Diferensiasi Sel Punca Menghasilkan Sinyal Listrik untuk Regenerasi Organ yang Rusak

Celine Citra Surya

Mahasiswi Fakultas Kedokteran Universitas Kristen Krida Wacana, Jakarta

Jl. Arjuna Utara No. 6, Jakarta 11510

Telphone: (021) 5694-2061, fax: (021) 563-1731

Celinesurya17@rocketmail.com

Abstrak

Tubuh manusia sangatlah kompleks dan memiliki koordinasi yang sempurna dimana tiap

selnya dapat mengetahui fungsi dan kegunaannya secara tepat dan dapat bekerja tanpa

adanya perintah (tanpa sadar). Dengan adanya penelitan terbaru mengenai sebuah sel yang

dapat berdiferesiasi atau beraplikasi menjadi sel yang berbeda serta dimanfaatkan untuk

penciptaan jaringan-jaringan baru organ tubuh yang telah rusak.1,2 Sel punca ini dapat

beraplikasi menjadi sel saraf yang nantinya akan menghantarkan sinyal-sinyal listrik. Pada

komunikasi sel terdapat berbagai cara diantaranya gap junction, contact dependent signal,

local communication, long-distance communication. Dalam persinyalannya komunikasi

terbagi menjadi potensial berjenjang dan potensial aksi. Potensial berjenjang dipengaruhi

oleh jarak dan rangsangannya dapat berubah sedangkan potensial aksi tidak terjadi

perubahan rangsangan. Terdapat pula Siklus Hodgkin yang merupakan siklus umpan balik

positif. Agar semua ini dapat terjadi maka dibutuhkan komunikasi yang baik antarsel dalam

transmisinya.

Kata kunci: Sel punca,diferensiasi, sel saraf, sinyal listrik, komunikasi.

1

Abstract

The human body is very complex and has a perfect coordination in which each cell can

determine precisely the function and usefulness and can work without any command

( without knowing it ) . With the latest research on a cell that can differentiation or

application into different cells and used for the creation of new networks of organs that

have broken.1,2 Stem cells can become nerve cells aplication that would deliver electrical

signals . In cell communcication there are various methods, such as gap junctions , contact

-dependent signaling , local communication , long-distance communication . In the

transmission communication is divided into stages and potential action potential . Potential

tiered depend by distance and arousal can be changed while no changes in action potential

stimulation . There is also a Hodgkin cycle which is a positive feedback cycle . In order for

this to happen it is necessary that both intercellular communication in the transmission .

Keywords : Stem cells , differentiation , nerve cells , electrical signals , communication.

Pendahuluan

Pada era globalisasi yang modern, perkembangan ilmu pengetahuan seta teknologi juga

komunikasi telah berkembang dan menjadi hal yang mudah. Kemajuan ini sangat

berdampak pula pada bidang kesehatan dengan adanya penemuan yang awalnya dianggap

mustahil namun kini, ada beberapa penyakit telah dapat disembuhkan. Tubuh manusia

sangatlah kompleks dan memiliki koordinasi yang sempurna dimana tiap selnya dapat

mengetahui fungsi dan kegunaannya secara tepat dan dapat bekerja tanpa adanya peritah

(tanpa sadar).Dengan adanya penelitan terbaru mengenai sebuah sel yang dapat

berdiferesiasi atau beraplikasi menjadi sel yang berbeda serta dimanfaatkan untuk

penciptaan jaringan-jaringan baru organ tubuh yang telah rusak.1,2 Sel punca ini dapat

beraplikasi menjadi sel saraf yang nantinya akan menghantarkan sinyal-sinyal listrik.

