Singapura Buka Pusat Sel Punca untuk Meneliti Penyakit Jantung pada Orang Asia dan Menyesuaikan Pengobatan

Sampel Darah 5 ml Menawarkan Cara Baru Melihat Penyakit Jantung

Singapura membuka pusat pertamanya yang didedikasikan untuk penelitian sel punca terkait penyakit jantung pada orang Asia, dengan mengembangkan perpustakaan National Heart Centre Singapore (NHCS) yang berisi lebih dari 40 model penyakit yang dibuat dari sel pasien. Tujuannya adalah memahami mengapa penyakit jantung berdampak berbeda pada pasien Asia dan menemukan pengobatan yang lebih sesuai dengan biologi mereka.

Centre for Integrative Human Cell Research and Translation (CIPHER) diresmikan pada 16 Oktober oleh Menteri Negara Senior untuk Kesehatan Tan Kiat How dalam acara NHCS Heart to Heart Gala keenam di The Ritz-Carlton Millenia Singapore. Para penelitinya dapat memulai hanya dengan 5 ml darah, memprogram ulang sel dari sampel tersebut menjadi sel punca, lalu menumbuhkannya menjadi sel otot jantung yang berdetak untuk diteliti di laboratorium.

Wakil Direktur CIPHER Chrishan Ramachandra, yang juga peneliti utama di National Heart Research Institute Singapore (NHRIS) dan NHCS, mengatakan pasien Asia mengalami penyakit jantung pada usia lebih muda, menunjukkan pola penyakit yang berbeda, dan cenderung memiliki hasil yang lebih buruk dibandingkan pasien Barat. Namun, sebagian besar penelitian yang mendasari pengobatan selama ini mengandalkan hewan dan biologi orang Barat.

Pusat ini menyatukan beberapa bidang penelitian: model yang membawa ciri penyakit pasien tertentu, pengujian obat pada sel manusia, serta ruang jantung mini yang dirancang untuk meniru karakteristik tertentu dari jantung yang gagal berfungsi. Bersamaan dengan peresmian tersebut, sumbangan terpisah sebesar $2.5 juta mendirikan jabatan profesor untuk mendukung penelitian bedah jantung dan toraks serta mencetak pemimpin bedah masa depan.

Mengapa Meneliti Biologi Pasien Asia?

Komunitas Tionghoa, Melayu, dan India di Singapura memberi peneliti kesempatan untuk mengkaji penyakit kardiovaskular di berbagai populasi Asia. Direktur CIPHER Derek Hausenloy mengatakan keberagaman tersebut memungkinkan pusat ini mempelajari bagaimana penyakit muncul pada kelompok etnis tertentu, alih-alih memperlakukan pasien Asia sebagai satu kategori biologis.

Peneliti ingin mengidentifikasi proses yang mendorong perbedaan tersebut. Model penyakit dapat membantu mereka memeriksa perilaku sel jantung, cara sel menggunakan energi, dan responsnya terhadap obat. Pengamatan itu dapat mengarah pada sasaran terapi, yakni proses biologis yang dapat diubah oleh suatu obat.

Kebutuhannya cukup besar. Angka yang dikutip saat peresmian menyebutkan bahwa penyakit jantung dan stroke menyebabkan sekitar 23 kematian per hari di Singapura, sementara penyakit kardiovaskular diperkirakan menjadi penyebab satu dari tiga kematian pada 2025. Tugas CIPHER adalah mengubah pemahaman yang lebih terperinci tentang biologi pasien menjadi pilihan yang bermanfaat bagi perawatan mereka.

Bagaimana Sel Darah Menjadi Sel Jantung yang Berdetak

Peneliti menggunakan proses yang disebut pemrograman ulang untuk mengubah sel khusus menjadi sel punca pluripoten terinduksi. Sel punca ini kemudian dapat diarahkan untuk berkembang menjadi jenis sel lain, termasuk sel otot jantung. Sederhananya, ilmuwan mengatur ulang identitas sel sebelum mengarahkannya untuk menjalankan fungsi yang berbeda.

Karena itu, sampel darah memungkinkan penelitian terhadap penyakit jantung pasien tanpa mengambil jaringan dari jantungnya. Sel yang dihasilkan mempertahankan latar belakang genetik pasien dan dapat meniru ciri-ciri kondisinya di laboratorium.

Ramachandra menjelaskan manfaat pendekatan tersebut:

"Saat kami menumbuhkan sel otot jantung dari darah pasien sendiri dan mengamati detaknya di wadah laboratorium, dengan penyakit yang dialami pasien tersebut, kami melihat sesuatu yang tidak dapat ditiru oleh model hewan," kata Chrishan.

Penggunaan sampel darah juga mempermudah pengambilan sampel bagi pasien. Pada Desember 2023, Ramachandra menjelaskan bahwa timnya tidak lagi mengambil sampel kulit karena prosedur tersebut invasif dan dapat meninggalkan bekas luka kecil. Darah dapat diambil saat pasien menjalani pemeriksaan.

