Tim Tsinghua Kembangkan Model Embrio Tikus dengan Jaringan Jantung Berdetak dari Sel Punca yang Diinduksi Secara Kimia

Sel yang diatur ulang secara kimia berkembang menjadi model embrio terorganisasi

Tim Universitas Tsinghua yang dipimpin peneliti sel punca Ding Sheng mengembangkan model embrio tikus dari sel punca yang diinduksi secara kimia. Model tersebut menghasilkan sel darah, pembuluh darah yang berkembang, garis keturunan awal sel reproduksi, serta jaringan jantung yang mampu berkontraksi secara ritmis. Penelitian yang diterbitkan di Nature pada 14 Oktober 2026 ini menelusuri perkembangan sejak tahap sebelum implantasi hingga awal pembentukan organ, seluruhnya di luar rahim.

Model-model tersebut sangat menyerupai embrio tikus alami pada hari ke-8,5 masa embrio, yang dikenal sebagai E8.5. Menurut studi Nature berjudul Modelling mouse embryogenesis from chemically induced totipotent stem cells, setelah dikultur lebih lama, jaringan jantung fungsionalnya menjadi sangat sebanding dengan jaringan pada embrio alami di tahap E10.5.

Ding, dekan pendiri Fakultas Ilmu Farmasi Tsinghua, dan rekan-rekannya memulai penelitian dengan satu jenis sel yang diinduksi secara kimia, bukan sperma dan sel telur. Dalam kondisi kultur yang sesuai, sel-sel ini mengorganisasi diri menjadi struktur yang mencakup jaringan tubuh yang sedang berkembang serta jaringan pendukung yang biasanya terbentuk di luarnya.

Pencapaian utamanya adalah kesinambungan: populasi sel awal yang sama menghasilkan tahapan-tahapan perkembangan awal secara berurutan, alih-alih membentuk bagian-bagian jaringan yang terpisah. Belum ada tikus utuh yang dihasilkan. Penelitian ini membangun sistem eksperimental untuk menyelidiki bagaimana perkembangan awal berlangsung dan pada tahap mana proses itu dapat gagal.

Perubahan akibat pengaturan ulang secara kimia

Sel awal ini disebut sel punca totipoten terinduksi secara kimia, atau ciTotiSC. Totipotensi menggambarkan kemampuan untuk menghasilkan berbagai jenis sel tubuh sekaligus jaringan pendukung yang diperlukan bagi perkembangan, termasuk jaringan yang berkontribusi pada pembentukan plasenta. Pada tikus, sel telur yang telah dibuahi dan sel-sel embrio paling awal memiliki rentang perkembangan istimewa ini.

Sel punca pluripoten memiliki rentang yang lebih sempit: sel-sel ini dapat menghasilkan beragam jenis sel tubuh, sedangkan totipotensi juga mencakup garis keturunan pendukung di luar embrio. Tim Ding menggunakan bahan kimia untuk mendorong sel punca pluripoten tikus menuju keadaan yang lebih awal tersebut. Makalah terbaru menyebut sel awal mereka menyerupai sel totipoten.

Dengan demikian, proses eksperimental ini terdiri atas beberapa tahap. Peneliti membentuk populasi sel punca yang sesuai, mengubah keadaannya secara kimia, lalu menyediakan kondisi agar sel-sel tersebut dapat memulai perkembangan yang terorganisasi. Eksperimen awal yang menjadi landasan penelitian menggunakan sel punca pluripoten tikus sebagai bahan awal langsung.

Istilah satu jenis sel juga menjadi bagian penting dari hasil ini. Banyak model embrio bergantung pada penggabungan beberapa populasi sel terspesialisasi. Dalam penelitian ini, satu jenis sel terinduksi menyediakan berbagai garis keturunan yang dibutuhkan untuk membangun model, sementara sel-selnya secara bertahap mengambil peran berbeda seiring berjalannya perkembangan.

Perkembangan model dari kumpulan sel hingga organ awal

Model Tsinghua melewati tahap-tahap yang menyerupai morula, yaitu kumpulan sel padat pada tahap awal, dan blastokista, struktur dengan rongga dan populasi sel yang berbeda. Peneliti menemukan bahwa struktur blastokista mereka menyerupai blastokista alami, baik dari segi bentuk maupun pemisahan sel ke dalam garis keturunan perkembangan yang berbeda.