2

Pada penulisan makalah ini, akan dibahas mengenai koordinasi dan komunikasi antarsel

serta cara kerja dan struktur sel saraf, skema jalur persinyalan yang terdiri dari potensial

berjenjang dan potensial aksi, molekul sinyal, siklus Hodgkin, strktur dan cara kerja sinaps,

dan potensial sinaps. Dalam penulisan ini diharapakan agar masyarakat dapat lebih

memahami dan mengerti mengenai komunikasi antarsel yang dapat mengahsilkan sinyal-

sinyal listrik untuk pemenuhan kebutuhan hidup manusia.

Pengertian Sel Punca

Sel punca adalah sel yang bisa beraplikasi sendiri menjadi sel sejenis atau malah

berdiferensiasi menjadi sel yang berbeda.1 Karakter aktif di dalamnya memungkinkan sel

muda ini dimanfaatkan untuk penciptaan jaringan-jaringan baru organ tubuh yang rusak

lewat kloning terapeutik.2

Karena itulah, terapi sel punca memberi harpan penyembuhan stroke seismik akut

tanpa amputasi. Demikian pula kerusakan pembuluh darah tungkai menahun atau gagal

jantung berat akibat rusak otot jantung (miocard). Selaku sel multipotensi, stem cell

memang berperan dalam pengobatan penyakit ya ng memerlukan pertumbuhan sel-sel baru.

Wajar jika terapi sel punca diyakini dapat menumpas Alzheimer dan Parkinson. Sifat aktif

sel punca dapat dimanfaatkan pula untuk memperbarui tulang dan gigi yang rusak, bahkan

membuat kulit lebih muda lewat rejuvenisasi.2

Pengertian Sel Saraf

Sel saraf merupakan sel yang mempunyai kemampuan regulasi atau kontrol yang

bertugas menerima dan menghantarkan rangsangan ke semua bagian tubuh sekaligus

memberikan tanggapan terhadap rangsangan tersebut.3

3

Struktur Sel Saraf

Sistem saraf tersusun atas dua jenis sel yang utama: neuron dan sel-sel pendukung.

Neuron adalah sel yang sungguh-sungguh menghantarkan pesan di sepanjang jalur

komunikasi sistem saraf. Sisanya yang lebih banyak adalah sel-sel pendukung, disebut sel

juga sel glial, yang memberikan struktur dalam sistem saraf serta melindungi, menginsulasi,

dan secara uum membantu neuron. Neuron adalah unit fungsional sistem saraf yang

dikhususkan untuk menghantarkan dan mengirimkan sinyal dalam tubuh dari satu lokasi ke

lokasi yang lain. Sebuah neuron memiliki badan sel (Sel body) yang relatif besar yang

mengandung nukleus dan berbagai ragam organ seluler lainnya. Ciri neuron yang paling

menonjol adalah penjuluran yang mirip serat, yang disebut prosesus, sehingga sel mampu

mencapai jarak jauh untuk menghantarkan pesan. 4

Ada dua jenis penjuluran neural yang umum yaitu dendrit yang mengirimkan sinyal dari

ujungnya ke seluruh bagian lain neuron, dan akson yang menghantarkan pesan ke ujung

neuron. Bukit akson (axon hillock) adalah daerah pada badan sel tempat akson bercabang.

Pada daerah ini, impuls dihantarkan ke akson umumnya dibangkitkan. Banyak akson dalam

sistem saraf vertebrata terbungkus oleh lapisan insulasi yang disebut selubung mielin, yang

dibentuk oleh sel-sel pendukung. Pada sistem saraf tepi, sel-sel pendukung disebut sel

schwann yang menyusun selubung mielin. Pada sistem saraf pusat, sel-sel pendukung

oligodendrosit menghasilkan selubung mielin. Akson bisa bercabang, dan masing-masing

cabang bisa mencapai ratusan hingga ribuan ujung-ujung khusus disebut terminal sinaptik

yang mengirimkan sinyal ke sel lain dengan melepaskan neurotransmitter. Lokasi kontak

antara terminal sinaptik dan sel target disebut sinapsis.4

Hubungan antara Sel Saraf

Koordinasi berbagai aktivitas sel-sel tubuh di seluruh tubuh untuk melakukan kegiatan

yang mempertahankan kehidupan dan melaksanakan keinginan bergantung pada

kemampuan sel untuk berkomunikasi satu sama lain. Komunikasi antara sel saraf ini dapat

