08_184Derivasikardiomiosit - Kalbe

TINJAUAN PUSTAKA 

Derivasi Kardiomiosit Fungsional Berbasis 

Teknologi induced Pluripotent Stem (iPS) Cell 

Sebagai Terapi Adjuvan Mutakhir Penyakit 

Jantung Iskemik 

Andreas Soejitno, Pande Kadek Aditya Prayudi 

Fakultas Kedokteran Universitas Udayana, Denpasar, Bali, Indonesia 

ABSTRAK 

Infark Miokard Akut (IMA) merupakan spektrum Penyakit Jantung Iskemik (PJI) dengan tingkat morbiditas dan mortalitas yang tinggi. 

Perburukan fungsi jantung yang berlangsung secara progresif pasca IMA di sisi lain mempredisposisikan pasien pada komplikasi gagal 

jantung kongestif (Congestive Heart Failure/CHF). Walaupun modalitas terapi IMA dan CHF telah mengalami kemajuan signifikan, mortalitas 

tetap tinggi dengan pemanjangan harapan hidup hanya bersifat temporer. Terapi sel punca memberikan harapan baru pada terapi 

IMA terutama bertujuan untuk meregenerasi kardiomiosit yang hilang pada proses infark. Namun pilihan sel punca yang tersedia memiliki 

banyak kelemahan. Penggunaan sel punca embrionik (ESC) terhambat isu etika karena melibatkan destruksi embrio, disamping kebutuhan 

imunosupresi jangka panjang akibat ketidakcocokan histokompatibilitas (alogenik). Sementara itu, sel punca dewasa (ASC) memiliki 

kapasitas kardiomiogenesis yang rendah, sumber yang terbatas, serta penurunan jumlah, fungsi, dan kapasitas diferensiasi seiring usia 

dan faktor penyakit. Oleh karena itu, diperlukan solusi alternatif terapi seluler yang memiliki keunggulan ESC dan ASC namun dengan 

keterbatasan intrinsik yang minimal. Teknologi induced pluripotent stem cell (iPSC) bersifat pluripoten, berdaya proliferasi tinggi, serta 

dapat berdiferensiasi menjadi 3 lapisan germinal dan memiliki kesamaan tinggi dengan ESC, namun terbebas dari isu etika karena bersifat 

autologus. Teknologi iPSC telah berhasil menderivasi kardiomiosit dengan karakteristik fenotipe, genotipe, dan fungsional yang serupa 

dengan kardiomiosit dewasa dan hasil derivasi ESC. Lebih lanjut, kardiomiosit tersebut mampu meregenerasi area infark dan mencegah 

cardiac remodeling sebagai fase awal CHF secara in vivo. Oleh karena itu, akan sangat menarik untuk menganalisis karateristik dan aplikasi 

iPSC sebagai terapi adjuvan mutakhir penyakit jantung iskemik secara sistematis dan komprehensif. 

Kata kunci : iPSC, kardiomiosit, infark miokardium, gagal jantung kongestif. 

PENDAHULUAN 

Penyakit jantung iskemik (PJI) merupakan sindrom 

klinis yang disebabkan oleh berkurangnya 

aliran darah ke area jantung (iskemia 

miokardium) dan menyebabkan ketidakseimbangan 

antara kebutuhan dan suplai oksigen. 1 

PJI yang tidak ditangani dengan baik dapat menimbulkan 

nekrosis kardiomiosit secara masif 

yang dimanifestasikan sebagai perburukan kondisi 

klinis secara cepat dan mendadak hingga 

menimbulkan kematian atau yang dikenal dengan 

istilah infark miokard akut (IMA). 2 Prevalensi 

IMA mencapai 1,2 juta jiwa per tahun di AS 

dengan mortalitas sebesar 525.600 jiwa/tahun. 2 

Salah satu komplikasi utama infark miokardium 

adalah gagal jantung kongestif (congestive heart 

failure / CHF). 2 Saat ini, terdapat 5 juta pasien 

CHF dengan tambahan 550.000 kasus baru per 

tahun di AS. 2,3 Walaupun regimen terapi dan 

penatalaksanaan IMA dan CHF telah mengalami 

kemajuan signifikan dalam satu dekade terakhir, 

namun mortalitas penyakit ini masih tinggi. 4 

Terapi berbasis sel merupakan salah satu solusi 

menjanjikan untuk memperbaiki kondisi klinis 

dan menurunkan angka mortalitas pasien. 5 

Transplantasi organ jantung telah lama dilakukan 

dalam penatalaksanaan CHF fase lanjut. 

Namun kelangkaan donor, protokol imunosupresi 

jangka panjang, dan ketidaksiapan fasilitas 

kesehatan untuk terapi ini menyulitkan 

prosedur tersebut dilaksanakan secara rutin. 6 

Pendekatan terapi sel berbasis mikroskopik 

lantas mulai dikembangkan hingga telah diaplikasikan 

secara klinis berupa sel punca (stem 

cell therapy), termasuk pada penyakit IMA dan 

CHF. Sel punca adalah sel primitif (baik totipoten, 

multipoten, maupun progenitor) yang 

dapat berdiferensiasi menjadi tipe sel spesifik 

(termasuk kardiomiosit) sehingga dapat mengganti 

area organ yang mengalami degenerasi 

dan mampu memperbaiki atau mengembalikan 

fungsi organ yang terganggu tersebut. 

Terdapat berbagai klasifikasi sel punca, yakni 

berdasarkan sumber sel (autologus vs. alogenik), 

proses derivasi (embryonic stem cell/ESC 

vs. adult stem cell/ASC), dan derajat diferensiasi 

(totipoten, multipoten, dan progenitor). Terapi 

infark miokardium menggunakan ESC sangat 

menjanjikan karena sifat sel embrionik yang 

proliferatif dan totipoten (dapat menghasilkan 

seluruh tipe sel dari 3 lapisan germinal: endoderm, 

mesoderm, ektoderm) 7 sehingga secara 

teori, ESC dapat berdiferensiasi menjadi seluruh 

tipe kardiomiosit (sel pacemaker, atrium, dan 

ventrikel) dan vaskuler (sel endotel) yang umumnya 

mengalami gangguan pasca infark. Selain 

itu, kardiomiosit derivat ESC dapat terintegrasi 

dengan kardiomiosit resipien via gap junction 

dan telah terbukti mampu memperbaiki fungsi 

miokardium in-vivo. 8,9 

Namun penggunaan ESC secara rutin tidak memungkinkan 

karena alasan etika (akibat protokol 

yang destruktif terhadap embrio) dan pro- 

182 CDK 184/Vol.38 no.3/April 2011


sedur imunosupresi jangka panjang akibat ketidakcocokan 

histokompatibilitas (karena ESC 

bersifat alogenik). 10 

Alternatif ESC adalah ASC. Hingga kini beberapa 

tipe ASC telah dikembangkan secara spesifik 

untuk meregenerasi kardiomiosit. ASC unggul 

terhadap ESC dari segi keamanan (tidak menimbulkan 

teratoma karena ASC bersifat multipoten 

dan/atau progenitor), etika (diperoleh 

secara autologus atau dari diri pasien sendiri 

sehingga tidak melibatkan embrio dalam derivasinya), 

dan bebas dari regimen imunsupresan. 

Namun ASC memiliki beberapa kelemahan, 

seperti penurunan jumlah, kapasitas 

diferensiasi, dan fungsi seiring usia dan penyakit 

(diabetes melitus dan penyakit vaskuler, 

termasuk iskemia vaskuler). 11 Hal ini sangat 

krusial mengingat kardiomiosit derivat ASC 

dipergunakan dalam terapi IMA dan CHF yang 

merupakan penyakit degeneratif dan sering 

dijumpai pada usia tua. 

Oleh karena itu, diperlukan terapi sel punca 

yang memiliki seluruh keunggulan ESC dan 

ASC dengan keterbatasan yang minimal. 

Teknologi induced pluripotent stem cell (iPSC) 

dapat menjadi alternatif potensial. iPSC merupakan 

sel punca yang diperoleh menggunakan 

teknologi cell reprogramming atau memprogram 

ulang sel somatik dewasa (misal fibroblas) 

menjadi sel pluripoten yang memiliki kapasitas 

proliferasi dan diferensiasi yang tidak 

terbatas dan mampu berdiferensiasi ulang 

menjadi seluruh tipe sel dari 3 lapisan germinal 

(seperti ESC) menggunakan empat faktor transkripsi 

(dikenal sebagai reaktivasi gen-gen 

pluripoten). iPSC bersifat autologus sehingga 

bebas dari isu etis dan regimen imunosupresan 

(seperti ASC). Sehingga, secara praktis iPSC 

memiliki seluruh keunggulan ESC dan ASC 

dengan kelemahan yang minimal. 