Lebih dari 40 Model Menjadi Dasar Perpustakaan Penelitian

NHCS telah mengembangkan lebih dari 40 model yang berasal dari pasien, yang menjadi landasan program penelitian CIPHER. Model-model tersebut mencakup kondisi seperti gagal jantung, gangguan aritmogenik, dan kardiomiopati.

Gagal jantung berarti jantung tidak dapat memasok darah seefektif yang dibutuhkan tubuh. Kardiomiopati adalah penyakit otot jantung, yang dapat meregang, menebal, atau menjadi kaku. Perubahan tersebut dapat menyulitkan jantung memompa darah.

Kondisi aritmogenik turunan yang dijelaskan para peneliti melibatkan sel otot jantung yang tidak mampu melekat satu sama lain dengan baik dan secara bertahap digantikan oleh jaringan parut dan lemak. Perubahan tersebut dapat mengganggu sinyal listrik yang menjaga detak jantung tetap terkoordinasi.

Perpustakaan yang mencakup beragam kondisi memberi ilmuwan beberapa cara untuk menyelidiki penyakit. Mereka dapat mempelajari gangguan pada sel, membandingkan respons terhadap pengobatan potensial, dan mencari ciri biologis yang berkaitan dengan respons yang lebih baik.

Menguji Obat Sebelum Diberikan kepada Pasien

Hausenloy mengatakan platform sel CIPHER dapat digunakan untuk menguji obat dan mempelajari dampaknya terhadap fungsi serta metabolisme jantung, yaitu proses kimia yang digunakan sel untuk memperoleh dan memakai energi. Tujuannya adalah mengidentifikasi pengobatan secara lebih tepat, termasuk menentukan pasien yang mungkin mendapat manfaat.

Suatu obat dapat membantu seorang pasien, tetapi kurang efektif bagi pasien lain. Mengujinya pada sel yang ditumbuhkan dari sampel pasien dapat membantu peneliti menyelidiki perbedaan tersebut sebelum pasien terpapar obat yang tidak efektif atau efek yang tidak diinginkan.

Dalam konteks ini, pengobatan personal berarti menyesuaikan perawatan agar lebih sesuai dengan biologi tiap individu. Penelitian yang sama juga dapat bermanfaat secara lebih luas: menemukan mekanisme penyakit yang dimiliki banyak pasien dapat mengarah pada pengobatan yang berguna bagi kelompok yang lebih besar.

Pengumuman peresmian tersebut tidak menyebutkan jadwal kapan model CIPHER akan digunakan untuk memandu pemberian resep rutin atau menghasilkan pengobatan baru yang disetujui. Fokus pekerjaan saat ini adalah memahami penyakit dan menguji terapi potensial.

Manfaat Model Jantung Manusia dalam Wadah

CIPHER juga bekerja sama dengan perusahaan biofarmasi tahap klinis Medera Inc. dalam proyek Human Heart-in-a-Jar, sebuah ruang ventrikel manusia hasil rekayasa bio yang berukuran kira-kira sebesar ujung jari. Ventrikel adalah salah satu ruang pemompa utama jantung. Model miniatur ini dirancang untuk meniru karakteristik tertentu dari penyakit jantung.

Penelitian terdahulu yang dijelaskan pada Desember 2023 melibatkan NHCS dan perusahaan bioteknologi sel punca Novoheart. Proyek tersebut berfokus pada pembuatan model miniatur dari pasien Asia dengan gagal jantung, menggunakan sel yang ditumbuhkan dari darah mereka.

Proses pembuatannya menambahkan struktur fisik di sekeliling sel. Peneliti menempatkan sel dalam gel yang mengandung kolagen dan bahan pendukung, lalu membentuk campuran tersebut di sekeliling cetakan. Saat sel membentuk jaringan dan cetakan dilepas, terbentuk ruang berongga yang dapat berdetak dan memompa.

Ruang tersebut memberi peneliti pengukuran yang lebih luas daripada sekadar detak sel tunggal di wadah laboratorium. Mereka dapat mengamati kontraksi, relaksasi, dan tekanan, yaitu karakteristik yang berkaitan langsung dengan tugas jantung mengalirkan darah ke seluruh tubuh. Saat peresmian CIPHER, model miniatur tersebut disebut sebagai yang pertama di Asia.

Fokus pada Jantung yang Kesulitan Terisi Darah

Proyek yang dijelaskan pada Desember 2023 menargetkan gagal jantung dengan fraksi ejeksi terjaga, kondisi yang disebut mencakup separuh kasus gagal jantung. Fraksi ejeksi mengukur proporsi darah yang dipompa keluar dari ventrikel pada setiap detak.

Pada bentuk gagal jantung ini, proporsi tersebut dapat tetap berada dalam kisaran normal, sementara otot jantung terlalu kaku untuk relaks dan terisi darah dengan baik. Karena itu, jantung dapat memompa dengan cukup baik, tetapi tetap mengalirkan terlalu sedikit darah untuk memenuhi kebutuhan tubuh.