4

terjadi melalui berbagai cara yaitu gap junction, contact dependent signals, local

communication (autocrine & paracrine), dan lonf-distance communication (sistem saraf

dan endokrin).5

Cara paling intim dalam komunikasi antarsel adalah melalui taut celah(gap junction),

yaitu saluran-saluran halus yang menjembatani sitoplasma sel-sel yang berdekatan di jenis

jaringan tertentu. Melalui susunan anatomic khusus ini, ion dan molekul kecil secara

langsung dipertukarkan antara sel-sel yang berinteraksi tersebut tanpa pernah masuk ke

cairan ekstrasel.5

Pada contact dependent signals, mempunyai penanda-penanda identifikasi di membran

permukaan sebagian sel memungkinkann mereka langsung berhubungan secara transien

dan berinteraksi dengan sel lain dengan cara khusus.5

Pada local communication, terbagi menjadi dua yaitu autocrine dan paracrine.

Autocrine adalah sel merespons substansi yang menghantarkan sinyal dan dihasilkan oleh

sel itu sendiri. Paracrine adalah sel menghasilkan substansi yang menpengaruhi sel target

yang ada di dekatnya.6

Pada long-distance communication terdapat tiga cara yaitu, melalui hormon, sistem

saraf, dan gabungan antara hormon dan sistem saraf yang disebut neurohormon.

Komunikasi antarsel melalui hormon merupakan pembawa pesan kimiawi jarak jauh

melalui pembuluh darah ke semua bagian tubuh di mana sel yang mempunyai reseptor akan

memberikan respons. Komunikasi antarsel melalui sistem saraf adalah kombinasi sinyak

listrik yang membuat sel-sel saraf (neuron) mampu berkomunikasi satu sama lain.

Komunikasi sel melalui neurohormon adalah hormon yang dibebaskan ke dalam darah oleh

hormon neurosekretorik. Seperti neuron biasa neuronsekretorik dapat merespons dan

mengahantarkan sinyal listrik. Namun, neuron neurosensorik tidak secara langsung

menyarafi sel sasaran tetapi membebaskan pembawa pesan kimiawinya, neurohormon, ke

5

dalam darah setelah mendapat rangsangan yang dan kemudian didistribusikan melalui

darah ke sel sasaran yang jauh.5

Potensial Berjenjang

Potensial berjenjang (graded potential) adalah potensial listrik yang dapat bervariasi

ampiltudo dan durasinya. Ada banyak contoh potensial berjenjang pada neurofisiologi yang

mencakup potensial sinaps, potensial reseptor, dan end-plate potential otot. Potensial

berjenjang biasanya dihasilkan pada area kecil neuron (sinaps, reseptor, end-plate otot) dan

hilang saat muatannya menyebar. Potensial berjenjang dihasilkan oleh stimulus kimia atau

listrik dan dapat berupa eksitasi (depolarisasi) atau inhibisi (hiperpolarisasi). Jika potensial

berjenjang bersifat sangat eksitasi, potensial tersebut dapat menyebabkan area neuron yang

berdekatan mengalami depolarisasi dan mencetuskan potensial aksi.7

Gambar no.1 Penyebaran Potensial Berjenjang yang Semakin Lemah5

Potensial Aksi

Potensial aksi adalah perubahan yang cepat pada potensial membran suatu neuron atau

sel otot. Potensial aksi terjadi apabila depolarisasi cukup besar untuk menyebabkan

membukanya gerbang (pintu) natrium peka voltase pada sel yang terdapat di sepanjang

membran. Masuknya ion natrium seara cepat menyebabkan muatan di dalam sel dengan

cepat menjadi lebih positif yang mencapai sekitar +30 mV di sel saraf. Ketika sel menjadi

6

lebih positif, pintu natrium mulai menutup dengan cepat. Pada saat ini, pintu kalium yang

juga dipengaruhi oleh perubahan potensial membran terbuka yang memungkinkan ion

kalium menyerbu keluar sel. Keluarnya ion kalium menyebabkan sel kembali menjadi

negatif di bagian dalamnya. Pada sel otot, potensial aksi juga membuka pintu kalsium.7

Potensial aksi adalah keadaan aktif dan sementara pada depolarisasi sel yang dramatis.

