Materi Pertemuan ke-8

Seminar Pakar 3

Pendekatan metode in vitro dalam penyelesaian kanker payudara

Kanker merupakan salah satu penyebab kematian utama di dunia (1 dari 6) dimana 70% di antaranya adalah penduduk negara berkembang.

Breast cancer menempati urutan ke-2 berdasarkan insidensinya setelah kanker paru-paru.

Kanker adalah penyakit tidak menular yang ditandai dengan adanya sel atau jaringan abnormal bersifat ganas, tumbuh cepat tidak terkendali, dan dapat menyebar ke bagian tubuh lain.

Kanker payudara adalah kanker yang berkembang di jaringan payudara. Terdiri dari jaringan epitel, kanker pada jaringan epitel (karsinoma).

Yang menyebabkan breast cancer antara lain:

  • Genetik: jika keluarganya punya riwayat kanker maka dia akan lebih besar kemungkinannya terkena kanker payudara
  • Demografi: perempuan lebih besar kemungkinan terkena kanker payudara daripada laki-laki
  • Paparan estrogen berkepanjangan: nuliparitas (tidak pernah melahirkan), menstruasi pertama, menopause
  • Riwayat medis: jika mempunyai riwayat kanker payudara sebelumnya lebih besar kemungkinan terkena kanker payudara
  • Gaya hidup: orang yang minum alkohol, BMI tinggi, merokok lebih besar kemungkinan terkena kanker payudara

Breast cancer digolongkan berdasarkan sifat invasifitasnya:

  • Non-invasif: DCIS dan LCIS
  • Invasif: Invasive Ductal Carcinoma, Invasive Lobular Carcinoma, Inflammatory Carcinoma, Paget’s Disease, Rarer Types (Male Breast Cancer, Lymphoma, Sarcoma)

Salah satu hal penting dalam riset adalah model, tidak bisa menggunakan manusia (meskipun bisa namun terbatas) karena ada etik.

Tumor microenvironment adalah ingkungan sekitar jaringan kanker yang punya kontribusi pada metastasis, malignansi, dan resistensi. Banyak sel dan biomolekul pada tumor microenvironment yang menunjang metastasis dari sel kanker.

Karakteristik tumor microenvironment:

  • Hipoksia memiliki level HIF-1 tinggi sehingga terjadi ekspansi tumor dan vaskularisasi
  • Warburg effect adalah peningkatan kecepatan pengambilan glukosa dan produksi laktat, bahkan dengan adanya oksigen yang akan menciptakan lingkungan asam sehingga akan mendegradasi e-cadherin dan sel tumor akan lebih mudah bermigrasi
  • Jika aliran cairan interstitial lebih tinggi akan mendorong penyusunan serat kolagen dan invasi tumor lebih mudah
  • Invasi jaringan adiposa akan memproduksi ATP berlimpah sehingga menyebabkan pertumbuhan tumor, selain itu invasi jaringan adiposa akan menyebabkan sekresi ECM, MMP, dan sitokin proinflamasi yang berlebih sehingga menyebabkan resistensi

Model penelitian kanker payudara:

  • In vitro: kultur sel
    • 2D sel kultur → selnya 1 lapis dan 1 jenis sel (homogen)
    • 3D sel kultur → dibuat memiliki volume dan 1 jenis sel (homogen)
    • Tumor chips → menumbuhkan sel tumor semirip mungkin dengan tubuh kita
  • In vivo: hewan uji → mencit → sistemik
  • Ex vivo: jaringan yang mau kita teliti secara langsung (jaringan kankernya) → biopsi → tumbuhnya hanya segitu saja tidak sistemik

Metode In Vitro

  • Primary cell culture didapatkan dari sel awalnya
  • In vitro menggunakan kultur cell line itu dari pabrikan dan lebih homogen (sel normal yang diimortalkan), tidak akan mengalami aging

  1. Kultur 2D
    1. Kelebihan: mudah, murah, reproducible
    2. Kekurangan: oversimplified karena tidak ada jaringan yg 2 dimensi, tidak ada sel tubuh yang homogen, tidak ada komunikasi sel
  2. Kultur 3D
    1. Kelebihan: terdapat interaksi sel dan ECM, memungkinkan pemodelan metastasis
    2. Kekurangan: sulit dilakukan, mahal, masih belum bisa menggambarkan beberapa karakteristik tumor microenvironment (fluid flow, shear stress, mechanical forces, heterogeneity)

Kultur 3D tidak ada aliran pembuluh darah penting yang menggambarkan jaringan sebenarnya di tubuh kita.

