Para ilmuwan menemukan petunjuk baru tentang bagaimana otak manusia terbentuk sebelum kelahiran. Penelitian dari UCLA menunjukkan bahwa sel punca awal di otak menggunakan kombinasi nutrisi dan sinyal fisik untuk menentukan jenis sel otak yang akan dihasilkan, termasuk neuron yang membentuk korteks serebral.
Glia Radial Berperan Penting dalam Pembentukan Otak
Sebelum lahir, otak manusia berkembang melalui serangkaian proses seluler yang sangat kompleks. Salah satu komponen utamanya adalah glia radial, jenis sel punca khusus yang menghasilkan banyak neuron dan sel pendukung di korteks serebral.
Korteks serebral merupakan bagian otak yang terlibat dalam fungsi penting seperti berpikir, mengingat, dan berbahasa. Glia radial juga diyakini berperan dalam ekspansi korteks manusia yang jauh lebih besar dibandingkan pada banyak spesies lain.
Sebagian besar glia radial menghilang sebelum kelahiran. Namun, sel dengan karakteristik serupa dapat muncul kembali pada kanker otak melalui mekanisme yang hingga kini belum sepenuhnya dipahami.
“Radial glia are the coolest cells that have ever existed,” kata Aparna Bhaduri, asisten profesor kimia biologi di David Geffen School of Medicine, UCLA. “They’re really key to making us human. But they’re also at the center of many neurodevelopmental and neuropsychiatric disorders, as well as cancer — so understanding how they make their decisions is one way to start understanding how those conditions arise.”
Dua penelitian terbaru yang dilakukan Bhaduri dan timnya menunjukkan bahwa glia radial merespons dua sumber informasi penting, yakni cara sel memproses nutrisi serta kontak fisik dengan sinyal dari bagian lain otak yang sedang berkembang.
Metabolisme Glukosa Memengaruhi Sel Punca Otak
Dalam penelitian pertama, para ilmuwan menyusun peta terperinci mengenai metabolisme di korteks manusia yang sedang berkembang. Proyek tersebut merupakan kolaborasi antara laboratorium Bhaduri dan Heather Christofk, dengan Jessenya Mil dan Jose Soto sebagai penulis pertama bersama.
Tim menganalisis jaringan manusia yang didonasikan serta organoid otak yang dikembangkan dari sel punca. Hasil penelitian menunjukkan bahwa metabolisme tidak hanya menyediakan energi untuk perkembangan otak, tetapi juga dapat secara aktif menentukan jenis sel yang dihasilkan.
Jalur Pentosa Fosfat Menjadi Faktor Utama
Para peneliti menemukan bahwa glia radial sangat bergantung pada jalur pentosa fosfat, yaitu proses metabolisme yang memanfaatkan glukosa untuk menghasilkan berbagai bahan yang diperlukan oleh sel yang membelah dengan cepat.
Ketika jumlah glukosa yang tersedia dikurangi atau jalur tersebut terganggu, perilaku sel punca ikut berubah. Sel-sel itu mulai menghasilkan lebih banyak neuron inhibitor dan jenis sel lain yang biasanya muncul pada tahap perkembangan lebih lanjut.
“What was surprising is that metabolism isn’t just a passive thing that happens in the background,” kata Bhaduri. “It can really control how stem cells make decisions.”
Temuan ini dapat membantu ilmuwan mempelajari bagaimana nutrisi ibu, gangguan metabolisme, dan berbagai faktor lingkungan lainnya berpotensi memengaruhi perkembangan otak sebelum kelahiran.
Sinyal dari Talamus Mengubah Perkembangan Korteks
Penelitian kedua mempelajari sumber informasi yang berbeda, yaitu sinyal dari talamus. Struktur yang terletak jauh di dalam otak tersebut berperan dalam meneruskan informasi melalui sistem saraf.
Para ilmuwan sebelumnya telah mengetahui bahwa neuron di talamus mengirimkan proyeksi panjang menuju korteks. Serabut tersebut pada akhirnya membentuk hubungan dengan neuron tertentu di korteks. Namun, pada manusia, proyeksi itu ternyata mencapai korteks jauh sebelum koneksi akhir terbentuk.
