Sepasang Mata Tumbuh dari 'Otak Mini' yang Diciptakan di Laboratorium

Otak mini yang ditumbuhkan dari sel-sel punca di dalam sebuah laboratorium telah secara spontan mengembangkan struktur mata yang belum sempurna. Dalam sebuah makalah laporan yang menarik, para peneliti melaporkan perkembangan tersebut.

Dalam eskperimen ini, para peneliti mengambil sejumlah organoid otak kecil dari manusia yang kemudian mereka tanam di piring-piring. Pada organoid tersebut, ada dua tonjolan optik simetris bilateral yang terlihat tumbuh.

Sepasang tonjolan berbentuk seperti mangkuk kecil yang disebut mangkuk optik itu tumbuh pada ratusan organoid dalam eksperimen ini. Mangkuk optik ini mencerminkan perkembangan struktur mata pada embrio manusia. Para peneliti mengatakan bahwa hasil yang luar biasa ini akan membantu kita untuk lebih memahami proses diferensiasi dan perkembangan mata, serta penyakit mata.

“Pekerjaan kami menyoroti kemampuan luar biasa dari organoid-organoid otak untuk menghasilkan struktur sensorik primitif yang peka terhadap cahaya dan menyimpan jenis-jenis sel serupa dengan yang ditemukan di dalam tubuh,” ujar Jay Gopalakrishnan, ahli saraf dari University Hospital Düsseldorf di Jerman.

"Organoid-organoid ini dapat membantu mempelajari interaksi otak-mata selama perkembangan embrio, memodelkan kelainan retina bawaan, dan menghasilkan jenis-jenis sel retina khusus pasien untuk pengujian obat yang dipersonalisasi dan terapi transplantasi," tutur Gopalakrishnan, seperti dilansir Science Alert.

Organoid otak bukanlah otak sesungguhnya, seperti yang mungkin Anda pikirkan. Mereka adalah struktur tiga dimensi kecil yang tumbuh dari sel-sel punca pluripoten yang diinduksi. Sel-sel ini diambil dari manusia dewasa dan kemudian direkayasa ulang menjadi sel-sel punca, yang memiliki potensi untuk tumbuh menjadi berbagai jenis jaringan.

Dalam eksperimen ini, sel-sel punca tersebut diusahakan untuk tumbuh menjadi gumpalan jaringan otak. "Otak mini" semacam ini digunakan untuk tujuan penelitian karena menggunakan otak hidup yang sebenarnya tidak mungkin dilakukan, atau paling tidak, secara etis akan rumit. Upaya penciptaan otak mini ini dilakukan dan digunakan untuk menguji respons obat, misalnya, atau mengamati perkembangan sel-sel di bawah kondisi buruk tertentu.

Untuk eskperimen kali ini, Gopalakrishnan dan rekan-rekannya berusaha mengamati perkembangan mata.

"Perkembangan mata adalah proses yang kompleks, dan memahaminya dapat memungkinkan mendasari dasar molekuler penyakit retina awal," tulis para peneliti dalam makalah laporan mereka.

"Jadi, sangat penting untuk mempelajari vesikel optik yang merupakan primordium mata yang ujung proksimalnya melekat pada otak depan, penting untuk pembentukan mata yang tepat," kata mereka dalam laporab yang telah terbit di jurnal Cell Stem Cell tersebut.

Penelitian sebelumnya dalam pengembangan organoid menunjukkan bukti tumbuhnya sel-sel retina, tetapi ini tidak mengembangkan struktur optik, sehingga tim mengubah protokol mereka. Mereka tidak berusaha memaksakan perkembangan sel-sel saraf murni pada tahap awal diferensiasi saraf, dan menambahkan retinol asetat ke media kultur sebagai bantuan untuk perkembangan mata.

Otak-otak mini mereka yang dirawat dengan hati-hati itu kemudian membentuk mangkuk-mangku optik setalah 30 hari dalam perkembangan, dengan struktur terlihat jelas pada 50 hari. Ini konsisten dengan waktu perkembangan mata pada embrio manusia, yang berarti organoid-organis ini dapat berguna untuk mempelajari seluk-beluk proses pembentukan mata.

Ada implikasi lain juga dari perubahan protokol kali ini. Tonjolan-tonjolan atau mangkuk-mangkuk optik yang terbentuk itu berisi jenis sel-sel retina yang berbeda, yang tersusun ke dalam jaringan saraf yang merespons cahaya. Bahkan, mangkuk-mangkuk ini juga berisi lensa dan jaringan kornea. Akhirnya, struktur-struktur itu menunjukkan konektivitas retina ke daerah jaringan otak tersebut.

"Di otak mamalia, serabut-serabut saraf sel-sel ganglion retina menjangkau untuk terhubung dengan target otak mereka, sebuah aspek yang belum pernah ditunjukkan dalam sistem in vitro," kata Gopalakrishnan. Dan itu ternyata dapat direproduksi.

Dari 314 organoid otak yang para peneliti tumbuhkan, 73 persen mengembangkan mangkuk-mangkuk optik. Tim berharap bisa mengembangkan strategi untuk menjaga struktur-struktur ini tetap layak pada skala waktu yang lebih lama untuk melakukan penelitian yang lebih mendalam dengan potensi besar, kata para peneliti.

“Organoid-organoid otak yang mengandung vesikel optik, yang menampilkan tipe-tipe sel saraf yang sangat terspesialisasi dapat dikembangkan. Ini membuka jalan untuk menghasilkan organoid-organoid yang dipersonalisasi dan lembaran-lembaran epitel pigmen retina untuk transplantasi,” tulis para peneliti dalam makalah mereka.

"Kami percaya bahwa [ini] adalah organoid-organoid generasi berikutnya yang membantu memodelkan retinopati yang muncul dari gangguan perkembangan saraf awal."