Diferensiasi kardiomiosit dari iPSC telah dikarakterisasi 

dalam berbagai studi, baik secara in 

vitro mengenai sifat genetik, ekspresi protein, 

morfologi, dan fisiologi hingga aplikasi klinis 

dalam penatalaksanaan infark miokardium secara 

in vivo. Berbagai studi menunjukkan kesamaan 

derajat tinggi antara iPSC dengan ESC 

dalam hal profil genom, kapasitas proliferasi 

dan diferensiasi. Selain itu, kardiomiosit derivat 

iPSC identik dengan kardiomiosit dewasa dalam 

segala aspek serta menunjukkan kapasitas optimal 

dalam regenerasi area miokardium yang 

infark dan mencegah komplikasi lanjut (CHF). 

Merujuk pada keterbatasan upaya meregenerasi 

kardiomiosit pasca IMA dan prevensi 

CHF, maka akan sangat menarik untuk dilakukan 

kajian komprehensif dan sistematis mengenai 

profil biologis iPSC dengan ESC, mekanisme 

molekuler derivasi kardiomiosit via teknologi 

iPSC, karakterisasi kardiomiosit derivat 

iPSC, serta aplikasinya secara klinis dalam penatalaksanaan 

IMA dan pencegahan komplikasi 

CHF. 

Persamaan iPSC dengan Sel Punca Embrionik 

(Embryonic Stem Cells/ESC). 

iPSC (Induced Pluripotent Stem Cells) memiliki 

berbagai kesamaan karakteristik dengan sel 

punca embrionik manusia (hESC). Pada pengamatan 

di bawah mikroskop, iPSC menunjukkan 

karakteristik morfologi dengan nukleus besar 

dan sedikit sitoplasma yang sangat menyerupai 

penampakan morfologi hESC. 12,13 iPSC memiliki 

kariotipe normal. 12-14 dan tetap mempertahankan 

panjang telomer yang dimiliki sel-sel 

pluripoten di mana iPSC juga menunjukkan 

ekspresi hTERT. 12 Hal ini menunjukkan bahwa 

teknologi reprogramming iPSC juga melibatkan 

program penataan ulang (reset) umur biologis 

sel yang telah berdiferensiasi kembali ke keadaan 

pluripoten. Takahashi dkk berhasil membuktikan 

bahwa iPSC juga menunjukkan kapasitas 

proliferasi yang ekuivalen dengan hESC, 

di mana population doubling time iPSC berkisar 

antara 43,2-47,8 jam. 12 

iPSC dan hESC juga menunjukkan kesamaan 

profil ekspresi gen-gen secara global (genome). 

Analisis dengan RT-PCR dan DNA microarray 

menunjukkan bahwa iPSC mengekspresikan 

secara aktif gen-gen yang berfungsi mengatur 

sifat-sifat pembaharuan diri (self renewal) dan 

pluripotensi, seperti Oct4, Sox2, Nanog, Rex1, 

Gdf3, Fgf4, Esg1, DPPA2, DPPA4, dan hTERT yang 

merupakan gen-gen penanda spesifik atau 

marker hESC. 7,12,14 iPSC juga menunjukkan penekanan 

ekspresi (silencing) gen-gen regulator 

proses diferensiasi ke dalam jalur mesodermal 

(Brachyury, Mesp1), endodermal (Sox17, Foxa2), 

dan ektodermal (NeuroD1, Pax6). Ketika mulai 

berdiferensiasi, iPSC menunjukkan peningkatan 

ekspresi gen-gen regulator proses diferensiasi 

dan sebaliknya menunjukkan penurunan 

ekspresi gen-gen yang mempertahankan sifat 

pluripotensi dan self renewal. 15 Analisis penanda 

antigen permukaan melalui pengecatan imunohistokimia 

juga menunjukkan bahwa iPSC mengekspresikan 

antigen permukaaan hESC seperti 

SSEA-3, SSEA-4, TRA-1-60, TRA-1-81, TRA-2-49/6E 


mekanisme regulasi ekspresi gen (status epigenetik) 

seperti pola metilasi DNA. 13,16,17 dan modifikasi 

protein histon pada struktur kromatinnya. 17-19 

Hal ini secara kuat dibuktikan melalui genomic 

sequencing analysis pada iPSC yang menunjukkan 

banyak daerah basa dinukleotida CpG (CpG island) 

pada promoter gen-gen yang mengatur sifat pluripotensi 

dan self-renewal seperti Oct3/4, Nanog, 

Fbx15, dan Rex1 tidak termetilasi (demethylation) 

sehingga ditranskripsikan secara aktif. 12,20 


pola modifikasi histon kromatin. 17,20-22 Histon 

bivalen H3K27/H3K4me3 (H3 lysine 27/H3 lysine 

4 trimethylation) merupakan penanda kromatin 

yang sangat spesifik dan terekspresikan pada 

sel-sel pluripoten seperti hESC. 18,19,23 H3K27/ 

H3K4me3 berfungsi menekan ekspresi gengen 

regulator proses diferensiasi, seperti Gata6, 

Msx2, Pax6, dan Hand1. 12 Berbeda dengan selsel 

pluripoten, sel-sel somatik yang telah berdiferensiasi 

hanya menunjukkan protein histon 

univalen dan kehilangan kedua penanda histon 

bivalen. Melalui analisis Chromatin Immunoprecipitation 

(ChIP) dan hibridisasi pada pelat DNA 

microarray, Mikelsen dkk berhasil membuktikan 

bahwa iPSC juga mengekspresikan histon H3K27/ 

H3K4me3 pada struktur kromatinnya. 17 Bukti 

tersebut diperkuat oleh Maherali dkk yang menganalisis 

ekspresi histon H3K27/ H3K4me3 pada 

regio promoter 16.500 gen-gen iPSC dan berhasil 

membuktikan kesamaan profil epigenetik antara 

iPSC dan hESC yang mencapai angka 94,4%. 22 


kapasitas diferensiasi yang dibuktikan melalui berbagai 

penelitian in vitro dan in vivo pada model 

hewan uji coba. Pada kondisi in vitro, iPSC dapat 

berdiferensiasi spontan membentuk sel-sel komponen 

ketiga lapisan germinal (endoderm, mesoderm, 

dan ektoderm) melalui pembentukan 

badan embrioid (Embryoid Body/ EB) ketika disuspensikan 

pada medium diferensiasi hESC. 

Hal ini dibuktikan melalui analisis DNA microarray 

pada EB yang menunjukan terdapatnya 

sel-sel yang mengekspresikan gen-gen penanda 

fenotipik endoderm (Foxa2, Sox17, GATA 4/6, α- 

fetoprotein, albumin), mesoderm (Brachyury-T, 

Msp1/2, Isl-1, α-actin, ζ-globin, Runx2), dan ektoderm 

(Sox1, Nestin, Pax6, GFAP, Olig2, neurofilament, β-III 

Tubulin). 65 iPSC juga dapat berdiferensiasi membentuk 

neuron, kardiomiosit, dan sel pankreas 

pada kondisi in vitro, baik melalui pembentukan 

EB maupun melalui protokol diferensiasi spesifik 

(guided differentiation). 12,14,24,25 

CDK 184/Vol.38 no.3/April 2011 

183


Metode Diferensiasi iPSC Membentuk 

Kardiomiosit Fungsional. 

iPSC terbukti dapat berdiferensiasi membentuk 

kardiomiosit fungsional pada kondisi in vitro. 26-29 

iPSC dapat berdiferensiasi membentuk kardiomiosit 

dengan mengadopsi metode diferensiasi 

hESC, yaitu metode pembentukan badan 

embrioid (embryoid body/EB). EB merupakan 

struktur agregat 3 dimensi dari sel-sel pluripoten 

yang dapat berdiferensiasi secara spontan 

membentuk sel-sel endoderm, mesoderm, dan 

ektoderm. Secara struktural, EB tersusun atas selsel 

epiblas bagian dalam (inner epiblast) dan lapisan 

endoderm primitif pada bagian luarnya. 30,31 

Sel-sel mesodermal yang merupakan prekursor 

kardiomiosit terbentuk di antara 2 lapisan tersebut. 

