TINJAUAN KEPUSTAKAAN
Penggunaan
Human Mesenchymal Stem Cells
untuk Perbaikan Tulang Rawan Sendi
pada Osteoarthritis
telaah literatur
Adiwirawan Mardjuadi, Rheumatologist
Medika Reuma Klinik Jakarta, Indonesia
PENDAHULUAN
OA (Osteoarthritis ) adalah penyakit sendi yang paling
banyak dijumpai dan merupakan penyebab sakit, nyeri dan
disabilitas dengan frekuensi 15-40 % untuk usia 40-50 tahun
dan lebih dari 80% menjelang usia 70 tahun
(1)
. Tulang rawan
sendi yang baik dengan lubrikasi normal penting sekali untuk
mempertahankan fungsi dari sendi. Studi epidemilogi
melaporkan bahwa kelainan radiografik yang timbul pada OA
lutut tidak selalu paralel dengan keluhan penderitanya terutama
sebelum usia 45 tahun, kecuali setelah usia 65 tahun (grafik
1).
(2)
PATOGENESIS
OA perdefinisi adalah destruksi tulang rawan sendi /
articular cartilage (chondrolysis) sebagian akibat kegagalan
khondrosit untuk mempertahankan keseimbangan normal
antara sintesis dan degradasi matriks sehingga terjadi edema di
subchondral dan timbul hipertrofi tulang rawan/osteofit dan
akhirnya reaksi radang sinovial. Telah diketahui bahwa
khondrosit artikular yang avaskular merupakan satu-satunya sel
yang ada di sendi dan mempunyai kapasitas untuk mensintesis,
mengorganisasi dan mengatur komposisi matrik sekitarnya
secara baik dan efisien.
(2)
Teori anabolisme dan katabolisme
diperkuat dengan low synthesis dan high degradation cartilage
dapat menerangkan terjadinya OA. Marker untuk
sintesis/anabolisme kartilago yaitu collagen type II A
meningkat di sendi OA pada stadium dini tapi menurun di
serum; sedangkan Type II C telopeptide merupakan marker
degradasi / katabolisme.
(3)
Proses patogenesis OA dijelaskan dalam 4 stadia (gambar
1-4).
Gb 1. Tulang rawan sendi normal. Khondrosit normalnya dikelilingi oleh
ruangan yang kaya akan protein adhesion dan adhesines
(fibronectine, collagene mineur seperti typeIX, collagen VI,
tenascine) Ruangan periseluler membatasi khondrosit dengan
matrix extraselular. matrix extraselular yang essensial terdiri dari
rantai-rantai fibre collagen type II yang terbenam di dalam
proteoglycanes yang kaya akan bahan untuk lubrikasi.Collagen
type II bersama-sama proteoglycan diperkuat oleh protein
lainnya seperti collagen type IX dan fibromoduline. bekerja
menstabilisasi struktur tulang rawan
(4)
Cermin Dunia Kedokteran No. 153, 2006
33
Gb. 2. Melukiskan adanya imbalans/ketidak seimbangan antara sintesis
dan katabolisme pada proses terjadinya OA Proses anabolik
dimotori oleh stimulasi pembentukan collagen type II, proteoglygan
dan enzim inhibitor terhadap TGFB sedangkan di sisi lainnya proses
katabolisme terjadi dengan pelepasan sitokin proinflamasi seperti
IL-1 dan TNF alpha yang dihasilkan oleh autokrin dari khondrosit..
Sitokin tersebut memproduksi enzim-enzim untuk memecah
komponen matriks collagen type II dan agrecane serta fibronectine
menjadi fragmen-fragmen dari fibronectine.
(4)
Gb. 3. Khondrosit juga mensekresi plasmin, plasminogen aktivator (UPA),
terutama MMP (metalloproteases) yang selanjutnya mensekresi
stromelysine, agrecanase, collagenase dan gelatinase. yang berfungsi
memecah/degradasi matriks makromolekul. MMP pada keadaan
normal dikontrol oleh inhibitor spesifik TIMP. Proses katabolisme
ini mestimulasi sintesis matriks seperti proteoglycans yang pada
mulanya berhasil meningkat/anabolik, akhirnya mengalami
kemunduran/insufisien untuk mengimbangi katabolisme
tersebut.(circle vitiosus).
(4)
PENGOBATAN DAN PERANAN STEM CELLS
Pengobatan OA menggunakan NSAID, Coxib,
Glukosamin, Khondroitin sulfat, Asam Hyaluronat Intra
Artikular
(5)
serta pengurangan berat badan, latihan sendi dan
fisioterapi. Pada kasus berat kadang-kadang perlu operasi
koreksi dan penggantian sendi.
