pada tahun 2020 dari hampir 600.000 kelahiran. Para penulis berharap bahwa organoid suatu hari nanti dapat memberikan informasi tentang bagaimana kondisi bawaan berkembang, dan di masa depan bahkan dapat digunakan untuk mempersonalisasi pengobatan untuk masing-masing janin.

Organoid biasanya ditumbuhkan dari sel yang diambil dari biopsi, yang kemudian diprogram menjadi sel induk berpotensi majemuk terinduksi, yaitu sel matang yang diprogram ulang untuk berdiferensiasi menjadi jenis sel apa pun. Teknik ini dapat membuat struktur yang kompleks, namun membutuhkan waktu yang lama. Banyak jenis jaringan kini telah dipelajari menggunakan organoid, termasuk otak, jantung, dan retina. Organoid digunakan untuk memodelkan bagaimana fungsi jaringan dan bereaksi dalam menanggapi obat-obatan dan penyakit.

Namun memodelkan jaringan janin dengan cara ini masih merupakan tantangan karena para ilmuwan memiliki akses terbatas terhadap sel-sel yang diperlukan. Salah satu kemungkinannya adalah penggunaan jaringan yang diambil dari kehamilan yang dihentikan, namun hal ini terbatas pada tahap awal kehamilan dan disertai dengan masalah etika. Dalam studi terbaru, para peneliti malah menggunakan cairan ketuban sebagai sumber sel hidup yang dikeluarkan saat cairan mengelilingi dan mendukung pertumbuhan janin. Hal ini memungkinkan para peneliti untuk mempelajari jaringan janin pada tahap perkembangan selanjutnya.

Ekstraksi cairan

Sampel diperoleh dengan amniosentesis – yang melibatkan memasukkan jarum ke dalam rahim dan mengeluarkan cairan ketuban dan biasanya dilakukan hingga usia kehamilan 20 minggu – atau dengan menguras cairan ketuban untuk menghilangkan kelebihan cairan hingga usia kehamilan 34 minggu. Ini adalah prosedur standar selama perawatan prenatal, jadi “ini memberi kita kemampuan untuk mengumpulkan cairan ketuban tanpa prosedur lebih lanjut,” kata rekan penulis studi Paolo De Coppi, seorang ahli bedah anak di Great Ormond Street Hospital di London. Semua sampel diambil dari orang-orang yang menjalani prosedur apa pun yang independen dari penelitian.

Para ilmuwan pertama-tama mengisolasi sel-sel individual dari sampel dan mengkarakterisasi asal usulnya. Sebagian besar berasal dari lapisan epitel—lapisan sel yang menutupi permukaan organ. Sel-sel epitel “berhubungan dan berkumpul secara alami,” menjadikannya ideal untuk pembentukan organoid, kata Benoit Bruneau, peneliti penyakit jantung anak di Institut Penyakit Kardiovaskular Gladstone di San Francisco, California. “Banyak penyakit bawaan melibatkan jaringan epitel,” kata Gerli, sehingga organoid yang dihasilkan relevan untuk mempelajari kondisi tersebut.

Tim mengembangkan organoid dari tiga organ – usus kecil, ginjal, dan paru-paru. Sel dipindahkan ke media gel untuk berkembang biak dan tumbuh. Setiap organoid mengekspresikan gen dan protein dari organ asalnya.

Selain organoid jaringan, para peneliti juga memodelkan hernia diafragma kongenital (CDH), suatu kelainan di mana diafragma tidak berkembang dengan baik, dengan menggunakan sel dari sampel yang terkena kelainan tersebut.

Berbeda dengan organoid yang terbuat dari sel induk berpotensi majemuk, sel cairan ketuban sudah memiliki identitas organ. “Tidak ada pemrograman ulang, tidak ada manipulasi,” kata Gerli, “kami hanya membiarkan sel mengekspresikan potensinya.” Hal ini membuat lamaran di klinik di masa depan menjadi lebih mudah, tambahnya. Teknik yang relatif sederhana juga telah mengurangi waktu yang dibutuhkan untuk menumbuhkan organoid menjadi hanya empat hingga enam minggu, dari lima hingga sembilan bulan yang biasanya dibutuhkan dengan menggunakan sel induk.

Kemungkinan di masa depan

Penelitian ini belum siap untuk dipindahkan ke klinik, kata penulis. Organoid yang dihasilkan dari amniosentesis diharapkan dapat digunakan untuk menguji pengobatan. Saat ini, hanya jaringan epitel dari tiga organ yang berhasil ditumbuhkan menjadi organoid dengan menggunakan teknik ini. Kelainan bawaan yang lebih kompleks cenderung mempengaruhi beberapa lapisan jaringan, seperti sel mesenkim, jenis sel lain yang ditemukan di beberapa organ. Dan mungkin tidak mungkin menggunakan metode ini untuk memodelkan organ yang tidak melepaskan sel ke dalam cairan ketuban, seperti otak atau jantung, kata Bruneau, yang mempelajari cacat lahir paling umum – cacat jantung.

“Pertanyaannya adalah, seberapa akurat organoid ini mengungkap dasar penyakit, dan seberapa bermanfaatnya tidak hanya untuk pemodelan tetapi juga untuk pengujian obat?” kata Bruneau. Kemampuan mereka harus dibandingkan dengan organoid yang diperoleh dari biopsi atau sel induk berpotensi majemuk dalam hal tingkat sensitivitas terhadap obat, kata Núria Montserrat, yang mempelajari regenerasi organ di Bioengineering Institute of Catalonia di Barcelona, ​​​​Spanyol.

Gerli mengatakan langkah selanjutnya adalah menguji kemampuan organoid CDH untuk memodelkan penyakit. Perbandingan dengan data pasien akan diperlukan untuk menentukan bagaimana karakteristik penyakit tercermin dalam ekspresi gen dan protein organoid. Ini akan mulai menjawab pertanyaan tentang kegunaannya. “Kami berharap ini akan membuka penelitian lebih lanjut oleh kami dan pihak lain,” kata De Coppi.