Diferensiasi iPSC membentuk kardiomiosit via 

pembentukan EB melibatkan regulasi ekspresi 

gen-gen yang berperan dalam proses kardiomiogenesis 

menurut pola temporal yang sesuai 

dengan yang teramati selama perkembangan 

pada fase embrionik. 32,33 Tahap pertama diferensiasi 

ditandai oleh penurunan ekspresi gengen 

pluripoten, seperti Nanog, Oct4, Sox2, Rex1, 

dan TDGF1/Cripto. 33 Kardiomiogenesis ditandai 

oleh peningkatan ekspresi gen primitive streak, 

mesoderm, dan kardiomesoderm seperti Brachyury 

dan Mesp1. 26 Moretti dkk33 juga melaporkan 

bahwa diferensiasi iPSC membentuk kardiomiosit 

didahului oleh peningkatan ekspresi 

gen-gen penanda sel progenitor kardia (Cardiac 

Progenitor Cell/CPC), seperti Isl1, Nkx2.5, Flk1, 

Gata4, dan cTNT. Diferensiasi terminal membentuk 

kardiomiosit ditandai oleh penurunan 

ekspresi gen-gen mesodermal serta peningkatan 

ekspresi gen-gen struktural dan fungsional 

spesifik pada kardiomiosit (α-MHC, β-MHC, 

MLC-2a, MLC-2v, cTNT, ion channel protein, tropomyosin 

1/2, actin, α-actinin, dan phospholamban). 

26,27,34 Terdapat berbagai metode diferensiasi 

EB yang telah berhasil dikembangkan, 

seperti metode suspensi, hanging drop, 

methylcellulose culture, spinner flask, bioreactor, 

dan microwell technology. Metode yang sering 

dipergunakan adalah metode suspensi statis 

dan hanging drop. 26,27 Pada metode suspensi 

statis, tahap pertama diferensiasi iPSC adalah 

disosiasi iPSC dari medium kultur (MEF feeder 

layer) melalui penambahan enzim collagenase 

IV atau dispase. Koloni iPSC yang terdisosiasi 

akan membentuk kluster iPSC (clumps) yang tersusun 

atas kira-kira 500-1000 iPSC. Selanjutnya, 

clumps iPSC akan dikultur pada pelat low-attachment 

yang disertai penambahan medium suspensi 

yang mengandung 80% DMEM/F12, 

1 mmol/L L-glutamine, 0,1 mmol/L β-mercaptoethanol, 

1% asam amino non-esensial, dan 20% FBS 

(Fetal Bovine Serum). 27,35 Dalam medium suspensi 

tersebut, iPSC akan teragregasi spontan membentuk 

EB melalui interaksi adhesi antar sel. 

Pada hari ke-4 diferensiasi, EB yang telah terbentuk 

dapat dipindahkan dari medium suspensi 

ke dalam gelatin/poly-L-lysine coated plates 

untuk menginduksi terbentuknya fokus berdenyut 

atau beating foci. Beating foci merupakan 

tanda diferensiasi iPSC membentuk kardiomiosit. 

Secara mikroskopis, beating foci tersusun 

atas kluster kardiomiosit yang berdenyut secara 

spontan dan ritmis. Cao dkk 34 yang mengamati 

pola ekspresi gen selama perkembangan beating 

foci pada EB menemukan bahwa beating foci 

mengekspresikan gen-gen penanda mesoderm 

(Twist1, Tbx5, Meox) dan gen-gen penanda awal 

kardiomiogenesis (Isl1, Hand, Gata-4, Mef2c, 

Nkx2.5). Kardiomiosit yang terbentuk pada 

beating foci dapat dipanen dengan menggunakan 

teknik microdissection atau Percoll’s gradient 

centrifugation. 27,35 

Efisiensi metode konvensional diferensiasi iPSC 

membentuk kardiomiosit via pembentukan EB 

tergolong relatif rendah. Zhang dkk melaporkan 

bahwa pada hari ke-30 diferensiasi, hanya 10% 

populasi EB yang menunjukkan beating foci. 27 

Efisiensi diferensiasi via pembentukan EB dapat 

ditingkatkan dengan memodifikasi medium 

diferensiasi EB melalui penambahan senyawa 

kimia atau faktor pertumbuhan spesifik. Moretti 

dkk berhasil mendemonstrasikan bahwa penambahan 

20% FBS dan asam askorbat pada 

medium diferensiasi EB berhasil meningkatkan 

persentase terbentuknya beating foci pada EB, 

yaitu lebih dari 40% pada hari ke-18 diferensiasi. 33 

Analisis beating foci yang terbentuk juga menunjukkan 

kluster kardiomiosit yang mengekpresikan 

protein sarkomerik spesifik, seperti 

α-actinin dan cardiac troponin T (cTNT). 

Metode diferensiasi pada model hESC yang 

cukup efisien dan siap diadopsi pada model 

iPSC telah berhasil dikembangkan. Mengingat 

kesamaan karakteristik yang teramati antara iPSC 

dan hESC terutama kapasitas diferensiasinya, 

protokol diferensiasi pada model hESC dapat 

diadopsi dengan tingkat efisiensi yang hampir 

ekuivalen. 36 Yang dkk 37 berhasil mengembangkan 

model protokol diferensiasi dengan efisiensi 

produksi kardiomiosit yang mencapai 50%. 

Protokol diferensiasi tersebut melibatkan administrasi 

faktor pertumbuhan spesifik pada 

medium kultur EB (hESC/iPSC) serta isolasi populasi 

CPC. Untuk mengarahkan proses diferensiasi 

membentuk kardiomiosit, protokol diferensiasi 

terbagi atas 3 stadium, yaitu Stadium 1, 

2, dan 3 (Gambar 1). 

Pada Stadium 1 (hari ke-1 s/d hari ke-4), Activin 

A, BMP-4, dan bFGF diadministrasikan ke dalam 

medium kultur EB. Kombinasi Activin A dan 

BMP4 pada Stadium 1 dapat menginduksi 

pembentukan populasi sel-sel primitive streak 

dan sel-sel mesoderm primer dari populasi 

iPSC yang belum terdiferensiasi. Hal ini ditandai 

oleh adanya peningkatan ekspresi gen Brachyury 

dan WNT3A. Selanjutnya, pada Stadium 2 (hari 

ke-4 s/d hari ke-8), WNT inhibitor (DKK1) dan 

VEGF diadministrasikan pada medium kultur 

untuk menginduksi diferensiasi sel mesoderm 

primer membentuk kardiomesoderm, serta menginduksi 

ekspansi dan pematangan populasi 

sel CPC. 37 

Pada Stadium 3 (hari ke-8 s/d hari ke-14), populasi 

sel KDRlow/C-KITneg yang telah diisolasi 

dari EB akan dikultur pada medium kultur 

spesifik (suspensi dan monolayer) dan disertai 

penambahan faktor pertumbuhan DKK1 dan 

VEGF untuk menginduksi diferensiasi terminal 

sel CPC membentuk kardiomiosit. Diferensiasi 

membentuk kardiomiosit ditandai oleh peningkatan 

ekspresi gen-gen Nkx2.5, Isl1, Tbx5, Tbx20, 

MLC-2a, dan cTNT. Yang dkk menemukan 

bahwa setelah 7-10 hari dikultur, kira-kira 40% 

sel CPC pada medium suspensi dan 50% pada 

pelat monolayer berdiferensiasi membentuk 

kardiomiosit (cTNT+cells) berdasarkan hasil analysis 

dengan metode flow cytometry. Kardiomiosit 

yang terbentuk pada medium pelat 

monolayer tampak sebagai masa sel yang berdenyut 

secara sinkron. 

Laflamme dkk 38 juga berhasil mendemonstrasikan 

model protokol diferensiasi in vitro 

yang cukup efisien dalam memproduksi kardiomiosit. 

Berdasarkan model diferensiasi tersebut, 

hESC yang telah terdisosiasi dari medium 

kultur MEF feeder layer dapat dipelatkan pada 

matriks yang mengandung medium penyokong 

MatrigelTM, MEF-CM (Mouse Embryonic Fibroblast-Conditioned 

Medium), dan bFGF. Untuk menginduksi 

diferensiasi membentuk kardiomiosit, 

MEF-CM dieliminasi dari medium kultur dan digantikan 

dengan penambahan faktor pertumbuhan 

Activin A dan BMP4. Pada model hESC, 

Laflamme dkk menemukan bahwa 12 hari setelah 

penambahan Activin A/BMP4, lebih dari 

184 CDK 184/Vol.38 no.3/April 2011


pluripoten (Oct3/4, Nanog) bila dibandingkan 

dengan ESC pada hari ke-10 dan 21. Sementara 

itu, ekspresi onkogen c-Myc tidak berbeda signifikan 

antara iPS dan ESC. 

