Ketika area patah tulang sangat luas atau kehilangan tulang terjadi dalam jumlah besar, pemulihan kerap sulit dicapai hanya dengan kemampuan penyembuhan alami tubuh. Kini, para peneliti mengembangkan biomaterial yang dapat menarik sel punca ke area cedera sekaligus membantu pembentukan tulang baru.
Salah satu temuan kunci dalam riset ini adalah peran ‘asam laktat’. Zat yang sering dikaitkan dengan rasa lelah pada otot setelah berolahraga itu, menurut tim peneliti, juga dapat mengirimkan sinyal yang terlibat dalam proses perubahan sel punca menjadi sel tulang.
CHA University College of Medicine dan Rumah Sakit Bundang CHA mengumumkan pada tanggal 31 bahwa Profesor Lee Soon-chul dari Departemen Ortopedi, profesor peneliti Kim Jung-in, serta tim peneliti yang dipimpin mahasiswa program doktor CHA University College of Medicine, Sipheshihle Kassandra Nonjola, telah mengembangkan scaffold regenerasi tulang yang tidak hanya mengarahkan sel punca ke area cedera, tetapi juga membantu pembentukan tulang.
Hasil penelitian ini lebih dulu dipublikasikan secara daring pada 24 Juni di jurnal internasional 〈Carbohydrate Polymers〉, dan akan dimuat dalam volume 388 yang terbit pada 15 September.
Melampaui ‘penopang’ tulang, juga menarik sel punca
Scaffold adalah semacam ‘landasan’ yang menopang agar jaringan yang rusak dapat tumbuh kembali. Dalam regenerasi tulang, scaffold menyediakan ruang bagi sel untuk menempel dan tumbuh sehingga dapat membentuk tulang baru.
Namun, ketika kehilangan tulang sangat besar, pemulihan memiliki keterbatasan jika hanya memasukkan struktur penopang. Diperlukan pula mekanisme agar sel punca pembentuk tulang berkumpul di area cedera, serta sinyal yang membantu sel tersebut benar-benar berubah menjadi sel tulang.
Tim peneliti menggabungkan kedua fungsi itu dalam satu scaffold.
Mereka membuat serat dari PCL, polimer biokompatibel, dan bahan berbasis selulosa, lalu melakukan perlakuan kimia agar kalsium laktat terbentuk di permukaannya. Dari sini, kalsium dan asam laktat yang dibutuhkan untuk pembentukan tulang dilepaskan.
Selain itu, mereka juga mengikat ‘SDF-1’, protein yang menarik sel punca ke area cedera. SDF-1 merupakan molekul sinyal yang membantu sel punca mesenkimal sumsum tulang bermigrasi ke lokasi yang rusak.
Dalam percobaan, SDF-1 dilepaskan relatif banyak pada fase awal dan terus dilepaskan hingga hari ke-28. Asam laktat dipasok secara bertahap, sedangkan kalsium dilepaskan dalam 7 hari. Artinya, scaffold ini dirancang untuk terlebih dahulu mengumpulkan sel punca ke area cedera, lalu membantu proses pembentukan tulang baru di lokasi tersebut.
Setelah diberi asam laktat, sinyal terkait diferensiasi sel tulang meningkat
Tim peneliti juga menelaah perubahan apa yang dipicu asam laktat di dalam sel punca.
Saat asam laktat diberikan pada sel punca mesenkimal sumsum tulang manusia, ekspresi reseptor bernama ‘OR5AN1’ meningkat. Sinyal kalsium yang masuk ke dalam sel serta penanda yang terkait diferensiasi sel tulang juga meningkat bersamaan.
OR5AN1 termasuk keluarga reseptor olfaktori. Reseptor olfaktori dikenal berperan mendeteksi bau di hidung, tetapi sebagian juga terdapat pada jaringan lain dan berfungsi menyampaikan sinyal ke sel.
Penelitian yang menunjukkan asam laktat membantu regenerasi tulang bukan kali ini saja. Studi hewan sebelumnya juga mengemukakan kemungkinan bahwa asam laktat dapat mendorong diferensiasi osteogenik sel punca dan pembentukan tulang melalui jalur reseptor olfaktori.
Dalam studi ini, tim peneliti memastikan bahwa ketika asam laktat diberikan pada sel punca sumsum tulang manusia, ekspresi OR5AN1, sinyal kalsium, dan indikator terkait diferensiasi osteogenik meningkat bersamaan. Selanjutnya, prinsip ini diterapkan pada scaffold regenerasi tulang yang menggabungkan protein pengarah sel punca dan kalsium laktat.
Diterapkan pada defek femur tikus⋯tulang baru terbentuk lebih banyak
Setelah uji sel, tim peneliti juga menguji scaffold baru pada model hewan dengan sebagian femur tikus yang dibuat mengalami kerusakan.
Pada kelompok yang menggunakan scaffold dengan kombinasi kalsium laktat dan SDF-1, tulang baru terbentuk lebih banyak dibanding kelompok pembanding. Pemeriksaan histologi dan pewarnaan imun juga menunjukkan pembentukan matriks tulang dan pematangan jaringan yang lebih aktif.
Namun, ini belum merupakan terapi yang dapat diterapkan pada pasien. Studi ini berada pada tahap verifikasi efek dan mekanisme kerja melalui uji sel menggunakan sel punca manusia serta model defek femur tikus. Untuk digunakan pada regenerasi tulang setelah patah tulang nyata, defek tulang besar, atau setelah operasi penggantian sendi, masih diperlukan penelitian tambahan pada manusia guna memastikan keamanan dan efektivitasnya.
Profesor Lee Soon-chul dari Departemen Ortopedi Rumah Sakit Bundang CHA mengatakan, “Maknanya terletak pada keberhasilan mewujudkan biomaterial yang bukan sekadar menopang tulang, melainkan mengumpulkan sel punca di area yang rusak dan mengarahkan agar sel tersebut membentuk tulang dengan sendirinya,” seraya menambahkan, “Ke depan, kami berharap ini dapat dimanfaatkan dalam berbagai terapi ortopedi seperti patah tulang, defek tulang, serta regenerasi tulang setelah operasi penggantian sendi.”
Penelitian ini juga diperkenalkan dalam ‘People Who Made Korea Shine (Hanbitsa)’ dari Biological Research Information Center (BRIC).
