Ilmuwan Kembangkan ‘Otak Mini Manusia’ dari Sel Induk

Para ilmuwan berhasil mengembangkan otak mini manusia pertama di sebuah laboratorium. Mereka mengatakan bahwa keberhasilan tersebut dapat membantu dalam memahami lebih dalam cara otak berkembang dan apa yang terjadi saat otak mengalami gangguan seperti skizofrenia dan autisme.

Para peneliti yang berbasis di Austria meneliti sel induk manusia dan menciptakan penemuan di laboratorium sehingga memungkinkan sel-sel tersebut berkembang menjadi ‘organoid otak’ - atau otak mini - yang terdiri dari beberapa bagian otak berbeda.

Ini merupakan pertama kalinya para ilmuwan berhasil membuat tiruan perkembangan jaringan otak dalam bentuk tiga dimensi.

Dengan menggunakan organoid, para ilmuwan kemudian dapat memproduksi sebuah model biologi mengenai berkembangnya mikrosefali, sebuah penyakit otak yang langka. Dengan teknik ini, di masa depan mereka dapat mengonstruksi gangguan kesehatan seperti autisme dan skizofrenia yang diderita jutaan orang di seluruh dunia.

“Penelitian ini menjanjikan sarana baru yang luar biasa untuk memahami penyebab gangguan-gangguan utama pada otak... serta untuk menguji perawatan medis yang dapat dilakukan,” ujar Paul Matthews, profesor bidang ilmu saraf (neurosains) klinis di Imperial College London, yang tidak terlibat dalam penelitian namun merasa terkesan dengan penelitian tersebut.

Zameel Cader, seorang konsultan ahli neurologi di Rumah Sakit John Radcliffe di Oxford, Inggris, menyebut hasil penelitian tersebut “mengagumkan dan luar biasa.” Ia mengatakan kesuksesan tersebut meningkatkan kemungkinan teknologi sel induk untuk memahami perkembangan otak dan mekanisme penyakit - dan untuk menemukan obat baru.

Meskipun awalnya berupa jaringan yang sederhana, otak manusia dengan cepat berkembang menjadi struktur biologis yang paling kompleks yang pernah diketahui. PPara ilmuwan masih belum mengetahui secara pasti bagaimana hal itu terjadi.

Inilah yang membuat para peneliti sangat kesulitan untuk memperoleh pemahaman tentang apa yang terjadi pada kebanyakan gangguan otak umum seperti depresi, skizofrenia, dan autisme, serta cara mengobatinya.

Mengembangkan sel induk
Untuk membuat jaringan otak, Juergen Knoblich dan Madeline Lancaster dari Institute of Molecular Biotechnology di Austria dan rekan peneliti dari Edinburgh University Human Genetics Unit di Inggris mulai meneliti sel induk manusia dan mengembangkannya dengan kombinasi nutrisi khusus yang dirancang untuk memanfaatkan kemampuan bawaan sel untuk berkembang menjadi struktur organ yang kompleks.

Mereka mengembangkan jaringan yang disebut dengan istilah neuroektodermis - lapisan sel pada embrio yang merupakan asal dari perkembangan semua komponen otak dan sistem saraf.

Fragmen-fragmen dari jaringan ini kemudian ditanamkan ke dalam sebuah perancah dan dimasukkan ke dalam bioreaktor yang berputar. Sistem ini menyalurkan oksigen dan nutrisi untuk membuat fragmen-fragmen tersebut berkembang menjadi organoid otak. 

Setelah sebulan, fragmen-fragmen tersebut mengubah dirinya menjadi struktur primitif yang mirip wilayah-wilayah otak yang berkembang, seperti retina, koroid pleksus, dan korteks otak besar, ujar para peneliti dalam sebuah perbincangan melalui telepon.

Pada usia dua bulan, organoid mencapai ukuran maksimum sekitar 4 milimeter, ujar para peneliti dalam sebuah laporan mengenai penelitian mereka yang dipublikasikan di jurnal Nature. 

Meskipun sangat kecil dan masih belum sama sekali menyerupai struktur mendetail otak sempurna manusia, organoid-organoid tersebut tersusun dari sel-sel saraf yang bisa ‘memercikkan listrik’ dan beberapa jenis jaringan saraf yang berbeda.

“Ini merupakan salah satu contoh ukuran tidak terlalu menjadi masalah,” ujar Knoblich kepada para wartawan.

“Sistem kami tidak disempurnakan untuk mengembangkan otak yang utuh dan hal itu sama sekali bukan tujuan kami. Tujuan utama kami adalah untuk menganalisis perkembangan (jaringan) otak manusia dan sebuah sistem model yang dapat kami gunakan untuk mentransfer pengetahuan dari model hewan ke model manusia.”

Sebagai bukti awal bagaimana otak mini tersebut dapat berguna untuk meneliti penyakit di masa depan, tim Knoblich dapat menggunakan organoid-organoid buatan mereka untuk mengonstruksi perkembangan mikrosefali, penyakit saraf langka yang membuat kepala penderitanya menjadi kecil, dan untuk mengidentifikasi apa penyebabnya.

Namun baik tim peneliti maupun para pakar lainnya mengakui bahwa hasil penelitian tersebut masih jauh dari pengembangan otak manusia yang berfungsi secara utuh di laboratorium.

“Otak manusia merupakan hal paling kompleks di alam semesta dan memiliki sejumlah koneksi dan interaksi yang amat rumit, baik antara subdivisinya yang sangat banyak dan tubuh pada umumnya,” ujar Dean Burnett, dosen bidang psikiatri di Cardiff University.

“Dengan mengatakan bahwa Anda dapat meniru cara kerja otak melalui jaringan yang ada di laboratorium sama saja seperti menciptakan sempoa dan mengatakan Anda dapat menggunakannya untuk menjalankan versi terbaru Microsoft Windows - ada hubungannya, namun kami masih jauh dari pengaplikasian semacam itu.”