Gambar 1. Diagram skematis protokol diferensiasi human iPSC membentuk kardiomiosit.37 A) Protokol 

diferensiasi terbagi atas 3 stadium berdasarkan tahap-tahap perkembangan kardiomiosit pada fase 

embrionik; B) Kombinasi faktor pertumbuhan spesifik yang digunakan pada masing-masing stadium 

diferensiasi; C) Perkembangan berturut-turut: human iPSC yang belum terdiferensiasi, sel mesoderm, sel 

progenitor kardiovaskular (CPC), dan kardiomiosit. 

Dalam studi Zhang dkk 27 terdapat 2 tipe iPS 

yang digunakan, yaitu iPS yang berasal dari 

klon fetus dan neonatus. hiPS tersebut diperoleh 

dari fibroblas sumber yang ditransduksi 

menggunakan 4 faktor transkripsi (Oct4, 

Sox2, Nanog, Lin28). Ekspresi gen-gen iPSkardiomiosit 

dilakukan pada hari ke-0 dan 

ke-60 untuk memastikan bahwa kardiomiosit 

telah berdiferensiasi sempurna. Hasil analisis 

kemudian dibandingkan dengan ESC. Analisis 

menggunakan RT PCR menunjukkan downregulasi 

gen-gen pluripoten (Oct4, Nanog) 

secara signifikan pada semua derivat iPS, 

kecuali neonatus tipe C1 yang tetap mempertahankan 

ekspresi Oct4 dan Nanog pada level 

tertentu. 

30% hESC berdiferensiasi membentuk kardiomiosit. 

Takahashi dkk berhasil membuktikan 

bahwa iPSC juga dapat berdiferensiasi membentuk 

kardiomiosit dengan mengadopsi model 

diferensiasi ini. Analisis RT-PCR menunjukkan 

kardiomiosit yang terbentuk mengekspresikan 

gen-gen penanda kardiomiosit seperti 

cTNT, Mef2c, Myl2a, Myhcb, dan Nkx2.5. 12 

Selain 2 metode diferensiasi di atas, metode 

diferensiasi yang melibatkan penggunaan medium 

END2-CM (Endoderm/END2 cells-Conditioned 

Medium) dan modulasi jalur pensinyalan 

p38 MAPK juga terbukti efisien dalam menginduksi 

diferensiasi membentuk kardiomiosit 

fungsional. 39 Graichen dkk 39 berhasil mendemonstrasikan 

bahwa penggunaan medium 

END2-CM sebagai medium suspensi EB pada 

model hESC dapat meningkatkan efisiensi 

pembentukan beating foci dan kardiomiosit, di 

mana beating foci teramati pada kira-kira 50% 

EB yang terbentuk dan lebih dari 12% sel-sel EB 

berdiferensiasi membentuk kardiomiosit (α-MHC 

+ cells). Selanjutnya, penambahan inhibitor p38 

MAPK pada medium END2-CM (konsentrasi < 

10 µM) bahkan meningkatkan efisiensi metode 

diferensiasi ini. Hampir 80% EB menunjukkan 

fokus berdenyut dan lebih dari 20% sel-selnya 

berdiferensiasi membentuk kardiomiosit. 

Bukti in vitro dan in vivo Kardiomiosit Hasil 

Derivasi Teknologi iPSC. 

Karakterisasi Genotipe. 

Salah satu kriteria utama yang menentukan kapasitas 

iPS dalam berdiferensiasi menjadi kardio- 

miosit adalah melalui ekspresi gen-gen spesifik 

sesuai dengan ciri khas tipe sel tersebut. Mauritz 

dkk 29 berhasil memetakan ekspresi gen sesuai 

tahap perkembangan iPS hingga menjadi kardiomiosit 

fungsional. Studi tersebut membagi 

tahapan perkembangan iPS-kardiomiosit menjadi 

4 fase, yakni: iPS yang belum berdiferensiasi, 

mesodermal-endodermal, mesoderm jantung, 

dan kardiomiosit (Gambar 2), konsep 

yang mirip diterapkan oleh Martinez-Fernandez 

dkk.40 iPS yang belum berdiferensiasi mengekspresikan 

gen-gen pluripoten (Oct3/4, Nanog) 

dengan sangat kuat dan menurun secara gradual 

hingga mencapai minimal pada hari 

diferensiasi ke-21. Seiring dengan penurunan 

ekspresi gen-gen pluripoten, terjadi upregulasi 

gen mesodermal (Brachyury, Mesp1) yang sebelumnya 

telah diekspresikan secara minimal 

pada iPS yang belum berdiferensiasi. Sementara 

itu, gen-gen endoderm (Sox17, FoxA2, AFP) 

juga terekspresi pada iPS yang telah berdiferensiasi 

sempurna. Gen penanda jaringan endodermal 

juga diteliti karena terdapat bukti 

peranan jaringan tersebut dalam jalur pensinyalan 

molekuler yang penting bagi diferensiasi 

iPS. Pada hari diferensiasi ke-10 telah dapat 

diamati upregulasi gen-gen mesoderm jantung 

(FOG-2, GATA4, Nkx2.5, Tbx5, Tbx20). Sedangkan 

pada hari yang sama pula telah terjadi upregulasi 

gen-gen spesifik kardiomiosit (MLC2v, 

MLC2a, ANF), sementara ekspresi α-MHC baru 

diekspresikan pada hari ke-21. Secara global, 

fase ekspresi gen iPS-kardiomiosit menyerupai 

ESC-kardiomiosit, kecuali derivat iPS menunjukkan 

keterlambatan downregulasi gen-gen 

Konsep generasi kardiomiosit yang sistematis 

dilakukan oleh Narazaki dkk. 41 iPS yang dihasilkan 

dikultur dalam medium kolagen IV dan sel 

stroma dan pada hari ke-4, koloni sel tersebut 

diseleksi berdasarkan ekspresi Flk1 (penanda 

sel progenitor jantung dan sel hematopoietik). 

Sel Flk1 + ini kemudian dikultur dalam medium 

diferensiasi kardiomiosit dan dinilai ekspresi 

gennya. Intensitas gen kardiomiosit spesifik 

(Nkx2.5, MHY6, Mlc2v, Mlc2a, HCN4, connexin 

40) baru muncul pada hari diferensiasi ke-4, 

sedangkan gen mesoderm jantung (Brachyury) 

telah dapat diamati pada hari diferensiasi ke- 2,5. 

Sedangkan gen penanda progenitor jantung 

(Flk1 dan Isl1) muncul pada hari ke-3,5. 

Prinsip diferensiasi iPS secara sistematis juga 

dilakukan oleh Schenke-Layland dkk. 42 iPS diarahkan 

diferensiasinya menjadi badan embryoid 

(EB) atau dikultur pada kolagen IV. Sel koloni 

yang muncul kemudian diseleksi berdasarkan 

ekspresi Flk1. Sel Flk1 + yang belum diarahkan 

diferensiasinya menjadi kardiomiosit mengekspresikan 

gen progenitor jantung seperti 

c-kit, Sca-1, Isl1, dan Nkx2.5. Setelah dikultur 

dalam medium diferensiasi kardiomiosit, sel 

Flk1+ mulai mengalami upregulasi gen-gen 

kardiomiosit dewasa, meliputi GATA4, Mef2c, 

MHY6, MHY7. Sel koloni yang berasal dari EB 

maupun kolagen IV tidak menunjukkan perbedaan 

signifikan dalam ekspresi berbagai gen 

tersebut. Proses diferensiasi iPS secara sistematis 

yang hanya menggunakan sel progenitor 

jantung bermanfaat menurunkan risiko formasi 

tumor karena sel progenitor tersebut hanya 

186 CDK 184/Vol.38 no.3/April 2011


berkomitmen menjadi kardiomiosit, sementara 

itu penggunaan iPS bersiko menimbulkan teratoma 

akibat protokol diferensiasi yang kurang 

sempurna maupun retensi gen-gen pluripoten 

embrionik. 

Akhirnya, karakterisasi genotipe iPS-kardiomiosit 

dipetakan secara jelas oleh van Laake 

dkk 43 yang menggunakan penanda molekuler 

(green fluorescent protein / GFP) yang ekspresinya 

diregulasi oleh promoter Nkx2.5 (faktor 

transkripsi kardiomiosit) pada mencit transgenik. 

iPS dengan manipulasi genetik tersebut 

berhasil berkembang menjadi EB dan mengalami 

penurunan ekspresi gen-gen pluripoten. 