Potensial aksi berbeda dari potensial berjenjang karena amplitudo atau durasinya tidak

bervariasi. Sebagai gantinya, potensial aksi dianggap sebagai “all or none” (“tuntas atau

tidak sama sekali”), apabila stimulus listrik atau kimia atau EPSP cukup besar untuk

membuka saluran natrium dependen-voltase guna mendepolarisasi membran dengan cukup,

potensial aksi terjadi. Apabila stimulus tersebut tidak cukup menyebabkan depolarisasi

dengan tingkat tertentu, potensial aksi tidak terjadi. Tingkat depolarisai saat neuron

mencetuskan potensial aksi disebut potensial ambang (threshold potential). Pada otot, satu

EPP diperlukan untuk menyebabkan sel otot mencapai ambang dan berkontraksi. Pada

EPSP diperlukan untuk menyebabkan saraf mencapai ambang.7

Penjalaran Potensial Aksi

Penjalaran potensial aksi menjalar di sepanjang serabut saraf dengan kecepatan dan

amplitudo yang tetap. Arus listrik lokal menyebar ke area yang berdekatan. Hal ini

menyebabkan gerbang natrium membuka dan mengakibatkan gelombang depolarisasi

menjalar di sepanjang saraf. Impuls saraf ditransmisi dari satu sisi dalam sistem saraf ke

sisi lain. Penjalaran potensial dibagi menjadi dua yaitu konduksi saltatoris dan konduksi

berdekatan. Konduksi saltatori adalah suatu keadaan di mana potensial aksi melompat dari

satu bagian membran yang terbuka ke bagian lain (dari satu nodus ranvier ke nodus ranvier

yang lain) sehingga membuat konduksi saraf yang lebih besar tanpa harus memperbesar

diameter aksonnya. Konduksi jenis ini membutuhkan pengeluaran tenaga yang relatif kecil

karena depolarisai hanya terjadi di nodus ranvier. Sedangkan konduksi berdekatan adalah

suatu keadaan potensial aksi menjalar dari daerah aktif ke daerah yang inaktif yang

7

mengarah ke arah ambang yang memicu potensial aksi di daerah yang inaktif sebelumnya.

Daerah aktif kembali ke potensial istirahat dan daerah aktif yang baru kemudian

menginduksi potensial aksi di daerah inaktif di sebelahnya melalui aliran arus listrik lokal

dari akson hillock sampai ke akson terminal demikian seterusnya siklus berulang di

sepanjang akson.8

Gambar no. 2 Potensial Aksi5

Siklus Hodgkin

Siklus Hodgkin dapat juga disebut siklus umpan balik positif. Ketika suatu membran

mulai mengalami depolarisasi menuju ambang akibat suatu kejadian pemicu, pintu

pengaktifan sebagian dari saluran Na+ berpintu voltase membuka. Kini kedua kanal ion ini

terbuka karena gradien konsentrasi dan dan gradien listrik untuk Na+ mendorong

perpindahan ion masuk ke dalam sel maka Na+ mulai masuk ke dalam sel. Perpindahan Na+

yang bermuatan positif menyebabkan membran semakin mengalami depolarisasi sehingga

lebih banyak saluran Na+ berpintu voltase terbuka dan lebih banyak Na+ yang masuk dalam

suatu siklus umpan balik positif.5

8

Pembukaan saluran K+ berpintu voltase sangat menignkatkan permeabilitas K+

sehingga menyebabkan K+ keluar dari sel mengikuti penurunan gradien konsentrasi dan

gradien listrik membawa muatan positif kembali ke luar. Potensial positif di bagian dalam

cenderung menolak ion K+ yang postif sehingga gradien listrik untuk K+ adalah ke luar.

