Para ilmuwan di Universitas Johns Hopkins telah menemukan bagaimana manusia mengembangkan penglihatan sentral yang tajam sebelum lahir, dengan mengidentifikasi interaksi yang diatur secara cermat antara molekul yang berasal dari vitamin A dan hormon tiroid di retina. Penemuan ini menantang penjelasan yang sudah ada selama puluhan tahun tentang bagaimana sel-sel penginderaan cahaya utama terbentuk dan dapat memandu pengobatan masa depan untuk degenerasi makula, glaukoma, dan penyakit-penyakit lain yang merusak penglihatan.
Penelitian tersebut, yang mengandalkan jaringan retina yang dikembangkan di laboratorium, dipublikasikan di jurnal tersebut Prosiding Akademi Ilmu Pengetahuan Nasional.
Retina yang dikembangkan di laboratorium mengungkapkan bagaimana penglihatan yang tajam terbentuk
“Ini adalah langkah kunci menuju pemahaman cara kerja bagian dalam pusat retina, bagian penting dari mata dan kegagalan pertama pada orang dengan degenerasi makula,” kata Robert J. Johnston Jr., profesor biologi di Johns Hopkins yang memimpin penelitian. “Dengan lebih memahami wilayah ini dan mengembangkan organoid yang meniru fungsinya, kami berharap suatu hari nanti dapat menumbuhkan dan mentransplantasikan jaringan-jaringan ini untuk memulihkan penglihatan.”
Untuk mempelajari perkembangan mata manusia, para peneliti menggunakan organoid, gumpalan kecil jaringan yang berasal dari sel janin yang meniru bagian retina. Setelah mengamati retina yang dikultur ini di laboratorium selama beberapa bulan, tim mengidentifikasi peristiwa seluler yang membentuk foveola, wilayah kecil di tengah retina yang bertanggung jawab atas penglihatan paling tajam.
Studi ini berfokus pada fotoreseptor kerucut, sel penginderaan cahaya yang memediasi penglihatan siang hari dan penglihatan warna. Sel-sel ini akhirnya menjadi kerucut biru, hijau, atau merah, masing-masing merespons panjang gelombang cahaya berbeda. Meskipun foveola hanya mewakili sebagian kecil retina, foveola bertanggung jawab atas sekitar setengah dari seluruh persepsi visual manusia. Berbeda dengan bagian retina lainnya yang memiliki ketiga jenis sel kerucut, foveola hanya berisi sel kerucut merah dan hijau.
Transformasi sel kerucut yang mengejutkan
Manusia unik karena memiliki tiga jenis kerucut berbeda yang bersama-sama memungkinkan penglihatan warna dalam jangkauan luas. Bagaimana tepatnya pola khusus ini berkembang masih menjadi misteri selama beberapa dekade. Menurut Johnston, para ilmuwan mengalami kesulitan mempelajari proses ini karena hewan penelitian umum seperti tikus dan ikan tidak mengembangkan susunan sel fotoreseptor yang sama.
Temuan baru ini menunjukkan bahwa konfigurasi kerucut di foveola dibentuk oleh serangkaian peristiwa yang terkoordinasi pada awal perkembangan janin. Selama minggu ke 10 hingga 12, sejumlah kecil kerucut biru muncul di foveola yang sedang berkembang. Namun, pada minggu ke 14, sel-sel ini telah berubah menjadi kerucut merah dan hijau.
Para peneliti menemukan bahwa hal ini terjadi melalui dua mekanisme berbeda. Pertama, asam retinoat, molekul yang berasal dari vitamin A, dipecah, sehingga mengurangi pembentukan kerucut biru baru. Kemudian, hormon tiroid menyebabkan sisa kerucut biru berubah menjadi kerucut merah dan hijau.
“Pertama, asam retinoat membantu mengatur polanya. Kedua, hormon tiroid berperan dalam mengubah sel-sel yang tersisa,” kata Johnston. “Ini sangat penting karena jika Anda memiliki kerucut biru di sana, Anda tidak akan dapat melihatnya dengan baik.”
Mempertanyakan teori yang sudah lama dipegang
Hasilnya memberikan penjelasan baru atas pertanyaan yang telah menarik minat para peneliti visi selama beberapa dekade. Teori yang berlaku menyatakan bahwa kerucut biru terbentuk di tengah retina dan kemudian bermigrasi ke luar. Sebaliknya, bukti baru menunjukkan bahwa sel-sel ini tetap berada di tempatnya namun mengubah identitasnya menjadi kerucut merah dan hijau, menghasilkan susunan khusus yang diperlukan untuk penglihatan yang tajam.
“Model utama di lapangan sekitar 30 tahun lalu adalah bahwa entah bagaimana beberapa kerucut biru yang Anda temukan di wilayah tersebut menyingkir, sel-sel tersebut memutuskan akan menjadi apa mereka, dan mereka tetap menjadi sel seperti itu selamanya,” kata Johnston. “Kami belum bisa mengesampingkan hal itu, namun data kami mendukung model yang berbeda. Sel-sel ini berubah seiring waktu, dan ini sungguh mengejutkan.”
Potensi pemulihan penglihatan di masa depan
Para peneliti yakin temuan ini berpotensi mendukung pendekatan baru untuk mengatasi kehilangan penglihatan. Tim Johnston terus menyempurnakan organoid retinanya agar lebih menyerupai fungsi retina manusia. Model yang lebih baik dapat membantu para ilmuwan menghasilkan sel fotoreseptor yang lebih sehat untuk terapi penggantian sel di masa depan yang menargetkan penyakit seperti degenerasi makula, yang saat ini belum ada obatnya.
“Tujuan dari penggunaan teknologi organoid ini adalah untuk menciptakan populasi fotoreseptor yang hampir dapat disesuaikan. Potensi besarnya adalah terapi penggantian sel untuk memperkenalkan sel-sel sehat yang dapat berintegrasi kembali ke mata dan berpotensi mengembalikan penglihatan yang hilang,” kata Hussey, yang sekarang menjadi ahli biologi molekuler dan seluler di perusahaan terapi sel CiRC Biosciences di Chicago. “Ini adalah eksperimen jangka panjang, dan tentu saja kita harus melakukan optimalisasi studi keamanan dan efektivitas sebelum pindah ke klinik. Namun ini adalah perjalanan yang layak.”