Setelah diferensiasi hari ke-8, genom iPS 

diisolasi dan dibandingkan dengan genom 

ESC. Dari total 28.853 transkrip mRNA, hanya 

195 yang berbeda secara signifikan. Diantara 

transkrip tersebut, hanya 38 gen yang berbeda 

lebih dari dua kali intensitas. Analisis kemudian 

dilanjutkan dengan membandingkan perbedaan 

ekspresi gen antara berbagai tipe iPS yang 

dicurigai berbeda antara sel yang sehat dan 

berpenyakit. Berdasarkan analisis microarray, 

ternyata perbedaan antar klon iPS juga sangat 

minimal. Temuan ini menunjukkan kemiripan 

iPS dengan ESC hingga level ekspresi gen. 

Selain itu, intensitas ekspresi genetik antar klon 

iPS juga terbukti minimal. Hasil studi tersebut 

semakin mendukung aplikasi iPS sebagai alternatif 

ESC dalam aspek luas, termasuk diferensiasi 

menjadi kardiomiosit untuk kepentingan 

terapi sel dan farmakogenomik. 

Karakterisasi Fenotipe. 

Interpretasi eskpresi gen sebagai penanda fase 

perkembangan dan diferensiasi iPS menjadi 

kardiomiosit perlu ditelaah secara kritis karena 

tidak seluruh transkrip mRNA yang mengalami 

upregulasi ditranslasikan menjadi protein. Oleh 

karena itu, berbagai karakterisasi fenotipe 

dilakukan untuk mengevaluasi morfologi iPSkardiomiosit. 

Salah satu tanda bahwa fibroblas telah terprogram 

ulang menjadi iPS ialah diekspresikan antigen 

SSEA-1 dan AP sebagai ciri khas sel embrionik 

(Gambar 2). Dengan menggunakan teknologi 

immunostaining, iPS yang dihasilkan 

dari fibroblas positif terwarnai dengan antibodi 

spesifik SSEA-1 dan AP, menandakan ekspresi 

protein embrionik dan sel telah terprogram ulang 

menjadi pluripoten. 43 Sedangkan sel parental 

(fibroblas) tidak mengekspresikan protein embrionik 

saat diwarnai menggunakan teknologi 

yang sama. 28,43 

Studi lain menunjukkan ekspresi protein penanda 

pluripotensi seperti Nanog, Oct4, TRA-I- 

60, dan SSEA-4 pada sel iPS dan ESC. Namun 

antigen SSEA-1 tidak terdeteksi pada kedua 

klon. Ekspresi protein embrionik tersebut berkurang 

secara gradual seiring diferensiasi iPSC 

menjadi badan embryoid (EB). 26 

Pada fase diferensiasi berikutnya, iPSC mulai 

mengekspresikan protein penanda kardiomiosit 

spesifik, seperti formasi striae sarkomerik, 

protein kontraktil α-actinin, troponin I, troponin 

T, troponin C, dan gambaran protein gap 

junction connexin43 .29,40,42,44 Ekspresi protein 

serupa juga ditemukan pada studi Narazaki dkk. 41 

Sel progenitor jantung Flk1 + yang diseleksi dari 

koloni iPSC pada hari diferensiasi ke-8 menunjukkan 

formasi striae sarkomerik, selain positif 

terhadap pewarnaan α-actinin, connexin 43, 

HCN4, Cav3.2 (kanal kalsium tipe T), dan Kir2.1. 

Studi lain menunjukkan ekspresi protein kontraktil 

α-actinin dan Mlc-2v pada iPSC yang 

berdiferensiasi di hari ke-16. Lebih lanjut, immunostaining 

terhadap protein ANF dilakukan 

untuk mengetahui fungsi endokrin kardiomiosit 

derivat iPSC. Namun ternyata hasil pewarnaan 

negatif ditemukan pada kardiomiosit derivat 

iPSC, sedangkan pewarnaan ANF positif pada 

sel atrium derivat ESC, namun negatif pada sel 

ventrikel. Hal ini dapat mengindikasikan keterlambatan 

maturasi kardiomiosit derivat iPSC 

dibandingkan dengan ESC atau kecenderungan 

iPSC untuk berdiferensiasi menjadi sel ventrikel. 45 

Tahapan diferensiasi iPSC menjadi kardiomiosit 

diawali dengan perubahan morofologi fibroblas 

(berbentuk panjang dan pipih) menjadi 

padat dan bulat sebagai ciri khas sel embrionik 

dengan penyusutan rasio sitosol-nukleus. Perubahan 

morfologi tersebut dapat diamati 3 minggu 

pasca transduksi fibroblas menggunakan 

faktor transkripsi pluripotensi (Sox2, Klf4, Oct3/4, 

c-Myc/Lin28). 44 Koloni sel tersebut telah mengalami 

regresi menjadi iPSC dan positif terhadap 

pewarnaan gen-gen pluripotensi. 26,43 Sel-sel 

iPS ini kemudian dikultur dalam medium spesifik 

dengan protokol “hanging drop” sehingga 

berubah menjadi badan embryoid (EB) mulai 

hari ke-5 hingga hari ke-14 pasca kultur. 44 

Persentase sel iPS yang berdiferensiasi menjadi 

EB pada berbagai derivat iPSC berkisar antara 

1-10%, sedangkan efisiensi generasi EB dari 

ESC relatif lebih tinggi (maksimum 22%). 74 Pada 

hari ke-6 pasca kultur, EB mulai menunjukkan 

aktivitas berdenyut spontan (spontaneous beating 

activity) sebagai tanda bahwa EB mulai berkomitmen 

menjadi kardiomiosit dewasa. 

Pada hari ke-6 pasca kultur, hampir separuh 

EB-derivat ESC berdenyut spontan (49,7 ± 8,5%) 

sedangkan EB-derivat iPSC baru dijumpai berdenyut 

pada hari-8 dengan persentase amat 

rendah. Namun demikian, persentase EB yang 

berdenyut spontan terus mengalami peningkatan, 

baik pada ESC maupun iPSC. Pada hari 

ke-19 hingga 24, sebanyak 84 hingga 100% 

EB-derivat ESC berdenyut spontan, sedangkan 

EB-derivat iPSC yang berdenyut mencapai 

55±4,2% pada hari ke-24 pasca kultur. Jumlah 

area kontraksi atau denyutan per EB bervariasi, 

antara 1-9% pada EB-derivat ESC dan 1-15% 

pada EB-derivat iPSC. Namun secara keseluruhan, 

EB-derivat iPSC memiliki jumlah denyutan 

per EB yang lebih rendah dengan ukuran dan 

morfologi yang lebih kecil rerata diameter 

300-400 µm) dibandingkan dengan EB-derivat 

ES. Temuan ini konsisten dengan ekspresi 

mRNA troponin T sel iPSC yang lebih rendah 

3-5 kali daripada ESC sehingga menghasilkan 

kardiomiosit dengan ukuran yang lebih kecil 

dengan fungsionalitas inferior terhadap EBderivat 

ESC. 29,40 

Selain metode immunostaining dan kemampuan 

formasi EB, evaluasi morfologi dan fenotipe 

iPSC meliputi formasi teratoma dan kemampuan 

membentuk chimaera saat diinjeksikan 

pada ESC fase morula-blastula. Metode 

yang terakhir merupakan salah satu kriteria 

tertinggi untuk menguji validitas sel embrionik, 

termasuk iPSC karena injeksi ESC pada embryo 

fase blastula (8 sel) dapat menghasilkan 95- 

100% chimaera (organisme dengan struktur 

genom yang heterogen dan berbeda dengan 

induknya) yang didominasi oleh ekspresi ESC 

yang diinjeksikan. 46 Sehingga, konsep ini seharusnya 

berlaku pula pada iPSC yang memiliki 

sifat-sifat embrionik dan pluripotensi. 

Injeksi iPSC pada mencit NOD-SCID secara 

subkutan dan intramuskuler sebanyak 500.000 

sel menyebabkan formasi teratoma beberapa 

minggu kemudian. Pada pemeriksaan histologi 

ditemukan 3 turunan sel (cell lineage) yakni 

endoderm (epitel glandular), ektoderm (epitel 

keratin), dan mesoderm (jaringan ikat mesenkimal). 