Ruang miniatur yang berkontraksi dan relaks dapat digunakan untuk mempelajari masalah tersebut. Peneliti berharap pengukuran tekanan dan pengamatan lainnya dapat membantu mereka meniru penyakit ini dengan lebih akurat dan menemukan obat yang menjanjikan.

NHCS menerima penghargaan Industry Alignment Fund – Industry Collaboration Project senilai $5 juta dari Agency for Science, Technology and Research untuk penemuan obat bagi pasien Asia dengan gagal jantung. Laporan Desember 2023 juga menyebutkan bahwa gagal jantung mencakup 17 persen penerimaan pasien jantung di rumah sakit umum, menegaskan besarnya kebutuhan klinis tersebut.

Akar Penelitian Membentang hingga 2009

CIPHER dibangun di atas penelitian yang dimulai jauh sebelum pusat baru ini dibuka. Dalam pengumuman penelitian tahun 2011, yang diterbitkan pada 15 September, NHCS mendokumentasikan pembuatan sel otot jantung yang berdetak dari kulit pasien dengan metode yang tidak menggunakan virus untuk menghasilkan sel punca pluripoten terinduksi.

Proyek tersebut telah berjalan sejak 2009. Timnya terdiri atas 15 anggota, termasuk tiga ilmuwan klinis dan lima ilmuwan peneliti, dengan dukungan hibah National Research Foundation hampir $9 juta selama lima tahun. NHCS menyebut pemodelan penyakit dan pengujian obat yang dipersonalisasi sebagai potensi kegunaannya.

• 2009: Tim NHCS memulai proyek sel punca yang kemudian dijelaskan dalam pengumuman resmi.
• 15 September 2011: NHCS mengumumkan pembuatan sel jantung yang berdetak dari kulit pasien.
• 4 Desember 2023: Proyek jantung miniatur dijelaskan dengan fokus pada pasien Asia dan gagal jantung dengan fraksi ejeksi terjaga.
• 16 Oktober: CIPHER diresmikan dengan landasan penelitian berupa lebih dari 40 model yang berasal dari pasien.

Pengumuman tahun 2011 memperkirakan sekitar 5.000 pasien dirawat karena gagal jantung setiap tahun di Singapura, dengan NHCS menangani sekitar 1.000 kasus. Angka historis tersebut membantu menjelaskan alasan peneliti mengembangkan cara untuk mempelajari otot jantung yang rusak dan respons tiap individu terhadap obat.

Sumbangan $2.5 Juta Mendukung Penelitian Bedah

SingHealth Duke-NUS Academic Medicine Centre juga mengumumkan Tong Ming Chuan Professorship in Cardiothoracic Surgery saat peresmian. Jabatan profesor tersebut didanai oleh sumbangan $2.5 juta dari Tong dan akan diberikan oleh Duke-NUS Medical School di bawah Cardiovascular Sciences Academic Clinical Programme.

Tong, seorang ahli bedah jantung, toraks, dan vaskular yang berpraktik swasta di Mount Elizabeth Medical Centre serta konsultan tamu di NHCS, turut merintis prosedur bedah jantung selama bertugas di Singapore General Hospital dari 1981 hingga 1992. Ia terlibat dalam transplantasi jantung pertama Singapura pada 1990 dan menjadi bagian dari tim yang melakukan transplantasi paru-paru pertama negara itu pada 2000.

Jabatan profesor tersebut bertujuan mendukung penelitian bedah, keunggulan klinis, dan pengembangan pemimpin bedah masa depan. Kepala Eksekutif NHCS Yeo Khung Keong menggambarkan jabatan tersebut dan CIPHER sebagai dua komitmen yang saling melengkapi: yang satu mendasarkan penelitian ilmiah pada biologi pasien, sementara yang lain mengembangkan ahli bedah yang dapat menerapkan kemajuan dalam perawatan.

Tan Kiat How, Menteri Negara Senior untuk Kesehatan yang meresmikan CIPHER, menempatkan penelitian ini dalam fokus Singapura yang lebih besar pada pencegahan, intervensi dini, dan membantu masyarakat tetap sehat serta mandiri. Ia menjelaskan cara menilai inovasi:

Inovasi dapat mendukung peralihan ini, tetapi nilainya tidak diukur dari seberapa canggih suatu teknologi. Nilainya diukur dari perubahan yang dihasilkannya bagi pasien.

Poin-Poin Utama

• CIPHER dibuka pada 16 Oktober untuk meneliti penyakit kardiovaskular pada orang Asia menggunakan model sel punca manusia.
• Peneliti dapat menggunakan sampel darah 5 ml untuk menghasilkan sel punca, lalu sel otot jantung yang berdetak.
• Lebih dari 40 model NHCS yang berasal dari pasien menjadi landasan penelitian pusat tersebut.
• Ruang jantung miniatur memungkinkan peneliti mempelajari pemompaan, relaksasi, dan tekanan sekaligus menguji pengobatan potensial.
• NHCS mendokumentasikan penelitian terdahulu yang menghasilkan sel jantung berdetak dari kulit pada September 2011.
• Sumbangan terpisah sebesar $2.5 juta mendirikan Tong Ming Chuan Professorship in Cardiothoracic Surgery.