Akibat dari ion K+ yang lebih banyak keluar dari dalam sel sehingga mengalami

repolarisasi.5

Gambar no. 3 Siklus Umpan Balik Positif5

Struktur dan Cara Kerja Sinaps

Anatomi salah satu dari ribuan sinaps yaitu terminal akson suatu neuron prasinaps

yang menghantarkan potensial aksinya menuju ke sinaps, berakhir di suatu pembengkakan

ringan, synaptic knob yang mengandung vesikel sinaps, yang menyimpan pembawa pesan

kimiawi spesifik, neurotransmiter yang telah disintesis dan dikemas oleh neuron prasinaps.

Synaptic knob terletak dekat, tapi tidak berkontak langsung dengan neuron pascasinaps,

neuron yang poutensial aksinya menjalar menjauhi sinaps. Ruang antara neuron prasinaps

dan neuron pascasinaps disebut celah sinaps.5,8

9

Berikut ini adalah cara kerja yang berlangsung di sinaps. Ketika potensial aksi di

neuron prasinaps telah menjalar ke terminal akson, perubahan potensial lokal ini memicu

terbukanya saluran Ca2+ berpintu voltase di synapatic knob. Karena Ca2+ jauh lebih pekat di

CES dan gradient listriknya mengarah ke dalam, maka ion ini mengalir ke dalam synaptic

knob melalui saluran-saluran yang terbuka. Ca2+ memicu pelepasan neurotransmiter dari

sebagian vesikel sinaps ke dalam celah sinaps. Pelepasan ini terlaksana dengan eksositosis.

Neurotransmitter yang dibebaskan berdifusi menyeberangi celah dan berikatan dengan

reseptor protein spesifik di membrane subsinaps, bagian membrane pascasinaps yang tepat

berada di bawah synaptic knob. Pengikatan ini memicu terbukanya saluran-saluran ion

spesifik di membrane subsinaps, mengubah permeabilitas neuron pascasinaps terhadap ion.

Ini adalah saluran-saluran berpintu kimiawi, yang berbeda dari saluran berpintu voltase

yang berperan dalam pembentukan potensial aksi dan influx Ca2+ ke dalam synaptic knob.5

Potensial Sinaps

Ketika neurotransmitter dilepaskan dari neuron prasinaps dan berikatan dengan neuron

pascasinaps, neurotransmitter dapat mengalami eksitasi listrik (depolarisasi) atau inhibisi

listrik (hiperpolarisasi) sel pascasinaps. Apabila neurotransmiter mendepolarisasi sel

pascasinaps (membuat bagian lebih positif), sinyal sinaps disebut potensial prasinaps

eksitasi (excitatory presynaptic potential, EPSP). EPSP terjadi apabila neurotransmitter

membuka saluran yang memungkinkan lewatnya ion positif, seperti natrium atau kalium,ke

dalam sel pascasinaps yang mendekati potensial ambang. Apabila pengikatan

neurotransmiter ke neuron pascasinaps menghiperpolarisasi sel pascasinaps (membuat

bagian dalam lebih negatif), sinyal sinaps tersebut potensial pascasinaps inhibisi ( inhibitory

postsynaptic potential, IPSP). IPSP terjadi apabila transmiter membuka saluran yang

memungkinkan lewatnya ion negatif, biasanya klorida, dibagian dalam sel pascasinaps

yang menjauh dari potensial ambang. Ribuan sinyal yang datang pada neuron pascasinaps,

beberapa bersifat eksitasi dan yang lain bersifat inhibisi. Potensial listrik yang dihasilkan di