Dengan menggunakan model otak berbasis sel punca yang disebut assembloid, tim UCLA menemukan bahwa proyeksi talamus secara fisik bersentuhan dengan glia radial ketika otak masih berkembang.
Kontak tersebut mengubah perilaku sel punca dan mendorongnya menghasilkan lebih banyak neuron eksitatori, yaitu neuron utama yang membawa sinyal di korteks. Dampaknya terutama terlihat pada neuron lapisan atas, yang berkembang secara menonjol pada otak manusia.
“We already knew that these projections influence how the cortex develops,” kata Bhaduri. “What we specifically found is that this influence comes through an actual physical connection between the projections and the radial glia — a point of contact that just hasn’t been identified before, and one that very likely does not exist in rodents.”
Gen NRXN1 yang Terkait Autisme Ikut Diteliti
Peneliti juga menghubungkan interaksi fisik tersebut dengan NRXN1, gen yang berperan membantu neuron membentuk koneksi satu sama lain. Mutasi NRXN1 sebelumnya telah dikaitkan dengan gangguan spektrum autisme.
Tim kemudian membuat assembloid dari sel pasien yang membawa mutasi NRXN1. Dalam model tersebut, sinyal talamus yang mengalami perubahan menunjukkan perilaku berbeda dibandingkan sinyal dari sel yang tidak memiliki mutasi tersebut.
Perubahan itu memengaruhi keseimbangan antara jumlah sel punca dan neuron yang dihasilkan. Hasil ini memberikan pendekatan baru untuk mempelajari bagaimana gangguan pada tahap awal perkembangan otak dapat memengaruhi pembentukan korteks.
Perkembangan Otak Dipengaruhi Lingkungan Sel
Meski berfokus pada mekanisme berbeda, kedua penelitian menghasilkan gambaran yang sama: glia radial tidak membuat keputusan perkembangan secara terisolasi. Perilakunya terus dipengaruhi oleh metabolisme serta komunikasi fisik dengan lingkungan di sekitarnya.
Kemajuan teknologi organoid dan assembloid juga memungkinkan ilmuwan mempelajari karakteristik perkembangan otak manusia secara lebih terperinci di laboratorium, termasuk proses yang sulit diteliti hanya menggunakan model hewan.
“Ultimately, these studies give us a glimpse under the hood of how these cells make decisions,” kata Bhaduri. “Understanding those decisions is a first step toward understanding normal brain development, disease vulnerability and, potentially, how similar stem-cell programs operate in brain cancer.”
Secara keseluruhan, penelitian ini memperlihatkan bahwa pembentukan otak manusia dipengaruhi oleh interaksi kompleks antara metabolisme, nutrisi, dan komunikasi antarsel. Pemahaman yang lebih mendalam mengenai proses tersebut dapat membantu ilmuwan mempelajari perkembangan otak normal, kerentanan terhadap gangguan neurologis, serta mekanisme sel punca yang mungkin turut berperan dalam kanker otak.
Yoga Hidayat adalah penulis di Reviewbekasi.com yang berfokus pada peliputan berita dan isu-isu terkini di berbagai bidang seperti politik, bisnis, teknologi, olahraga, hiburan, dan gaya hidup. Ia menghadirkan informasi yang jelas, ringkas, dan mudah dipahami agar pembaca dapat mengikuti perkembangan penting secara akurat. Melalui setiap tulisannya, Yoga menekankan pentingnya informasi yang relevan, faktual, dan bermanfaat bagi masyarakat. Ia juga berkomitmen menyajikan berita yang berimbang serta sesuai dengan kebutuhan pembaca dalam kehidupan sehari-hari.
Berita Lainnya
Nanopartikel Berlapis Gula Berhasil Mengecilkan Tumor Otak Mematikan pada Tikus
Jangan Anggap Nyeri Punggung sebagai Hal Wajar karena Usia, Ini Tanda yang Perlu Diwaspadai