28,44 Studi lain juga menemukan formasi 

teratoma dengan komposisi sel yang beragam, 

meliputi nestin [progenitor neuron], rosette 

neuron, jaringan adiposa, kartilago, otot, dan 

epitel setelah dilakukan protokol percobaan 

yang sama. 43 

Kriteria formasi chimaera diawali dengan koinkubasi 

iPSC bersama dengan morula yang telah 


187


terdenudasi (metode ini disebut agregasi diploid 

non-koersi). Dalam 24 jam, telah terbentuk 

blastosis campuran antara sel induk dengan 

iPSC. 40 Blastosis chimaera ini kemudian ditransplantasikan 

pada uterus mencit surrogate (mencit 

yang dimanfaatkan sebagai sarana pertumbuhan 

embryo namun bukan merupakan induk 

biologisnya) dan mampu berkembang dengan 

baik dalam organogenesis. 40 Nelson dkk 28 menggunakan 

iPSC berlabel lacZ untuk menandai 

kontribusi sel tersebut dalam embryogenesis 

chimaera. Hasilnya, setelah 9,5 hari pos coitum 

(day post coitum / dpc), iPSC berperan dalam 

formasi organ jantung, meliputi cardiac inflow 

(vena cava superior-inferior, vena pulmonalis) 

dan outflow tracts (aorta, arteri pulmonalis) yang 

menunjukkan kemampuan iPSC dalam organogenesis 

secara de novo. Sedangkan agregasi 

diploid in utero menggunakan iPSC menunjukkan 

kontribusi sel tersebut terhadap kardiogenesis 

sejak 8 dpc hingga teramati dalam 

formasi cardiac inflow dan outflow tracts pada 

9,5 dpc. Saat mencit dilahirkan, tidak terdapat 

perbedaan fisik antara mencit kontrol dan 

chimaera produk integrasi iPSC, kecuali warna 

bulu yang mosaik. Evaluasi ekspresi luciferase 

transgenik menunjukkan intensitas chimaerism 

yang tinggi pada mencit chimaera. Akhirnya, 

ekokardiografi transtoraks pada jantung mencit 

chimaera menunjukkan struktur atrium, ventrikel, 

katup, dan pembuluh darah besar serta fungsi 

sistole-diastole yang normal bila dibandingkan 

dengan mencit kontrol. 44 

Karakterisasi Fungsional. 

Peningkatan ekspresi gen spesifik dan perubahan 

morfologi iPSC menjadi kardiomiosit perlu 

dibuktikan secara fungsional. Kardiomiosit derivat 

iPSC harus mampu menunjukkan aktivitas 

kontraksi ritmis, fluktuasi berbagai ion yang berperan 

dalam aksi potensial (natrium, kalium, dan 

kalsium), dan kemampuan meregenerasi kardiomiosit 

yang mengalami infark (Gambar 2). 

Analisis aksi potensial (AP) terhadap EB derivat 

iPSC (hari ke-56 sampai 70 pasca formasi) menggunakan 

multielectrode array menunjukkan 

tiga tipe AP, yakni ventrikel, atrium, dan nodal. 

Persentase EB dengan AP ventrikel, atrium, dan 

nodal tidak jauh berbeda antara iPSC dengan 

ESC (70%; 10%; 20% vs. 60%; 20%; 20%). 27 

Studi lain menunjukkan bahwa EB yang mengalami 

kontraksi spontan menghasilkan ritme 

kontraksi yang seragam, mengindikasikan aktivitas 

AP yang koordinatif. 44 Lebih lanjut, aktivitas 

AP direkam menggunakan voltage-clamp 

dan saat depolarisasi membran terdapat perubahan 

elektrisitas sel dari -100 mV menjadi 60 mV. 

Hal ini menunjukkan aliran arus internal dan 

eksternal dari kardiomiosit derivat iPSC yang 

tidak dijumpai pada fibroblas. Untuk membuktikan 

bahwa arus internal diregulasi oleh ion 

kalsium, ion tersebut dieliminasi dari kardiomiosit 

yang bersangkutan. Hasilnya, AP dan arus 

internal tidak terdeteksi. 44 

Sementara itu, ion kalsium dijumpai meningkat 

secara homogen pada kardiomiosit derivat 

iPSC dan ESC pada hari ke-3 hingga 7 pasca 

kontraksi spontan menggunakan mikroskop 

laser konfokal, yang mengindikasikan regulasi 

pelepasan ion kalsium secara optimal dari 

deposit kalsium intraseluler. 29 Saat dimuat 

dengan kalsium yang selektif terhadap probe 

Fluoro-4AM, sel menghasilkan aktivitas listrik 

(transients) ritimis yang konsisten terhadap 

influks-efluks kalsium saat diastolik dan sistolik. 

Amplitudo aktivitas listrik ion kalsium antara 

kardiomiosit derivat iPSC dan ESC tidak berbeda 

signifikan (281 ± 23 nmol/L vs. 298 ± 24 

nmol/L) 29 , termasuk dalam batasan normal 

seperti yang dijumpai pada kardiomiosit orang 

dewasa. 47 Selain itu, dapat dijumpai koloni sel 

yang berkontraksi secara sinkron yang mengindikasikan 

adanya komunikasi antara sel di 

antara sinsitium. 44 

Dalam studi lain dijelaskan analisis fisiologi EB 

yang berdenyut spontan menggunakan teknologi 

multielectrode array (MEA). EB hasil derivasi 

iPSC diisolasi dan ditempatkan pada plat MEA 

yang terdiri dari elektroda dan dapat merekam 

aktivitas elektris ekstraseluler. Hasil elektrogram 

menunjukkan perkembangan sinsitium fungsional 

dengan aktivitas pacemaker yang stabil, 

disertai propagasi AP yang tersinkronisasi. 26 

Kardiomiosit dewasa memiliki sistem neuroendokrin 

yang baik dan dapat merespon agen 

β-adrenergik dan muskarinik secara fisiologis. 

Oleh karena itu, kriteria ini perlu diujikan pada 

kardiomiosit derivat iPSC untuk mengetahui 

kemiripan fungsi dengan kardiomiosit dewasa. 

Kuzmenkin dkk 45 menggunakan carbachol 

(CCh / analog sintetik asetilkolin) untuk menilai 

fungsi reseptor muskarinik di awal formasi EB 

(EDS) dan fase akhir diferensiasi kardiomiosit 

(LDS). Hasilnya, CCh menurunkan aktivitas AP 

sebesar 26,7 ± 9,2% di awal formasi EB dan 

persentasenya meningkat hingga 39,7 ± 11,7% 

pada fase akhir diferensiasi kardiomiosit. Kronotropi 

negatif yang dihasilkan oleh pemberian 

CCh menghilang saat periode washout. 

Hasil percobaan ini diamati pula pada kardiomiosit-derivat 

ESC dan kardiomiosit fetus. 

Gambar 2. Sistem identifikasi iPS berdasarkan genotipe, fenotipe, dan kapasitas fungsional 

(diadaptasi dari: Nelson dkk 28 ; Schenke-Layland dkk 42 ). 

188 CDK 184/Vol.38 no.3/April 2011


Pengujian dilanjutkan dengan pemberian isoproterenol 

(Iso/agonis β-adrenergik) 1µM pada 

EDS dan LDS. Frekuensi AP meningkat hingga 

118,7 ± 27,6% saat EDS dan 89,3 ± 28,6% saat 

LDS. Efek Iso hilang setelah periode washout, 

mengindikasikan kemampuan autoregulasi 

neuroendokrin kardiomiosit-derivat iPSC yang 

optimal. Efek kronotropi positif ini juga diamati 

pada kardiomiosit-derivat ESC dan kardiomiosit 

fetus dengan perbedaan yang tidak 

signifikan. Berikutnya, diberikan lidokain dan 

nifedipine yang masing-masing merupakan 

blocker kanal ion natrium dan kalsium tipe L. 

Hasilnya, seluruh blocker memberikan efek 

kronotropi negatif pada kardiomiosit-derivat 

iPSC. Lidokain menurunkan frekuensi AP secara 

signifikan sebesar 80,2 ± 13,7% dan Vmaks 

sebesar 55,9 ± 13,1 %. Efek blocker hilang 

setelah periode washout. 

Evaluasi AP dan arus listrik ion kalsium saat 

distimulasi CCh dan Iso juga dilakukan menggunakan 

teknologi MEA. Kardiomiosit-derivat 

iPSC ditempatkan pada plat MEA berisi elektrode 

yang dapat merekam aktivitas elektrik 

sel. Kemudian diberikan 1 µmol/L Iso dan 10 µ 

mol/L CCh pada kesempatan yang terpisah. 

Frekuensi AP sel meningkat signifikan dibandingkan 

kondisi awal (saat pemberian Iso) dan 

menurun saat pemberian CCh. Pemberian kedua 

agen ini secara bersamaan mampu memblok 

efek Iso sehingga terjadi penurunan AP. Hal ini 

terjadi karena konsentrasi CCh 10 kali lebih tinggi 

dibandingkan Iso. Hasil percobaan ini komparabel 

dengan kardiomiosit derivasi ESC. 29 

Akhirnya, kemampuan fungsional kardiomiosit 

yang dihasilkan dari sel iPSC perlu diuji secara 

in vivo sebagai kriteria tertinggi dan terpenting. 