10

membran pascasinaps berbeda-beda ukurannya, bergantung pada penjumlahan antara IPSP

dan EPSP yang diterima, dan jumlah neurotransmiter yang dilepaskan dari setiap sel

prasinaps.7

Apabila ada sel di pascasinaps, penjumlahan semua EPSP dan IPSP menghasilkan

eksitasi berrmakna pada dendrit atau badan sel pascasinaps, eksitasi listrik di salurkan ke

sel pasca sinaps apabila penjumlahan EPSP dan IPSP bersifat inhibisi, sel pasca sinap tidak

menghasilkan potensial aksi.7

Gambar no.4 Sinaps Eksitatorik dan Sinpas Inhibitorik5

Grand Post Synaptic Potential

Panel A terjadi jika sebuah input prasinaps eksitatorik (Ex 1) dirangsang kedua kalinya

setelah EPSP pertama di sel pascasinaps mereda, maka akan terjadi EPSP kedua dengan

kekuatan yang sama. Namun, panel B terjadi jika Ex 1 dirangsang kedua kalinya sebelum

EPSP pertama mereda, maka EPSP kedua akan memperkuat, atau menambah EPSP

pertama, menghasilkan penjumlahan temporal, yang dapat membawa sel pascasinaps ke

ambang. Pada panel C, Sel pascasinapsis juga dapat dibawa ke ambang oleh penjumlahan

11

spasial EPSP yang ditimbulkan oleh pengaktifan secara bersamaan dua (Ex1 dan Ex2) atau

lebih input prasinaps eksitatorik. Panel D akan terjadi ketika pengaktifan simultan sebuah

input prasinaps eksitatorik (Ex1) dan inhibitorik (In1) tidak mengubah potensial

pascasinaps, karena EPSP dan IPSP yang terjadi saling meniadakan.5

Gambar no. 5 Grand Post Synaptic5

Kesimpulan

Dari skenario A, dapat disimpulkan bahwa sel punca dapat berdiferensiasi menjadi sel saraf untuk

melakukan regenerasi pada jaringan yang rusak. Oleh sebab itu, sel punca dapat dimanfaatkan

untuk penyembuhan pada penyakit stroke dan penyakit jantung. Sel punca ini dapat menjadi sel

saraf menghasilkan sinyal-sinyal listrik yang dibutuhkan oleh tubuh. Sinyal-sinyal listrik ini akan

di alirkan oleh penerima rangsangan ke pusat integrasi melalui jalur aferen dan akan diterjemahkan

lalu dialirkan kembali ke efektor/otot melalui jalur eferen yang kemudian menimbulkan refleks.

Untuk menghasilkan sinyal listrik, tiap sel harus terkoordinir dan berkomunikasi satu sama lain

dalam transmisi antarsel.

12

Daftar Pustaka

1. Yahya AF. Menaklukkan pembunuh no.1: mencegah dan mengatasi penyakit jantung koroner secara tepat dan cepat. Bandung: Qanita; 2010.h.128-9.

2. Zuhal. Knowledge platform kekuatan daya saing & innovation. Jakarta: PT. Gramedia Pustaka Utama; 2010.h.194.

3. Riandari H. Theory and application of Biology. Solo: PT Tiga Serangkai Pustaka Mandiri; 2009.h.275.

4. Campbell, Neil A. Biologi. Ed ke-5. Jakarta: PT. Gelora Aksara Pratama; 2004.h.201.5. Sherwood L. Fisiologi manusia: dari sel ke sistem. Ed ke-6. Jakarta: Penerbit Buku Kedokteran

EGC; 2012.h.96-123.6. Mitchell RN. Buku saku dasar patologi penyakit. Jakarta: EGC; 2009.h.62.7. Corwin EJ. Buku saku patofisiologi. Ed ke-3. Jakarta: EGC;2009.h.213-5.8. Slonane E. Anatomi dan Fisiologi. Jakarta: Buku Kedokteran EGC; 2004.h.160-1.

13