Dapat melalui beberapa model:

  • Sel tidak menempel dan dipaksa membentuk gerombol-gerombol
  • Sel diteteskan lalu dibalikkan sehingga tidak menetes karena kecil-kecil
  • Menggunakan hydrogels (cross link polymeric material) yang tersusun atas polimer hidrofilik dengan kadar air tinggi
  • Spinner flask bioreactor
  • Sel difasilitasi dalam scaffold yaitu struktur 3D sintetik yang terbuat dari biomaterial dengan beragam porositas, permeabilitas, surface chemistry, dan karakteristik mekanis
  • Biomaterials and cells and bio-ink

Contoh, melakukan penelitian pada kunyit (curcumin) apakah bisa untuk mengobati kanker payudara menggunakan in vitro 2D (toksisitas).

Metode In Vivo

  • Menggunakan hewan uji untuk keperluan penelitian, paling umum tikus karena sama-sama mamalia sehingga dapat merepresetasikan manusia
    • Kelebihan: menjadi solusi keterbatasan penelitian in vitro
    • Kekurangan: mahal, lama, masih dibutuhkan tahap validasi pada manusia, etik, sulit untuk reproducable
  • Klasifikasi
    • Transplantasi → dicangkok
      • Allograft → dari spesies yang sama (dari tikus yang memiliki kanker)
      • Xenograft → spesies berbeda dari sel (CDX: cell-derived xenograft) atau pasien kanker (PDX: patient-derived xenograft)
    • Spontaneous → mengembangkan sel tumor sendiri
      • GEMMs (genetically modified mouse models)
      • Carcinogen-induced murine tumorigenesis models

Dalam model transplantasi terdapat immunological status:

  • Immunocompetent: menolak transplantasi
  • Immunodefficient: ada kekurangan dari sistem sel imun normal
  • Humanized: sel imun tikus dibuat mirip sama manusia

Dalam model transplantasi terdapat tipe induksi:

  • Primary tumor: di lokasi tertentu
  • Experimental metastasis: disuntik lalu nanti dilihat bermetastasis di mana, contoh disuntikkan di ekor tapi menyebar ke paru paru, disuntik di jantung tapi menyebar ke otak

Metode Ex Vivo

  • Metode ini dilakukan untuk mengidentifikasi atau memvalidasi marker terapetik dan atau marker diagnostik
  • Seringkali disebut explant models
  • Tumor dari hasil operasi segera digunakan untuk keperluan penelitian tanpa proses dekonstruksi
    • Kelebihan: relevan, dapat dilakukan juga studi pada jaringan normal secara parallel, kapasitas proliferasi dan interaksi heterogen tumor terjaga, arsitektur alami jaringan terjaga, baik untuk studi farmakodinamik
    • Kekurangan: hanya untuk tumor yang dapat dibedah, bergantung pada integritas tumor, disintegrasi arsitektur jaringan yang cepat, tidak menggambarkan invasi dan metastasis, tidak dapat digunakan untuk studi resistensi

Tumor on chip

  • Penggunaan unit fungsional organ manusia atau jaringan di dalam microfluidic chip
  • Mampu menampilkan fenomena gradient biokimia
  • Mampu menampilkan dinamika fluida pada tumor microenvironment
  • Mampu meniru sifat-sifat biokimia dan metabolisme pada tumor microenvironment
  • Mampu meniru fenomena vasculature
  • Mampu menampilkan interaksi sel tumor dan sel stroma

Metode tumor on chip ini dapat menggambarkan kekurangan metode in vitro, yaitu adanya pembuluh darah, bisa memodelkan metastasis.

Penelitian berangkat dari pertanyaan yang ditanyakan karena ada beberapa di masing-masing metode yang tidak bisa digambarkan.