Blastokista alami biasanya berimplantasi di rahim sebelum berkembang lebih lanjut. Sistem laboratorium ini mendukung perkembangan berkelanjutan di luar rahim, sehingga peneliti dapat mengamati proses yang biasanya berlangsung di dalam tubuh induk.

Gastrulasi merupakan salah satu tonggak utama. Pada tahap ini, sel-sel tersusun ulang menjadi tiga lapisan dasar yang menjadi asal jaringan seperti sistem saraf, otot, dan usus. Model tersebut juga membentuk sumbu embrio, yakni susunan spasial yang membantu menentukan lokasi terbentuknya berbagai bagian tubuh.

Pembentukan sel darah dan perkembangan organ awal menyusul. Para penulis studi tersebut, yang menjelaskan urutan perkembangan dalam makalah mereka di Nature, menulis:

EM turunan ciTotiSC (ciToti-EM) yang dihasilkan berhasil melewati tonggak-tonggak utama perkembangan, termasuk gastrulasi, pembentukan sumbu embrio, hematopoiesis, dan organogenesis awal, serta sangat menyerupai embrio alami (NE) pada hari ke-8,5 masa embrio (E8.5).

E8.5 dan E10.5 merujuk pada tahap perkembangan embrio tikus alami yang digunakan sebagai pembanding. Model embrio secara keseluruhan menyerupai embrio E8.5, sedangkan perbandingan dengan E10.5 pada tahap berikutnya merujuk pada jaringan jantung setelah kultur diperpanjang. Kedua tolok ukur tersebut menggambarkan aspek eksperimen yang berbeda.

Landasannya adalah campuran tiga bahan kimia

Tim Ding meletakkan dasar penelitian ini melalui riset yang pertama kali diterbitkan secara daring pada 21 Juni 2022 dan kemudian dimuat dalam edisi Nature Mei 2023, volume 617, halaman 792–797. Studi induksi kimia terdahulu itu menetapkan kondisi untuk menghasilkan dan mempertahankan ciTotiSC dari sel punca pluripoten tikus.

Campuran tersebut mengandung TTNPB, 1-azakenpaullone, dan WS6, yang secara kolektif disebut TAW. TTNPB adalah analog asam retinoat, sedangkan WS6 menghambat enzim tertentu yang disebut kinase. Molekul kecil semacam ini dapat mengubah sinyal di dalam sel dan memengaruhi program perkembangan yang aktif.

Dalam tiga jenis pengukuran, sel-sel terinduksi tersebut menyerupai sel embrio tikus pada tahap dua sel: aktivitas gen, regulasi kimia yang berkaitan dengan DNA, serta molekul-molekul yang terlibat dalam metabolisme. Secara keseluruhan, pengukuran ini memberi peneliti beberapa cara untuk menilai perubahan keadaan sel.

Tim tersebut juga menyuntikkan sel-sel itu ke dalam embrio pada tahap delapan sel. Sel yang dimasukkan berkontribusi secara efisien pada garis keturunan embrionik maupun ekstraembrionik. Eksperimen itu menguji kontribusi perkembangan sel di dalam embrio yang sudah ada; penelitian terbaru justru menelusuri model yang dihasilkan hanya dari jenis sel terinduksi tersebut.

Mempertahankan sel dalam jangka panjang juga merupakan bagian penting dari penelitian terdahulu. Pasokan sel yang stabil memberi ilmuwan kesempatan berulang untuk menyelidiki keadaan awal yang sama, alih-alih bergantung pada jendela singkat ketika keadaan tersebut terjadi secara alami.

Tiga publikasi menelusuri kemajuan bidang ini

Perjalanan menuju hasil terbaru mencakup penelitian awal tim Tsinghua tentang induksi sel serta pendekatan kimia berbeda yang dikembangkan para peneliti di institusi lain. Tanggal publikasi membantu membedakan kemajuan yang menggunakan istilah serupa tetapi berawal dari sel yang berbeda.

• 21 Juni 2022: Tim Ding menerbitkan secara daring metode kimia untuk menginduksi dan mempertahankan ciTotiSC. Makalah tersebut kemudian dimuat di Nature pada Mei 2023.
• 7 Agustus 2025: Peneliti yang berafiliasi dengan Laboratorium Nasional Guangzhou, Universitas Kedokteran Guangzhou, Universitas Fudan, Universitas Westlake, dan institusi lain menerbitkan pendekatan sel pendiri embrio secara daring di Cell.
• 14 Oktober 2026: Makalah tim Tsinghua di Nature menguraikan perkembangan model embrio berkesinambungan dari ciTotiSC, termasuk pembentukan organ awal dan jaringan jantung fungsional.

