Mikrogravitasi, atau keadaan tanpa gravitasi yang terjadi di luar angkasa, telah lama dikenal dapat memengaruhi berbagai fungsi tubuh manusia, seperti otot, tulang, dan sistem kekebalan tubuh. Namun, dampaknya terhadap otak dan sel-sel saraf belum sepenuhnya dipahami. Penelitian yang dilakukan oleh ilmuwan dari Scripps Research, bekerja sama dengan New York Stem Cell Foundation, mencoba untuk menjawab pertanyaan ini. Tim mengirimkan organoid sel otak, yang merupakan model kecil dari otak manusia yang dibuat dari sel induk, ke Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS) untuk dianalisis.
Apa itu Organoid dan Mikrogravitasi?
Organoid adalah struktur tiga dimensi yang menyerupai organ yang lebih besar dan berfungsi sebagai model mini untuk mempelajari perkembangan dan fungsi organ. Dalam penelitian ini, organoid yang digunakan dibuat dari sel induk pluripoten manusia, yang dapat berkembang menjadi berbagai jenis sel dalam tubuh, termasuk sel otak.
Mikrogravitasi adalah kondisi di mana gaya gravitasi sangat rendah, seperti yang ada di luar angkasa. Keadaan ini dapat memengaruhi berbagai proses biologis, dan salah satunya adalah perkembangan sel-sel tubuh, termasuk sel saraf.
Metodologi Penelitian
Untuk memahami bagaimana mikrogravitasi mempengaruhi sel saraf, para ilmuwan mempersiapkan organoid sel saraf dari dua jenis neuron yang sering terpengaruh oleh penyakit neurodegeneratif, yaitu neuron kortikal dan dopaminergik. Tim juga memasukkan mikroglia, jenis sel kekebalan yang ada di otak, untuk mempelajari bagaimana mikrogravitasi mempengaruhi peradangan otak.
Organoid-orgaoid ini dikirim ke ISS dalam tabung kecil yang kedap udara, untuk kemudian dikultur tanpa perubahan media selama sebulan. Setelah kembali ke Bumi, organoid ini dianalisis untuk melihat perubahan dalam ekspresi gen, pertumbuhan, dan aktivitas sel.
Hasil Penelitian: Perubahan Perkembangan Sel Saraf
Hasil dari eksperimen ini sangat mengejutkan. Meskipun organoid sel saraf tersebut berhasil bertahan hidup dan tumbuh dengan baik di luar angkasa, hasilnya menunjukkan perkembangan yang lebih cepat dibandingkan dengan organoid yang dibudidayakan di Bumi. Sel-sel saraf di organoid yang tumbuh di mikrogravitasi lebih cepat matang dan menunjukkan tanda-tanda spesialisasi, mendekati tingkat perkembangan sel-sel dewasa.
Ini berarti bahwa mikrogravitasi tampaknya mempercepat proses pematangan sel-sel saraf. Hal ini juga terlihat dari perbedaan ekspresi gen antara organoid yang tumbuh di luar angkasa dan yang tumbuh di Bumi. Organ-organid yang terpapar mikrogravitasi menunjukkan ekspresi gen yang lebih tinggi terkait dengan pematangan sel dan lebih rendah pada gen yang terkait dengan proliferasi atau pembelahan sel.
Mikrogravitasi dan Penyakit Neurodegeneratif
Penelitian ini membuka wawasan baru tentang bagaimana lingkungan mikrogravitasi dapat memengaruhi otak manusia. Meskipun organoid yang diteliti belum menjadi sel saraf dewasa, proses pematangan yang lebih cepat ini dapat memberikan petunjuk tentang bagaimana mikrogravitasi mempengaruhi perkembangan dan potensi otak untuk mengatasi penyakit seperti Parkinson dan multiple sclerosis (MS).