Kemampuan sel tersebut untuk meregenerasi 

area infark pada jantung adalah outcome 

terakhir yang harus dipenuhi apabila hendak 

mempertimbangkan teknologi sel iPS untuk 

kepentingan terapi (Gambar 2). Pertanyaan ini 

dijawab oleh studi Nelson dkk 28 dengan menginduksi 

iskemia dan infark pada jantung mencit 

imunokompeten. Ligasi arteri koroner kiri menyebabkan 

oklusi ireversibel pada aliran darah 

epikardium. Hal ini menyebabkan terganggunya 

pergerakan dinding anterior (impaired anterior 

wall motion), penurunan fungsi jantung secara 

global (depressed global cardiac function), dan 

penurunan fraksi ejeksi (ejection fraction / EF) 

dari 82 ± 3% sebelum infark menjadi 38 ± 3%, 

sehari setelah infark. Iskemi myokardium dikonfirmasi 

menggunakan EKG, ekokardiografi, dan 

perubahan warna dinding ventrikel. 

Sebanyak 200.000 sel fibroblas maupun iPSC 

ditransplantasikan pada area iskemia, 30 menit 

setelah ligasi. Hasilnya, kelompok terapi fibroblas 

tetap menunjukkan penurunan EF secara 

persisten menjadi 37 ± 4% setelah 4 minggu. 

Sementara itu, terapi iPSC memperbaiki kontraktilitas 

jantung dan meningkatkan EF hingga 

56 ± 22% (minggu ke-2) dan 50 ± 5% (minggu 

ke-4). Perbaikan klinis lainnya meliputi pemendekan 

fraksional yang meningkat (20 ± 1% 1 

hari pos-infark vs. 31 ± 3% 4 minggu pos-infark). 

Lebih lanjut, ketebalan dinding septum regional 

(regional septal wall thickness) mengalami perbaikan 

dengan terapi iPSC, namun tidak dengan 

pemberian fibroblas (1,31 ± 0,11 mm; median 

1,20 mm vs. 0,88 ± 0,06 mm;median 0,90 mm; 

P=0,006). Penurunan kontraktilitas jantung di 

area dinding anterior yang iskemik menyebabkan 

daerah akinetik dan pergerakan (motion) 

dinding jantung sistolik yang mengindikasikan 

aneurisma pada kelompok terapi fibroblas. 

Sebaliknya, terapi iPSC menimbulkan kontraksi 

jantung konsentrik dan koordinatif seperti yang 

divisualisasikan pada pencitraan aksis panjang 

dan pendek. Berdasarkan temuan ini, terapi kardiomiosit-derivat 

iPSC mampu memperbaiki kinerja 

fungsional setelah infark miokard akut (IMA). 

Lebih lanjut, peneliti juga mengevaluasi efek 

terapi iPSC terhadap pathological remodelling 

jantung pasca infark. Hal ini sering dijumpai 

secara klinis pada pasien IMA (remodelling maladaptif 

akibat adanya area akinetik) sehingga menimbulkan 

komplikasi sekunder berupa gagal 

jantung yang memiliki prognosis buruk. Hasilnya, 

diameter ventrikel kiri saat diastolik (left ventricular 

diastolic diameter/LVDd) meningkat pada 

kelompok fibroblas dan iPSC, namun lebih terhambat 

pada grup iPSC (3,2 ± 0,1 mm; median 

3,1 mm [pre-infark] menjadi 4,9 ± 0,1 mm; 

median 4,9 mm [fibroblas] vs. 4,2 ± 0,2 mm; 

median 4,2 mm [iPSC]). Pencitraan ekokardiografi 

meunjukkan defisit struktur regional 

(regional structural deficits) dengan penipisan 

dinding dan dilatasi ruang jantung pada kelompok 

fibroblas. Sedangkan hal tersebut dijumpai 

secara minimal pada kelompok terapi 

iPSC. Remodelling struktural patologis ini mengganggu 

kestabilan elektrofisiologi sehingga 

mengakibatkan pemanjangan interval QT yang 

meningkatkan risiko aritmia. Kelompok fibroblas 

mengalami peningkatan interval QT dari 

28,9 ± 1,4 ms (median 28,1 ms) menjadi 55,9 ± 

1m3 ms (median 55,8 ms). Sedangkan interval 

QT meningkat minimal pada iPSC (40,8 ± 1,3 

ms; median 40,3 ms). Seluruh hasil klinis ini dikonfirmasi 

oleh hasil otopsi dengan pemeriksaan 

makroskopik yang menunjukkan ukuran jantung 

lebih kecil serta tidak terdapat formasi 

aneurisma maupun penipisan dinding jantung 

pada kelompok terapi iPSC dibandingkan 

fibroblas. 

Keamanan Prosedur dan Kualitas iPSC. 

Keamanan prosedur reprogramming dan kualitas 

iPSC harus dipastikan sebelum teknologi 

iPSC dapat diterapkan secara klinis, terutama 

sebagai sumber regenerasi kardiomiosit pada 

terapi IMA. Mekanisme konvensional reprogramming 

iPSC melibatkan penggunaan vektor retrovirus 

dan integrasi transgen ke dalam 

genom sel somatik sehingga berisiko memicu 

terjadinya mutagenesis insersional dan 

pembentukan teratoma. Penggunaan faktor 

transkripsi onkogenik juga dapat meningkatkan 

risiko tumorigenesis pasca transplantasi 

sel-sel derivat iPSC. Namun, mekanisme 

reprogramming iPSC yang lebih aman tanpa 

penggunaan vektor retrovirus dan faktor 

transkripsi onkogenik telah berhasil 

dikembangkan. 48-50 

Stadtfeld dkk 50 berhasil mendemonstrasikan 

mekanisme reprogramming iPSC pada fibroblast 

dan sel hati dengan menggunakan vektor 

adenovirus. 50 iPSC yang dihasilkan dengan metode 

ini juga menunjukkan kesamaan karakteristik 

dengan hESC. Di samping itu, analisis PCR 

dan Southern Blot tidak menunjukkan bukti 

adanya integrasi transgen ke dalam genom 

iPSC. Sementara itu, Woltjen dkk telah berhasil 

mengembangkan metode penghantaran transgen 

dengan menggunakan sistem PiggyBac 

(PB) transposon/transposase.51 Dalam metode 

tersebut, transgen faktor reprogramming Oct4, 

Sox2, Klf4, dan c-Myc ditransfer ke dalam plasmid 

PB-TET transposon (PB-TET-mFX) di bawah 

kendali transkripsional TetO2 tetracycline/doxycycline 

inducible promoter. Menariknya, insersi 

PB dapat dieliminasi dari genom iPSC dengan 

memanfaatkan aktivitas eksisi PB transposase 

ketika klon iPSC telah berhasil dibentuk. 

Yu dkk melaporkan bahwa iPSC juga dapat 

dihasilkan melalui transfeksi oriP/EBNA1 (Epstein- 

Barr Nuclear Antigen-1) episomal-based vectors 

pada fibroblast. 49 oriP/EBNA1 sangat ideal untuk 

penghantaran transgen faktor reprogramming 

karena plasmid ini dapat ditansfeksikan secara 

langsung tanpa memerlukan penghantar virus 

dan dapat dieliminasi dari iPSC yang telah dihasilkan 

sehingga integrasi transgen ke dalam 

genom iPSC dapat dihindari. Transfeksi plamid 

yang membawa unit DNA komplementer (cDNA) 


189


terbukti mampu menghasilkan iPSC yang memiliki 

kesamaan karakterisitik dengan ESC dan 

terbebas dari integrasi plasmid. 48,52 Zhou dkk 

berhasil mendemonstrasikan bahwa transfeksi 

protein rekombinan juga dapat digunakan untuk 

menginduksi proses reprogramming iPSC. 53 

Dalam metode tersebut, fusi domain transduksi 

protein poly-arginin pada ujung C terminus 

faktor transkripsi Oct4, Sox2, Klf4, dan c-Myc 

dapat menghasilkan protein rekombinan yang 

mampu mempenetrasi sel, mengalami translokasi 

ke dalam nukleus, dan tetap stabil dalam 

sitoplasma. Protein rekombinan menawarkan 

metode reprogramming iPSC yang aman tanpa 

melibatkan sedikitpun modifikasi struktur 

genom sel. Selain itu, iPSC yang dihasilkan juga 

memiliki kesamaan karakteristik dengan hESC. 

