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
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