Potensi Regeneratif Terapi Sel Punca Mesenkimal Tali Pusat Manusia dan Hialuronan pada Tulang Rawan Sendi Domba Osteoartritis

Abstract

Osteoartritis (OA) atau radang sendi adalah salah satu penyakit degeneratif pada sendi yang paling banyak diderita oleh manusia usia tua. Salah satu pendekatan terbaru dalam terapi OA ialah terapi berbasis sel punca menggunakan jenis sel punca mesenkimal (mesenchymal stem cells, MSC). MSC juga dikenal dengan beberapa istilah, diantaranya mesenchymal stroma cell dan medicinal signaling cell. MSC memiliki beberapa kelebihan, di antaranya memiliki tingkat proliferasi sel yang tinggi secara in vitro serta memiliki potensi untuk berdiferensiasi menjadi sel-sel kardiogenik, adipogenik, kondrogenik, dan osteogenik. Secara in vivo, MSC lebih banyak berfungsi menghasilkan sekretori atau eksosom dalam melaksanakan perannya di berbagai proses biologis, seperti pada perlukaan, penyakit, atau inflamasi. Uji praklinis sel punca mesenkimal untuk terapi OA pada manusia memerlukan hewan model yang tepat agar efektivitas terapi dapat dievaluasi. Domba garut dapat digunakan sebagai hewan model OA dengan teknik menisektomi dan dimanfaatkan untuk evaluasi terapi menggunakan sel punca asal tali pusat manusia (human umbilical cord mesenchymal stem cells, hUCMSC).

Penelitian ini merupakan bagian dari penelitian payung dalam rangka uji praklinis hUCMSC pada domba. Penelitian bertujuan untuk menganalisis proses persembuhan sendi domba model OA yang mendapatkan terapi berupa injeksi hUCMSC secara intraartikular, melalui evaluasi perubahan makroskopis (Tahap 1) dan mikroskopis (Tahap 2) jaringan tulang rawan sendi, pemeriksaan kadar hormon estradiol dan optimasi metode analisis proteomik (Tahap 3), serta analisis anotasi protein fungsional (Tahap 4) dari hasil proteomik cairan sinovial sendi domba. Penelitian telah mendapat persetujuan dari komisi etik hewan FKH IPB, menggunakan 12 ekor domba betina dewasa, dan dikelompokkan ke dalam empat kelompok hewan dengan lima kelompok pengamatan, yaitu kelompok kontrol yang terdiri atas pengamatan sendi normal (kaki kiri) dan OA (kaki kanan) hewan yang sendi tibiofemoralnya dilakukan menisektomi total pada meniskus lateralnya secara unilateral (kaki kanan), serta kelompok terapi yang mendapatkan perlakuan induksi OA yang sama dilanjutkan dengan terapi yang terdiri atas kelompok HA untuk terapi hialuronan (HA), kelompok hUCMSC untuk terapi sel punca mesenkimal tali pusat manusia, serta kelopok HA+hUCMSC yang mendapat terapi keduanya.

Hasil penelitian Tahap 1 menunjukkan pemodelan OA pada sendi domba dengan menisektomi memberikan gambaran kerusakan dan skor OA yang lebih tinggi secara nyata dibandingkan dengan kelompok sendi normal. Efektivitas terapi menunjukkan perlakuan hUCMSC dan HA+hUCMSC mengalami perbaikan meski secara statitistik tidak berbeda.

Hasil penelitian Tahap 2 menunjukkan morfologi umum kerusakan tulang rawan pada pemodelan OA dengan menisektomi, dengan kerusakan terparah terjadi pada kelompok OA. Distribusi proteoglikan serta jaringan ikat kolagen menunjukkan penurunan intensitas pada kelompok OA dan peningkatan intensitas pada kelompok hUCMSC dan HA+hUCMSC. Pemberian HA pada daerah femoral trochlear groove menunjukkan efek protektif yang dilihat dari morfologi umum dan distribusi proteoglikan dan jaringan ikat kolagen. Kolagen tipe I, sebagai marka kolagen pada tulang dan kulit, menunjukkan positif di daerah tulang subkondral pada kelompok HA+hUCMSC untuk daerah femoral condyle dan kelompok OA untuk daerah femoral trochlear groove. Kolagen tipe II, sebagai marka kolagen pada jaringan tulang rawan hialin sendi, menunjukkan positif pada kelompok hUCMSC pada daerah femoral condyle dan pada kelompok OA dan hUCMSC pada daerah femoral trochlear groove, yang menunjukkan aktivitas sel kondrosit baik pada kondisi degenerasi (pada kelompok OA) maupun regenerasi (pada kelompok hUCMSC). Kolagen tipe X, sebagai marka kondisi hipertrofi sel-sel kondrosit, menunjukkan positif pada kelompok HA pada daerah femoral condyle. Kondisi hipertrofi merupakan indikasi proses degenerasi pada jaringan tulang rawan dan indikasi perubahan dari tulang rawan tipe hialin ke tipe fibroelastik, yang selanjutnya mengindikasikan bahwa perlakuan HA memiliki efek negatif di samping efek positif terapi.

Hasil penelitian Tahap 3 memastikan rataan kadar estradiol cairan sinovial sendi antarkelompok perlakuan tidak berbeda dan tidak memengaruhi evaluasi proses regenerasi tulang rawan antar kelompok perlakuan. Optimasi metode deplesi dengan penukar ion, digesi in-solution, preparasi peptida dengan metode filter-aided sample preparation, serta fraksinasi dengan ultra performance liquid chromatography menunjukkan jumlah protein teridentifikasi paling banyak dibanding metode yang lain. Protein-protein yang terkarakterisasi menunjukkan kesesuaian dengan jenis protein-protein yang pernah dilaporkan oleh para peneliti sebelumnya.

Hasil penelitian Tahap 4 menunjukkan protein-protein yang terkarakterisasi sebagian besar merupakan protein ekstraseluler, produk sekreta, dan berperan dalam sinyal. Fungsi molekuler dan proses biologis menunjukkan efektivitas terapi hUCMSC berupa peningkatan protein-protein yang terlibat dalam ikatan ion kalsium dan ikatan heparin, sementara itu efek positif pemberian HA pada kelompok HA+hUCMSC ialah berupa peningkatan aktivitas penghambatan endopeptidase tipe-serin, ikatan proteoglikan heparan sulfat, proses metabolik hialuronan, dan fibrinolisis. Analisis jalur mekanisme (pathway) menunjukkan jalur kaskade komplemen dan koagulasi merupakan jalur mekanisme yang paling dominan pada cairan sendi domba penelitian.

Secara keseluruhan, induksi OA dengan menisektomi menunjukkan derajat kerusakan tulang rawan yang bisa digunakan sebagai model kerusakan pada OA. Perlakuan HA+hUCMSC menunjukkan efektivitas regenerasi paling baik dibandingkan dengan kelompok terapi yang lain, baik ditinjau dari gambaran makroskopis dan mikroskopis jaringan tulang rawan sendi, maupun analisis proteomik cairan sinovial sendi.