Penyakit neurodegeneratif adalah kondisi yang mempengaruhi sistem saraf, termasuk kehilangan sel saraf di area tertentu dari otak. Organoid yang digunakan dalam penelitian ini mencakup neuron-neuron yang terpengaruh oleh penyakit-penyakit tersebut, sehingga eksperimen ini dapat membantu para peneliti memahami bagaimana mikrogravitasi mempengaruhi neuron yang rentan terhadap penyakit tersebut.
Peradangan dan Mikroglia
Penelitian ini juga mengungkapkan bahwa mikrogravitasi tampaknya tidak meningkatkan peradangan seperti yang diperkirakan sebelumnya. Organoid yang dibudidayakan di luar angkasa menunjukkan tingkat gen yang terkait dengan stres dan peradangan yang lebih rendah dibandingkan dengan yang ada di Bumi. Namun, lebih banyak penelitian diperlukan untuk memahami mengapa hal ini terjadi dan apakah mikrogravitasi dapat mempengaruhi cara mikroglia, sel kekebalan otak, merespons peradangan.
Baca juga: Lupa dan Otak Manusia: Ketika Memori Menolak untuk Bertahan
Apa yang Bisa Dipelajari dari Penelitian Ini?
Penelitian ini memiliki banyak potensi untuk aplikasi di masa depan, baik untuk penelitian medis di Bumi maupun untuk memahami dampak perjalanan luar angkasa terhadap kesehatan manusia. Beberapa pertanyaan besar yang masih perlu dijawab termasuk bagaimana mikrogravitasi mempengaruhi penuaan sel saraf dan apakah ada cara untuk menggunakan mikrogravitasi untuk merangsang perbaikan atau regenerasi sel-sel saraf yang rusak akibat penyakit seperti Alzheimer dan Parkinson.
Selain itu, eksperimen ini membuka jalan bagi penelitian lebih lanjut tentang pengaruh mikrogravitasi terhadap bagian lain dari otak yang mungkin terpengaruh oleh penyakit neurodegeneratif. Peneliti berencana untuk mengirimkan lebih banyak misi ke ISS untuk mempelajari lebih lanjut tentang bagaimana mikrogravitasi dapat memengaruhi berbagai jenis neuron dan bagaimana hal ini dapat digunakan untuk mengembangkan pengobatan baru.
Masa Depan Penelitian Ini
Penelitian ini hanyalah awal dari perjalanan panjang dalam memahami bagaimana mikrogravitasi memengaruhi otak manusia. Dengan lebih banyak misi yang dijadwalkan untuk mempelajari dampak dari kondisi luar angkasa, peneliti berharap bisa memberikan jawaban lebih dalam mengenai potensi risiko kesehatan bagi astronot dalam perjalanan luar angkasa jangka panjang. Selain itu, hasil dari penelitian ini juga berpotensi memberikan wawasan penting dalam pengembangan terapi untuk penyakit neurodegeneratif di Bumi.
Kesimpulan
Eksperimen yang dilakukan di ISS ini memberikan wawasan baru tentang bagaimana mikrogravitasi dapat mempercepat pematangan sel saraf, dan membuka peluang untuk pemahaman yang lebih baik mengenai penyakit otak dan efek jangka panjang perjalanan luar angkasa terhadap otak manusia. Penemuan ini menambah bukti bahwa eksperimen luar angkasa dapat menawarkan peluang penting untuk kemajuan medis dan teknologi.
Referensi:
[1] https://www.scripps.edu/news-and-events/press-room/2024/20241216-loring-stem-cells.html, diakses pada 12 Februari 2025
[2] Davide Marotta, Laraib Ijaz, Lilianne Barbar, Madhura Nijsure, Jason Stein, Nicolette Pirjanian, Ilya Kruglikov, Twyman Clements, Jana Stoudemire, Paula Grisanti, Scott A Noggle, Jeanne F Loring, Valentina Fossati. Effects of microgravity on human iPSC-derived neural organoids on the International Space Station. Stem Cells Translational Medicine, 2024; 13 (12): 1186 DOI: 10.1093/stcltm/szae070