Selain penggunaan vektor retrovirus, faktor 

transkripsi onkogenik seperti c-Myc dan Klf4 

juga harus dihindari. Penelitian pada hewan uji 

coba menunjukkan bahwa reaktivasi c-Myc 

pada sel-sel derivat iPSC dapat meningkatkan 

risiko tumorigenesis pada mencit chimaera. 20 

Namun, iPSC dapat dihasilkan tanpa penggunaan 

c-Myc dan Klf4. 49,54 Lin28 dan Nanog dapat 

digunakan sebagai faktor reprogramming pengganti 

c-Myc dan Klf4 dan tetap menghasilkan 

iPSC dengan karakteristik yang menyerupai 

hESC meskipun dengan efisiensi yang lebih 

rendah. 13 Efisiensi reprogramming iPSC tanpa 

penggunann c-Myc selanjutnya dapat ditingkatkan 

dengan menggunakan inhibitor HDAC 

(Histone Deacetylase), seperti asam valproat 

(VPA). 24 iPSC yang dihasilkan dengan menggunakan 

Oct4, Sox2, dan VPA juga menunjukkan 

kesamaan karakteristik dengan hESC. 

Pada kondisi in vivo, injeksi subkutan iPSC pada 

mencit imunodefisien (SCID mice) menyebabkan 

terbentuknya teratoma yang tersusun atas 

sel-sel komponen 3 lapisan germinal, seperti 

sel-sel epitel usus, otot lurik, tulang rawan, adiposa, 

sel saraf, dan epidermis. 20,36 Okita dkk 20 

berhasil membuktikan kapasitas diferensiasi iPSC 

secara in utero pada model hewan uji coba. 

Injeksi murine iPSC ke dalam blastosist mencit 

berhasil membentuk mencit chimaera. Analisis 

pada mencit chimaera menunjukkan bahwa selsel 

derivat murine iPSC terdistribusikan dalam 

berbagai jaringan tubuh mencit chimaera, seperti 

otak, paru-paru, hati, ginjal, lambung, limpa, 

otot, kulit, dan gonad. 20 iPSC juga berkontribusi 

dalam membentuk sel-sel germinal pada mencit 

uji coba, seperti pada pembentukan spermatozoa. 

20 Dengan demikan, dapat disimpulkan 

bahwa iPSC merupakan sel pluripoten dengan 

karateristik yang sangat menyerupai hESC. 

SIMPULAN DAN SARAN 

Berdasarkan analisis dan sintesis atas permasalahan 

yang dikaji, dapat disimpulkan beberapa 

hal, yakni (1) iPSC merupakan sel pluripoten 

yang dapat dihasilkan dari sel somatik yang 

telah berdiferensiasi melalui teknologi cellular 

reprogramming, (2) profil epigenetik iPSC menunjukkan 

aktivasi transkripsi gen-gen regulator 

sifat pluripotensi dan pembaruan diri (self 

renewal) serta penekanan ekspresi gen-gen yang 

aktif pada proses diferensiasi, (3) karakteristik 

pluripotensi iPSC sangat menyerupai hESC, baik 

karakteristik morfologi, karyotipe, kapasitas proliferasi, 

profil ekspresi gen, status epigenetik, 

penanda antigen permukaan, dan kapasitas di- 

ferensiasinya, (4) kardiomiosit hasil derivasi 

iPSC berhasil dikarakterisasi secara genotipe, 

fenotipe, dan kapasitas fungsional dan terbukti 

identik dengan kardiomiosit dewasa. Selain itu, 

kardiomiosit tersebut mampu meregenerasi area 

infark dan mempertahankan struktur jantung 

dari remodeling penyebab gagal jantung saat 

diujicobakan secara in vivo pada model hewan 

dengan infark miokardium akut. 

Sedangkan beberapa rekomendasi yang dapat 

diberikan, meliputi (1) prosedur regenerasi kardiomiosit 

tanpa faktor transkripsi onkogenik 

c-Myc meningkatkan keamanan sel yang diproduksi, 

tetapi perlu diteliti mengenai kesamaan 

fungsionalitasnya dalam regenerasi area infark 

serta kapasitas prevensi gagal jantung secara in 

vivo dibandingkan dengan sel yang dihasilkan 

menggunakan c-Myc, (2) adanya kecenderungan 

keterlambatan penurunan ekspresi gen-gen 

pluripoten pada kardiomiosit-derivat iPSC dibandingkan 

ESC perlu dikaji lebih lanjut, apakah 

keterlambatan tersebut disebabkan oleh overekspresi 

gen c-Myc atau karena faktor lain, 

mengingat pemanjangan aktivasi transgen 

hanya berkontribusi kecil terhadap ekspresi 

c-Myc (< 0,02%), (3) diperlukan standardisasi 

dan guideline mengenai protokol evaluasi keamanan 

kardiomiosit hasil derivasi iPSC (menggunakan 

RT PCR, gene sequencing, analisis 

microarray, dan prosedur lainnya) untuk memastikan 

bahwa sel tersebut telah berdiferensiasi 

secara sempurna dan tidak terdapat risiko 

formasi teratoma dalam jangka panjang, (4) 

apabila format efisiensi, keamanan, dan efektivitas 

kardiomiosit-derivat iPSC telah terdefinisikan 

dan terklasifikasi dengan benar, maka 

diperlukan inisiatif untuk memulai penelitian 

klinis pada manusia (phase I human trial). 

DAFTAR PUSTAKA. 

1. Shaw LJ, Bugiardini R, Merz NB. Women with ischemic heart disease: evolving knowledge. J Am Coll Cardiol; 2009: 54: 1561-75. 

2. Boyle AJ, Jaffe AS. Acute myocardial infarction. In: Crawford MH, editor. Current diagnosis and treatment. 3rd edition. International edition: Lange McGraw Hill; 2009. p. 51-71. 

3. Jessup M, Brozena S. Heart failure. N Eng J Med 2003; 348: 2007-18. 

4. Wu KH, Liu YL, Zhou B, Han ZC. Cellular therapy and myocardial tissue engineering: the role of adult stem and progenitor cells. European Journal of Cardio-thoracic Surgery 2006; 30: 770-81. 

5. Wollert KC, Drexler H. Cell therapy for the treatment of coronary heart disease: a critical appraisal. Nature Review Cardiology 2010; 7: 204-15. 

6. Wang F, Guan J. Cellular cardiomyoplasty and cardiac tissue engineering for myocardial therapy. Advanced Drug Delivery Reviews 2010; 62: 784-97. 

7. Laflamme MA, Murry CE. Regenerating the heart. Nature Biotechnology 2005; 23: 845-56. 

8. Reinecke H, Murry CE. Taking the death toll after cardiomyocyte grafting: a reminder of the importance of quantitative biology. J Mol Cell Cardiol 2002; 34: 251-3. 

9. Klug MG, Soonpaa MH, Koh GY, Field LJ. Genetically selected cardiomyocytes from differentiating embryonic stem cells form stable intracardiac grafts. J Clin Invest 1996; 98: 216-24. 

10. Das S, Bonaguidi M, Muro K, Kessler JA. Generation of embryonic stem cells: limiations of and alternatives to inner cell mass harvest. Neurosurg Focus 2008; 24: E4. 

11. Vasa M, Fichtscherer S, Aicher A, Adler K, Urbich C, Martin H, et al. Number and migratory activity of circulating endothelial progenitor cells inversely correlate with risk factors for coronary 

artery disease. Circulation Research 2001; 89: E1-E7. 

12. Takahashi K. Induction of pluripotent stem cells from adult human fibroblasts by defined factors. Cell 2007;131:861-72. 

13. Yu J. Induced pluripotent stem cell lines derived from human somatic cells. Science 2007;318:1917-20. 

14. Maehr R, et al. Generation of pluripotent stem cells from patients with type 1 diabetes. Proc. Natl Acad. Sci. USA 2009;106:15768-773. 

15. Itskovitz-Eldor J, Schuldiner M, Karsenti D, Eden A, Yanuka O, Amit M, et al. Differentiation of human embryonic stem cells into embryoid bodies compromising the three embryonic germ 

layers. Mol Med 2000;6(2):88-95. 

16. Park IH, Zhao R, West JA, Yabuuchi A, Huo H, Ince TA et al. Reprogramming of human somatic cells to pluripotency with defined factors. Nature 2008;451:141-46. 

17. Mikkelsen TS. Dissecting direct reprogramming through integrative genomic analysis. Nature 2008;454:49-55. 

18. Bernstein BE. A bivalent chromatin structure marks key developmental genes in embryonic stem cells. Cell 2006;125:315-26. 

( Rincian Daftar Pustaka lainnya ada pada redaksi ) 

190 CDK 184/Vol.38 no.3/April 2011

08_184Derivasikardiomiosit - Kalbe

Create successful ePaper yourself

Delete template?

Save as template?