Ilmuwan Menemukan Cara Regenerasi Tubuh Manusia

Dalam sebuah penelitian yang didasarkan pada penelitian sebelumnya yang mengidentifikasi makrofag yang penting untuk regenerasi di Axolotl atau Salamander yang sangat regeneratif, seorang ilmuwan telah mengidentifikasi sumber sel darah putih kritis ini di hati. Dengan memberi para ilmuwan tempat untuk mencari makrofag pro-regeneratif pada manusia, penemuan ini membawa sains selangkah lebih dekat ke kemampuan untuk meregenerasi jaringan dan organ yang hilang karena cedera atau penyakit.

Tanpa makrofag, yang merupakan bagian dari sistem kekebalan, regenerasi tidak terjadi. Alih-alih meregenerasi anggota tubuh, axolotl membentuk bekas luka di lokasi cedera, yang bertindak sebagai penghalang regenerasi, seperti yang terjadi pada mamalia seperti tikus atau manusia. Dalam hal kemampuan regenerasi, Godwin Assistant Professor di Mount Desert Island Biological Laboratory Bar Harbor, United States., telah mengubah salamander menjadi mamalia. Dalam studi lanjutan tahun 2017, ia menemukan hal yang sama terjadi pada jaringan jantung.

Sekarang, dalam sebuah penelitian yang didasarkan pada penelitian sebelumnya, Godwin telah mengidentifikasi asal makrofag pro-regeneratif di axolotl di hati. Dengan menyediakan tempat bagi ilmu pengetahuan untuk mencari makrofag pro-regeneratif pada hati manusia, bukan sumsum tulang, yang merupakan sumber sebagian besar makrofag manusia temuan ini membuka jalan bagi terapi pengobatan regeneratif pada manusia.

Meskipun prospek menumbuhkan kembali anggota tubuh manusia terlihat tidak realistis dalam jangka pendek karena kompleksitas anggota tubuh, terapi obat regeneratif berpotensi dapat digunakan dalam jangka pendek dalam pengobatan banyak penyakit di mana jaringan parut memainkan peran patologis, termasuk jantung, penyakit paru-paru dan ginjal, serta dalam pengobatan jaringan parut itu sendiri — misalnya, dalam kasus korban luka bakar.

“Dalam penelitian kami sebelumnya, kami menemukan bahwa penyembuhan tanpa bekas luka bergantung pada satu jenis sel, yaitu makrofag,” kata Godwin. “Temuan ini berarti kita memiliki jalan masuk. Jika axolotl dapat beregenerasi dengan memiliki satu jenis sel sebagai pelindungnya, maka mungkin kita dapat mencapai penyembuhan tanpa bekas luka pada manusia dengan mengisi tubuh kita dengan jenis sel pelindung yang setara, yang akan membuka kesempatan untuk regenerasi.”

Makalah tentang penelitian Godwin, berjudul “Identifikasi Hati Hematopoietik Dewasa Sebagai Reservoir Utama untuk Rekrutmen Makrofag Pro-regeneratif yang Diperlukan untuk Regenerasi Anggota Badan Salamander,” baru-baru ini diterbitkan dalam jurnal Frontiers in Cell and Developmental Biology, 22 September 2021.

Selain MDI Biology Lab, penelitian juga dilakukan di Australian Regenerative Medicine Institute (ARMI), yang sebelumnya terkait dengan Godwin, dan The Jackson Laboratory (JAX) di Bar Harbor, Maine. Laboratorium Biologi MDI dan ARMI memiliki perjanjian kemitraan untuk mempromosikan penelitian dan pendidikan tentang regenerasi dan pengembangan terapi baru untuk meningkatkan kesehatan manusia.

Peran perbaikan bebas luka

Penelitian itu akan berkisar pada studi jaringan parut, atau fibrosis, yang pada mamalia dewasa menghambat regenerasi melalui efeknya pada fungsi dan integritas jaringan.

Meskipun masih melihat apakah dapat mencapai penyembuhan tanpa bekas luka pada mamalia, proses lain mungkin juga dapat terjadi – kata Godwin dengan percaya diri. Karena mamalia sudah memiliki mesin untuk regenerasi, tikus muda dapat beregenerasi, seperti halnya bayi manusia yang baru lahir, regenerasi mamalia mungkin hanya masalah menghilangkan penghalang yang ditimbulkan oleh jaringan parut.

