Pengaruh Pemberian Eksosom Turunan Wharton Jelly Human Umbilical Cord Mesenchymal Stem Cells Terhadap Marker Neuroinflamasi Pada Lobus Frontal Tikus Model Iskemia Global Transien : Kajian terhadap Fungsi Memori Spasial, Ekspresi GFAP serta Ekspresi mRNA IL-6 dan iNOS

Khodijah Adha Kamila, dr. Ratih Yuniartha, Ph.D; dr. Nur Arfian, Ph.D

2025 | Tesis | S2 Ilmu Kedokteran Dasar dan Biomedis

Latar Belakang: Stroke iskemik sebagai penyakit cerebrovaskuler penyebab morbiditas dan mortalitas yang tinggi, hingga keadaan disabilitas pasca serangan. Keadaan hipoksia cerebral mengakibatkan hiperreaktivitas neuroglia dan mengaktifkan respon inflamasi.  Alternatif terapi terbaru menggunakan eksosom yang merupakan produk hasil sel punca. Eksosom Human Umbilical Cord-Mesenchymal Stem Cells memiliki efek antiinflamasi pada cedera iskemia reperfusi jaringan otak. Penelitian menggunakan hewan coba iskemia global transien diharapkan mampu digunakan untuk menguji efek neuroprotektif dari eksosom dengan beberapa dosis pemberian. 

Tujuan: Tujuan penelitian ini adalah untuk mengkaji pengaruh pemberian eksosom terhadap ekspresi biomarker neuroinflammasi dan fungsi memori spasial pada lobus frontal tikus model stroke iskemia serebral global transien. 

Metode:   Penelitian ini menggunakan subjek penelitian berupa tikus Wistar jantan  usia 12-14 minggu dengan berat badan awal 250-350g berjumlah 24 ekor tikus dengan model iskemia serebral global transien dengan induksi BCCAO. Terdapat 5 kelompok yaitu: SO, BC, EXO1 (dosis eksosom 8,5x104 partikel/ekor), EXO2 (8,5x105 partikel/ekor), dan EXO3 (8,5x106 partikel/ekor). Evaluasi pemberian terapi pada tikus dinilai melalui gambaran fungsi memori spasial dengan uji MWM; penilaian ekspresi mRNA IL-6, iNOS dan GFAP; serta deskripsi histologi pada pewarnaan imunohistokimia (IHC) GFAP dan CD68. 

Hasil: Perbaikan fungsi kognitif cenderung membaik pada kelompok terapi pada pola lintasan selama uji  probe. terutama dosis EXO2 memiliki gambaran fungsi memori yang lebih baik dibandingkan kelompok BCCAO, dilihat dari jarak tempuh dan rasio durasi pada kuadran target dibandingkan kuadran lawan (p=0,005; p=0,039). Rerata ekspresi mRNA  IL-6 pada ketiga kelompok terapi lebih rendah dibandingkan BCCAO (p=0,046; p=0,002; p=0,002). Pada kelompok EXO2 memilikirerata ekspresi mRNA iNOS (p=0,009) dan GFAP (p=0,010) lebih baik dibandingkan kelompok BCCAO.  Gambaran histologis melalui IHC GFAP dan CD68 mendukung hasil dengan ditemukannya gambaran gliosis yang lebih sedikit pada kelompok EXO1, EXO2, dan EXO3 dibandingkan kelompok BCCAO.

Kesimpulan: Pemberian eksosom mampu digunakan sebagai kandidat terapi tambahan pada kasus model iskemia serebral global transien. Potensi neuroprotektif ditunjukkan melalui perbaikan fungsi memori spasial, penurunan ekspresi sitokin proinflamasi, penurunan aktivitas neuroglia.  

Background: Ischemic stroke, a cerebrovascular disease, is a leading cause of morbidity and mortality, often resulting in post-stroke disability. Cerebral hypoxia induces neuroglial hyperreactivity and activates the inflammatory response. A novel therapeutic alternative involves exosomes, which are cell-derived products. Exosomes derived from human umbilical cord-mesenchymal stem cells (hUC-MSCs) have demonstrated anti-inflammatory effects in ischemia-reperfusion brain injury. A transient global ischemia model in experimental animals is expected to evaluate the neuroprotective effects of exosomes at various dosage levels.

Objective: This study aims to evaluate the effects of exosome administration on neuroinflammatory biomarker expression and spatial memory function in the frontal lobe of a transient global cerebral ischemia rat model.

Methods: Male Wistar rats (12–14 weeks old, initial weight 250–350 g) were used as experimental subjects. A total of 24 rats underwent transient global cerebral ischemia induction using bilateral common carotid artery occlusion (BCCAO). The study consisted of five groups: Sham-operated (SO), BCCAO, EXO1 (8.5×10? particles/rat), EXO2(8.5×10? particles/rat), and EXO3 (8.5×10? particles/rat). Therapeutic effects were evaluated through spatial memory function assessment using the Morris Water Maze (MWM), mRNA expression analysis of IL-6, iNOS, and GFAP, and histological examination via immunohistochemical (IHC) staining for GFAP and CD68.

Results: Cognitive function improvements were observed in the treatment groups, particularly in the EXO2 group, which exhibited better memory performance than the BCCAO group. This was evident from the travel distance and target quadrant duration ratio compared to the opposite quadrant (p=0.005; p = 0.039). The mean mRNA expression of IL-6 was significantly lower in all treatment groups than in the BCCAO group (p=0.046; p=0.002; p=0.002). The EXO2 group also demonstrated significantly lower iNOS (p=0.009) and GFAP (p=0.010) expression levels than the BCCAO group. Histological analysis via IHC staining for GFAP and CD68 supported these findings, showing reduced gliosis in EXO1, EXO2, and EXO3 groups compared to the BCCAO group.

Conclusion: Exosome administration demonstrates potential as an adjunctive therapy for transient global cerebral ischemia. The neuroprotective effects were evidenced by improved spatial memory function, reduced pro-inflammatory cytokine expression, and decreased neuroglial activation.

Kata Kunci : iskemia serebral global, eksosom, memori spasial, neuroinflamasi