Arah umum penelitian ini adalah pengendalian identitas sel secara kimia. Eksperimen-eksperimen tersebut berbeda dalam keadaan perkembangan yang diinduksi, kondisi kimia yang digunakan, dan bukti yang disajikan mengenai perkembangan selanjutnya.

Pendekatan berbeda mencapai tahap perkembangan yang serupa

Studi Cell tahun 2025 berjudul A complete model of mouse embryogenesis through organogenesis enabled by chemically induced embryo founder cells menghasilkan sel yang menyerupai sel embrio tikus pada tahap 8 hingga 16 sel. Para peneliti menyebutnya sel pendiri embrio terinduksi, atau iEFC.

Kondisi induksi K4 mereka menggunakan CHIR99021, penghambat ALK5 E6165452, dan agonis RARα AM580. Resep ini berbeda dari campuran TAW yang terkait dengan penelitian ciTotiSC Tsinghua dan menargetkan identitas perkembangan awal yang berbeda.

iEFC membentuk model blastokista, yang disebut blastoida, dengan efisiensi 95%. Dalam eksperimen yang menggabungkannya dengan embrio alami, efisiensi yang dilaporkan untuk menghasilkan embrio kimera dengan kontribusi pada jaringan embrionik dan ekstraembrionik berkisar antara 47% hingga 73%. Kimera mengandung sel dari populasi awal yang berbeda.

Angka 95% merujuk pada pembentukan blastoid, sedangkan rentang 47% hingga 73% berkaitan dengan eksperimen kimera. Masing-masing mengukur hasil eksperimen yang berbeda, dan keduanya berasal dari studi iEFC.

Model-model tersebut mencapai bentuk yang sebanding dengan embrio alami pada E8.5–E8.75. Model itu membentuk enam hingga 14 pasang somit, yakni blok jaringan berulang yang terlibat dalam pembentukan struktur seperti tulang belakang dan otot rangka. Peneliti juga menjelaskan adanya tabung jantung yang melengkung, wilayah otak, bakal mata, usus, bakal ekor, serta sel germinal primordial yang bermigrasi.

Jika dibandingkan dengan temuan Tsinghua, penelitian Cell menunjukkan bahwa keadaan sel awal yang diinduksi secara kimia dapat mendukung beberapa jalur menuju model embrio yang terorganisasi. Membandingkan jalur-jalur tersebut dapat membantu ilmuwan menyelidiki bagaimana identitas sel awal memengaruhi perkembangan selanjutnya.

Pentingnya jaringan pendukung bagi penelitian kehamilan

Model Tsinghua menghasilkan jaringan ekstraembrionik sekaligus jaringan tubuh yang sedang berkembang. Garis keturunan pendukung ini berperan dalam lingkungan yang memungkinkan embrio berkembang, sehingga menjadi bagian penting dari agenda penelitian tim tersebut.

Ding memandang sistem ini sebagai cara untuk menyelidiki bagaimana kelainan pada jaringan ekstraembrionik memengaruhi perkembangan dan menjajaki kemungkinan intervensi. Ilmuwan dapat menggunakan model semacam ini untuk meneliti bagaimana sinyal antara tubuh yang sedang berkembang dan jaringan pendukungnya terganggu.

Gangguan implantasi dan plasenta termasuk di antara kemungkinan penerapan penelitian yang diidentifikasi tim tersebut. Model yang mencakup kedua sisi interaksi ini memberi peluang eksperimental berbeda dibandingkan penelitian terhadap satu populasi sel yang terisolasi.

Nilai praktisnya terletak pada kemampuan mengikuti proses dari waktu ke waktu. Peneliti dapat menyelidiki bagaimana perubahan awal pada identitas sel atau organisasi jaringan diikuti masalah perkembangan pada tahap berikutnya, sehingga mereka dapat menghubungkan gangguan awal dengan dampaknya.

Sel reproduksi dan pembuluh darah mengisyaratkan kegunaan lebih lanjut

Sel germinal primordial muncul dalam model Tsinghua. Sel-sel ini merupakan prekursor awal dari garis keturunan yang pada akhirnya menghasilkan sperma atau sel telur. Setelah dipindahkan ke sistem kultur khusus, prekursor tersebut berkembang lebih lanjut dan menunjukkan kemampuan memasuki tahap awal meiosis, yaitu proses pembelahan yang mempersiapkan sel reproduksi agar membawa separuh jumlah kromosom normal.