Belakangan ini selain pengobatan dengan apa yang disebut
autolog chondrocyte transplant juga dikembangkan tissue
engineering of articular cartilage dengan menggunakan
multipotential human adult mesenchymal stem cells (hMSCs)
sebagai sumber sel kandidat untuk pembentukan khondrosit.
HMSCs terdapat di sumsum tulang dan jaringan lain seperti
periosteum dan perichondrium yang dapat berdiferensiasi
menjadi human chondrocyte in vivo dan in vitro. HMSCs
berdiferensiasi menjadi multipotential mesenchymal lineage
antara lain, tulang, otot, ligamen, tendon, adiposa dan marrow.
Oleh karena itu hHMSCs setelah diisolasi, ekspansi,
purifikasi dan dimanipulasi secara genetik cocok digunakan
sebagai khondrosit yang mature dalam proses cell-based
cartilage repair. Peranan khondrosit sangat vital dalam
pengobatan OA.
(6)
Gb. 4. Fase kongestif pada tulang subchondral, akhirnya dapat
menimbulkan jaringan sikatrik yang ireversibel. Merupakan akibat
dari berlanjutnya proses tersebut di atas sehingga kerusakan
jaringan rawan sendi berlanjut, edema subkhondral dan reaksi
pembentukan osteofit sebagai respon tulang subkhondral atas
inflamasi melalui osteoblast.
(4)
Gb. 5. Daun telinga kelinci setelah berbagai perlakuan
Cermin Dunia Kedokteran No. 153, 2006
34
Gambar 5 memperlihatkan sel khondrosit normal mampu
mengkoreksi konsentrasi proteoglikan dan mengembalikan
fungsi seperti semula pada percobaan kelinci. Daun telinga
kelinci yang disuntik dengan enzim chymopapain menjadi
kolaps 4 hari kemudian; kembali tegak 5 hari berikutnya
setelah penyuntikan khondrosit.
(7)
Demikian pula penyuntikan
intraartikular ke dalam lutut kelinci menyebabkan penyusutan
kadar proteoglikan 50 % di ruang sendi dan kembali seperti
sebelumnya setelah 2-3 minggu. Jelas peranan dari keutuhan
sel khondrosit sangat penting, tetapi regulasinya hingga kini
belum diketahui.
(7)
Ada hubungan antara human chondrocyte senescence
dengan pertambahan usia dan peningkatan timbulnya OA
(9)
sejajar dengan umur khondrosit donor, dan pemendekan ini
berhubungan dengan perubahan di fenotip asosiasi dengan cell
senescence expression dari SA beta Gal, enzim petanda
keuzuran (senescence) dan aktivitas mitosis yang diukur
dengan inkorporasi H3thymidin. Ternyata studi tersebut tidak
memberikan kesimpulan bahwa cell senescence yang
menyebabkan peningkatan risiko OA, akan tetapi menurunnya
kapabilitas khondrosit untuk mempertahankan fungsi articular
cartilage tersebut sehubungan dengan bertambahnya usia.
(9)
Ada 3 tipe cell senescence yaitu cell senescence
(irreversible growth arrest accompanied by loss of phenotype),
replicate senescence (Hayflick limit, in vitro after certain
doublings) dan progressive senescence (decline of proliferative
activity and loss of differentiated phenotype)
(8)
. OA adalah
pre-senescence yang diumpamakan sebagai penyakit
Alzheimer dari khondrosit.
(9)
Oshima Y et al. melaporkan perangai transplantasi bone
marrow derived mesenchymal cells yang mengandung
mesenchymal stem cells (MSCs) berasal dari tikus transgenik.
MSCs tikus transgenik yang telah dikultur (hanging drop
culture), setelah difiksasi dengan fibrin glue ditranplantasi ke
tikus liar. Setelah 24 minggu terjadi reparasi/perbaikan defek
dan subkhondral. Adanya sel GFP positif mengindikasi
berhasilnya tranplantasi setelah diobservasi selama 24 minggu.
Sel GFP positif ternyata jumlahnya menurun dengan waktu.
GFP tidak menimbulkan imunoreaksi, juga bisa dianggap
sebagai transplantasi autolog dengan survivability yang nyata.
Hasil ini diharapkan bisa digunakan sebagai tissue engineering
dalam proses regenerasi defek osteokhondral menggunakan
original hyalin cartilage dan tulang subkhondral.
(11)
Kemajuan peranan cartilage tissue engineering dari
hMSCs untuk pengobatan OA mendapat titik terang dengan
ditemukannya Scrapie Responsive Gene 1 (SCRG 1) gene
(11)
.