“Pada axolotl, makrofag bertindak sebagai rem pada fibrosis, atau jaringan parut,” katanya. “Manusia mungkin memiliki makrofag yang berusaha sekuat tenaga untuk memperbaiki kerusakan, tetapi ditahan. Jika kita dapat merekayasa makrofag manusia untuk mempromosikan penyembuhan bebas bekas luka, kita mungkin dapat mencapai peningkatan besar dalam perbaikan hanya dengan sedikit penyesuaian.

Dalam wawasan yang menarik tentang rute potensial untuk regenerasi rekayasa pada mamalia dewasa, Godwin mencatat bahwa sumber utama makrofag di lokasi luka pada tikus yang sedang berkembang adalah hati, sama seperti penelitian terbarunya menemukan itu di axolotl; tikus kehilangan kemampuannya untuk beregenerasi ketika sumber makrofag berpindah ke sumsum tulang segera setelah lahir, seperti yang juga terjadi pada manusia.

Pengembangan Toolkit Baru
Meskipun penelitian terbaru Godwin berfokus pada asal usul makrofag pro-regeneratif, kontribusinya yang paling signifikan mungkin adalah pengembangan perangkat untuk membuat profil dan menyortir sel kekebalan. Sementara axolotl adalah model yang kuat dalam penelitian biologi regeneratif, penelitian itu terhambat oleh kurangnya alat untuk menilai beragam peran sel kekebalan yang penting untuk proses regeneratif.

Godwin yang merupakan seorang ahli imunologi, awalnya memilih untuk meneliti fungsi sistem imun dalam regenerasi karena perannya dalam mempersiapkan luka untuk perbaikan. Menggunakan toolkit baru, dia sekarang berencana untuk secara sistematis mengubah gen axolotl untuk menilai fungsi makrofag, dimulai dengan interaksi antara makrofag dan fibroblas, sejenis sel jaringan ikat yang bertanggung jawab untuk mengarahkan perbaikan luka.

“Kami ingin mengetahui apa yang istimewa dari interaksi antara makrofag dan fibroblas dalam regenerasi axolotl,” katanya. “Kami memiliki sumber pengetahuan yaitu salamander untuk dapat mengetahui fungsi makrofag mana yang penting untuk penekanan dan regenerasi bekas luka, gen demi gen jika perlu. Jika kami dapat mengetahui apa itu, maka mungkin kami dapat membuat interaksi itu terjadi pada mamalia.”

Setelah dia memprofilkan fungsi makrofag axolotl di lokasi cedera, tujuan Godwin kemudian adalah menggunakan model tikus untuk mengeluarkan makrofag pro-regeneratif yang sulit dipahami keluar dari sistem mamalia atau merekayasa makrofag mamalia menjadi lebih axolotl. Karyanya dalam model tikus didukung oleh The Jackson Laboratory, yang berfokus pada biologi dan genetika tikus.

“Dalam menjelaskan perbedaan antara makrofag di axolotl dan tikus, James membawa tradisi biologi komparatif yang telah menjadi fokus penelitian di Laboratorium Biologi MDI selama lebih dari 120 tahun,” kata Presiden Hermann Haller, MD “Penemuannya menunjukkan bahwa pendekatan kami untuk mendapatkan wawasan tentang kesehatan manusia dari studi komparatif model hewan sama kuatnya dengan sebelumnya.”

Penelitian Godwin didukung oleh dana dari National Institute of General Medical Sciences (NIGMS) dari National Institutes of Health (NIH) dengan nomor hibah P20GM0103423 dan P20GM104318 ke Laboratorium Biologi MDI, oleh dukungan kelembagaan JAX dan hibah kepada ARMI dari Negara Pemerintah Victoria dan pemerintah Australia.

Jurnal Referensi:

• Ryan J. Debuque, Gabriela H. Johnson, Nadia A. Rosenthal, Andrew J. Hart, James W. Godwin. 2021. Identification of the Adult Hematopoietic Liver as the Primary Reservoir for the Recruitment of Pro-regenerative Macrophages Required for Salamander Limb Regeneration. Frontiers in Cell and Developmental Biology, 2021; 9 DOI: 10.3389/fcell.2021.750587