Sel-sel tersebut masih belum matang dan kemampuan reproduksinya belum diuji. Ding mengusulkan penelitian untuk mengetahui apakah orang yang tidak memiliki sperma atau sel telur fungsional kelak dapat memperoleh manfaat dari jalur yang dimulai dari sel nonreproduktif, menghasilkan prekursor reproduksi melalui periode perkembangan terbatas, lalu dilanjutkan dengan prosedur laboratorium lainnya.

Untuk saat ini, hal itu masih merupakan arah penelitian yang diusulkan. Penelitian saat ini berfokus pada perkembangan tikus, identitas sel, dan kondisi yang memungkinkan munculnya garis keturunan reproduksi.

Pembuluh darah dan sel darah yang berkembang mengisyaratkan kemungkinan kegunaan lain: meningkatkan organoid, yakni struktur laboratorium kecil yang mereproduksi sejumlah ciri organ. Ding menyebut ketiadaan pembuluh darah internal sebagai kendala bagi ukuran dan kompleksitas organoid.

Sistem yang memungkinkan jaringan pembuluh darah dan organ berkembang bersama dapat membantu peneliti menyelidiki cara mendukung struktur yang lebih besar. Eksperimen ini menyatukan beberapa sistem jaringan yang sedang berkembang dalam satu model dan menjadi dasar untuk mempelajari koordinasi di antara jaringan-jaringan tersebut.

Perkembangan lebih lanjut tetap menjadi tantangan utama

Seiring perkembangan model berlanjut, efisiensinya menurun, dan sejumlah struktur masih berbeda dari struktur pada embrio alami. Peneliti belum mengetahui seberapa besar keterbatasan tersebut disebabkan oleh lingkungan kultur, model itu sendiri, atau kombinasi keduanya.

Ding mengatakan fokus langsung timnya tetap pada penelitian dasar. Tujuan eksperimental jangka panjang mereka adalah melanjutkan perkembangan setelah pemindahan ke dalam rahim dan menghasilkan kelahiran tikus yang sehat. Untuk mencapainya, peneliti perlu mengatasi penurunan efisiensi perkembangan saat ini serta mendukung pertumbuhan yang lebih lengkap dan terkoordinasi.

Perluasan metode terkait ke mamalia lain, terutama manusia, akan menimbulkan tantangan ilmiah tambahan serta memerlukan tinjauan etika yang lebih ketat dan diskusi publik. Karena itu, kemungkinan penerapan reproduksi berjalan beriringan dengan pertanyaan tentang tata kelola penelitian semacam ini.

Pencapaian ini telah memberi peneliti gambaran yang lebih berkesinambungan tentang perkembangan awal tikus: satu jenis sel terinduksi menghasilkan jaringan pendukung, struktur embrionik, dan beberapa fungsi yang mulai muncul dalam satu rangkaian perkembangan. Tugas eksperimental berikutnya adalah memahami mengapa rangkaian tersebut menjadi kurang andal seiring berlangsungnya proses.

Poin Utama

• Peneliti Tsinghua menghasilkan model embrio tikus hanya dari sel punca menyerupai totipoten yang diinduksi secara kimia, tanpa pembuahan.
• Makalah di Nature yang diterbitkan pada 14 Oktober 2026 menguraikan model yang menyerupai embrio E8.5 dan, pada tahap berikutnya, jaringan jantung yang sebanding dengan jaringan embrio E10.5.
• Model tersebut menghasilkan jaringan embrionik dan ekstraembrionik, sel darah, pembuluh darah yang berkembang, serta sel germinal primordial.
• Penelitian ini dibangun di atas metode induksi kimia tim tersebut yang pertama kali diterbitkan secara daring pada Juni 2022.
• Studi Cell terpisah yang diterbitkan pada Agustus 2025 menggunakan sel pendiri embrio terinduksi dan resep kimia berbeda untuk mencapai pembentukan organ awal.
• Belum ada tikus utuh yang dihasilkan. Efisiensi perkembangan model Tsinghua menurun seiring berlanjutnya perkembangan, dan penerapan reproduksinya masih berupa usulan penelitian.