Stem cell merupakan salah satu bahan potensial untuk memperbaiki kerusakan tulang atau kehilangan gigi yang disebabkan oleh trauma, fraktur, pembedahan, reseksi tumor, malformasi kongenital, kegagalan implan oleh karena osteoporosis dan periodontitis. Rekayasan konstruksi jaringan dalam jaringan tulang dengan kombinasi sel punca dan scaffold mulai menampakkan hasil yang menjanjikan. Mesenchymal stem cells (MSCs) merupakan bahan yang potensial dalam bidang kedokteran regeneratif oleh karena sifat pembaharuannya, potensi multilineage differentiation dan sifat imunosupresif.
Human bone marrow mesenchymal stem cells (hBM-MSCs) paling sering digunakan dalam penelitian dan merupakan sumber stem cell yang bagus. Stem cell yang berasal dari umbilical cord (hUC-MSCs) juga merupakan sumber stem cell yang potensial, juga mempunyai potensi diferensiasi osteogenik yang signifikan.
Scaffold yang ideal harus mampu memfasilitasi adhesi, migrasi, proliferasi dan organisasi sel dalam bidang tiga dimensi. Porositas yang tinggi dan ukuran pori-pori yang ideal memfasilitasi difusi nutrien, oksigen dan hasil buangan metabolik seluler. Sifat biodegradibilitas memungkinkan scaffold untuk diserap oleh tubuh. Waktu yang dibutuhkan untuk degradasi idealnya sejalan dengan pembentukan jaringan yang baru. Sifat biokompatibel dan non toksik dapat menghindari reaksi inflamasi dan toksisitas.
Biomaterial scaffold secara umum dibagi menjadi dua kategori: polimer alami seperti gelatin, alginat, dekstran, kitosan dan polimer sintetis diantaranya poly lactic acid (PLA), poly glycolic acid (PGA), Poly urethanes. Biokompatibilitas polimer alami lebih tinggi. Namun, polimer sintetis menunjukkan sifat mekanik yang lebih unggul, tetapi menginduksi respons inflamasi akut dan kronis di tubuh host.
Gelatin dan alginat adalah polimer alami keduanya yang bisa diolah menjadi scaffold injeksi yang mudah mengisi defek dengan bentuk iregular. Alginat berasal dari ganggang yang membutuhkan proses pemurnian untuk menghindari respon imun setelah implantasi. Keuntungan alginat yaitu memiliki toksisitas rendah dan biokompatibilitas tinggi.
Namun, kekuatan mekanis dan biodegradabilitas bahan ini rendah dan kurang mampu mengakomodasi perlekatan sel. Kekurangan alginat diantaranya variasi batch ke batch yang besar, tingginya biaya biosintesis dan sifat hidrofilik yang membuatnya tidak efektif dalam adsorpsi protein. Oleh karena itu, scaffold alginat harus dimodifikasi untuk dapat menjalankan fungsi seluler.
Gelatin merupakan hasil denaturasi protein dari hidrolisis parsial kolagen, dianggap sebagai polimer pilihan yang dapat digunakan dalam rekayasa jaringan tulang. Bahan ini tidak beracun, bersifat biokompatibel dan dapat mengalami biodegradasi baik in vitro dan in vivo. Sebagai turunan kolagen, gelatin mempunyai motif pengikat sel seperti arginine-glycine-aspartic acid sequences (RGD) yang berperan dalam proses adhesi, proliferasi, diferensiasi sel dan Matrix metalloproteinase (MMP) yang mempengaruhi biodegradasi.
Gelatin dan alginat memiliki sifat non toksik untuk hUC-MSC agar dapat saling menggantikan jika salah satunya tidak tersedia. Tantangan utama untuk pengembangan scaffold tulang yang optimal adalah biokompatibilitasnya. Penelitian kami sebelumnya menunjukkan bahwa pelarut gelatin 2% bersifat non toksik untuk hUC-MSCs in vitro. Sebuah studi in vivo menunjukkan bahwa alginat 2% aman untuk mesenchymal stem cell. Perbandingan sitotoksisitas gelatin dan alginat untuk hUC-MSCs belum diteliti secara luas. Tujuan dari penelitian ini yaitu untuk membandingkan sitotoksisitas gelatin dan alginat terhadap hUC-MSCs in vitro.
Penelitian ini merupakan penelitian laboratoris in vitro menggunakan hUC-MSCs pada kehamilan full-term dan telah melalui uji etik dari Komite Etik Rumah Sakit Dr. Soetomo Surabaya (547/Panke.KKE/IX/2017). Tahapan yang dilakukan pada penelitian ini yaitu Isolasi dan Kultur hUC-MSCs, Flow Cytometry Phenotypic Characterization, Persiapan Scaffold Gelatin dan Alginat, Pengukuran Sitotoksisitas Gelatin dan Alginat terhadap hUC-MSCs, Analisis Data.
Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa kelarutan gelatin dan alginat tidak memengaruhi viabilitas hUC-MSCs. Scaffold alginat menyediakan lingkungan yang mendukung aktivitas selular dan viabilitas hUC-MSCs. Hasil ini sesuai dengan penelitian sebelumnya bahwa sitotoksisitas alginat pada hUC-MSCs yang mengindikasikan bahwa hUC-MSCs yang terbungkus dalam alginate-fibrin mocrobeads dapat meningkatkan viabilitas sel. hUCMSCs yang terdapat dalam scaffold gelatin, alginat, dan beta-tricalcium-phosphate menunjukkan viabilitas sel, aktivitas metabolik dan proliferasi.
Berdasarkan hasil analisis statistik tidak ada perbedaan yang signifikan (p>0,05) dari sitotoksisitas gelatin dan alginat terhadap hUC-MSCs. Hal ini dapat terjadi karena sifat hidrofilik gelatin dan alginat sebagai scaffold biomaterial yang memfasilitasi perlekatan sel dan absorpsi cairan untuk menyediakan nutrisi bagi sel dan aktivitas metabolik. Maka dapat disimpulkan bahwa gelatin dan alginat terbukti non toksik terhadap hUC-MSCs secara in vitro. (*)
Penulis: Nike Hendrijantini
Informasi detail dari penelitian ini dapat dilihat di: http://e-journal.unair.ac.id/index.php/MKG