Observasi mikroskopis sering menunjukkan reparasi cartilage
yang heterogen dan tidak akurat pada OA sehingga selain
pembentukan cartilage sering berlanjut ke arah hipertropi.
Telah diketahui bahwa setelah high tibial valgus osteotomy
degenarasi pada OA dapat memperbaiki/regenerasi sendiri.
Reaksi reparatif ini menunjukkan bahwa khondrosit artikular
dapat mensekresi factor bioaktif yang dapat menginduksi
pembentukkan articular cartilage yang berasal dari sel
progenitor termasuk hMSCs. Proses ini juga bisa terjadi pada
OA. Berdasarkan ide tersebut maka dilakukan cDNA
microarray analysis untuk mengidentifikasi gen yang mampu
mengekspresikan secara bermakna terutama di articular
cartilage dan mengencode sekresi SCRG 1.
(12)
Dengan bantuan RT-PCR terlihat bahwa articular
cartilage dan sumsum tulang mengekpresikan SCRG 1 secara
bermakna dibandingkan dengan jaringan otak dan jantung.
SCRG 1 merupakan salah satu gen spesifik yang memenuhi
kriteria untuk pembentukan articular cartilage secara in vitro.
Ekspresi SCRG 1 tergantung dari deksametason (Dex)
pada saat khondrogenesis in vitro. Telah diketahui sebelumnya
bahwa Dex dapat menginduksi hMSCs in vitro untuk
berdiferensiasi menjadi osteoblast, myoblast dan adipocytes.
Secara klinis penggunaan Dex pada OA dapat memperburuk
/mempercepat degradasi kartilago. Efek samping tersebut dapat
dihambat dengan aplikasi Dex melalui ekspresi SCRG1 untuk
stimulasi khondrogenesis sebagai rekayasa jaringan articular
cartilage.
(12)
MSC engineering dapat memberikan hasil yang lebih baik.
Beberapa problem yang harus dibahas adalah mengenai biologi,
survival dan kapasitas MSCs mempopulasikan ke jaringan host,
juga efektifitas MSCs topikal dibandingkan dengan MSCs
sistemik.
(12)
KESIMPULAN
Selain pengobatan konvensional dan pembedahan,
transplantasi khondrosit autolog disertai hMSCs untuk
regenerasi khondrosit diharapkan berperanan penting dalam
pengobatan OA di masa mendatang.
Email penulis: reuma@cbn.net.id
KEPUSTAKAAN
1.
Bandt de Michel, Donnees epidemiologiques. Dalam : Arthrose, La prise
en charge global. Labo. Pharmascience, hal. 6.
2.
Dequeker J. Epidemiologie. Dalam : Osteoartrose, hal. 17.
3.
Sandell LJ. Is there a Role for Anabolism in Osteoarthritis. ACR Annual
Meeting. San Diego, Nov 12-17, 2005.
4. Amor Bernart. Vie, survie et mort du cartilage au cours de l"arthrose:
poits d'impact therapeutiques. Dalam : La gonarthrose. Pathology
Science, Paris: John Libbey 1999, hal. 43-58.
5. Gerard D, Brocq O, Roux CH et al. Intra-articular injection of hyaluronic
acid (Durolane) for hip osteoarthritis: an open study. Presented at
EULAR, Berlin, June 2004.
6. Bradley J, Johnson D. Dalam: Lecture Note on Molecular Medicine.
Stolz JF (ed.) Blackwell Science, 2
nd
ed., 2002. hal. 90-9.
7. Altman RD, Luescher. Osteoarthritis: is there potential for
condroprotective therapy. In vitro & in vivo studies. Eular Publ., Basel,
Switzerland 1991, hal. 10-2.
8. Aigner T. Osteoarthritis - derangement of matrix and cells. ACR Annual
Meeting, San Diego, Nov 12-17, 2005.
9. Martin JA, Buckwalter JA. Human chondrocyte senescence and
osteoarthritis, Biorheology 39, 2002. 145-52 dikutip dari Mechano
biology: Cartilage and Chondrocyte Vol.2. 2004
10. Yasushi O et al. Behavior of Transplanted Bone Marrow-derived GFP
Mesenchymal Cells in Osteochondral Defect as a Stimulation of
Autologous Transplantion ..J.Histochem Cytochem 2005; 53: 207-216,
11. Ochi K et al. A predominantly articular cartilage-associated gene SCRG1
is induced by glucocorticoid and stimulates chondrogenesis in vitro.
Osteoarthritis and Cartilage 2006 ;14 : 30-38.
12 Pountos I et al. Growing Bone and Cartilage : The role of mesenchymal
stem cells. J.Bone Joint Surg . April 1, 2006 : 421-426
Cermin Dunia Kedokteran No. 153, 2006
35