Penggunaan Hidrogel Asam Hialuronat untuk Pengembangan Regenerative Medicine

Share on facebook
Share on google
Share on twitter
Share on linkedin

Penyakit gigi dan jaringan penyangga gigi  sering menimbulkan defek pada tulang alveolar. Strategi terbaru untuk terapi regenerative saat ini telah beralih dari bedah resektif menuju tindakan baru yang minimal invasif untuk menyembuhkan cacat tulang dengan mengurangi risiko infeksi dan penolakan host. Saat ini biomaterial  beralih ke desain bahan ‘bioaktif’ yang terintegrasi dengan molekul biologis atau sel dan jaringan regenerasi. Bahan cangkok tulang terbaru  telah dikembangkan dengan menambahkan agen biologi dan terapeutik ke daerah cacat tulang. Namun, banyak dari agen ini harus dimasukkan ke dalam atau ke substrat agar bisa berkhasiat secara klinis. Sistem penyampaian yang ideal adalah sistem yang mampu mempertahankan bahan regeneratif di situ untuk waktu yang cukup lama agar dapat berinteraksi dengan sel target dan bahan regeneratif tersebut dilepaskan pada konsentrasi yang efektif namun aman selama penyembuhan jaringan.

Dalam kasus defek tulang alveolar, bahan regeneratif lebih disukai bersifat osteoinduktif , osteokonduktif, dan mampu melakukan osseointegrasi. Asam Hyaluronat adalah bahan  regeneratif  yang dapat digunakan dalam perawatan poket periodontal. Asam Hyaluronat selain  berperan sebagai penghambat perkembangan bakteri plak, juga membantu jaringan gingiva tetap terjaga tanpa peradangan.   Asam Hyaluronat dapat digunakan  dalam berbagai bentuk gel atau  obat kumur.  Asam Hyaluronat bersifat imunologis inert dan 100% biodegradable baik secara in vitro maupun in vivo. Secara  in vivo, asam hyaluronat memiliki kemampuan untuk membantu pembuatan matriks ekstraselular, yang menghasilkan lingkungan mikro yang sesuai dan terstruktur secara struktural untuk diferensiasi sel progenitor.

Asam Hialuronat dan kolagen dapat diproses menjadi hidrogel. Hidrogel berbasis asam hialuronat dapat diaplikasikan dengan cara yang minimal invasif dan diaplikasikan secara topikal  untuk menyediakan lingkungan mikro seluler tiga dimensi dengan kadar air tinggi. Sifat material viskoelastik komposit asam hyaluronat sangat sesuai untuk regenerasi tulang. Hidrogel memiliki keuntungan sebagai bahan pembawa material relatif mudah dan memungkinkan sel progenitor menyebar ke seluruh bahan. Hidrogel berbasis asam hialuronat  telah digunakan sebagai bahan pembawa untuk faktor pertumbuhan, seperti pengiriman BMP untuk meningkatkan proliferasi tulang. Aplikasi  hidrogel asam hyaluronat carbonat hydroxyapatite pada socket post ekstraksi secara in vivo pada tikus wistar dapat meningkatkan ekspresi osteoprotegerin (OPG)  dan TGF Beta 5 kali lipat dibanding kontrol, namun bila dibandingkan dengan pemberian bahan graft saja dapat meningkatkan ekspresi TGF beta dan OPG dua kali lipat (Setiawatie, 2019) .

Asam hyaluronat mengatur respons peradangan dan berfungsi sebagai antioksidan.  Asam Hialuronat mempunyai  efek regeneratif dengan mempromosikan adhesi, migrasi, proliferasi, dan aktivasi seluler.  Asam Hialuronat juga memberikan efek bakteriostatik yang bervariasi pada strain bakteri Aggregatibacter actinomycetemcomitans, Staphylococcus aureus , dan Propionibacterium acnes.  Asam Hialuronat mendorong migrasi sel endotel yang membentuk tulang, mengangkut protein yang bertindak sebagai faktor pertumbuhan  yaitu BMP-2 dan osteopontin.  Karena sifat-sifatnya, Asam Hialuronat dikembangkan  sebagai coadjuvant dalam terapi regenerasi periodontal.            

Asam hialuronat  merupakan komponen kunci  pada proses regenerasi jaringan. Asam Hialuronat mengatur proses regenerasi  melalui reseptor spesifik ,mengatur respon inflamasi , migrasi sel dan angiogenesis pada proses penyembuhan. Asam Hialuronat adalah anggota dari kelompok glycosaminoglycans (GAGs) yang terdiri dari D-glucuronic acid and N-acetyl-D-glucosamine yang berikatan dengan  β-glycosidic membentuk polimer yang sangat panjang dengan berat molekul 5 x 106 kDa. Asam Hialuronat di sintesis oleh permukaan dalam membrane sel berbeda dengan GAGs yang disintesis didalam sel . Polimer Asam hialuronat  mempunyai kemampuan untuk berikatan dengan air bersifat higroskopik dan viskoelastis. Antigen CD44 antigen, yaitu glikoprotein  type 1 merupakan reseptor utama Asam hialuronat  CD44 terletak pada semua membran sel manusia.

Fungsi spesifik CD44 adalah kemampuannya mengikat Asam Hialuronat kemudian berinteraksi membentuk ikatan dengan fibronectin, kolagen, osteopontin dan matrix metalloproteinases (MMPs). Peran  sinyaling  CD44 pada daerah luka akan menginduksi migrasi fibroblas pada jaringan sekitarnya. Ikatan CD44 dengan Asam Hialuronat memberi efek  coating pada membran sel. Lapisan ini memberi proteksi pada permukaan sel terhadap reseptor kematian sel  sehingga dapat mencegah apoptosis, meningkatkan pertumbuhan sel dan menginduksi motilitas sel. Asam hialuronat  mempunyai potensi antiinflamasi, sehingga sering digunakan untuk terapi  osteoarthritis. Asam Hialuronat menghambat ekspresi IL-1β,MMP-1 dan MMP-3 pada kasus osteoarthritis.Wang dkk  menunjukkan bahwa Asam Hialuronat dapat menurunkan ekspresi gen  IL-8 dan iNOS , tumor necrosis factor alpha (TNFα) . Asam Hialuronat mampu menurunkan ekspresi TLR4, TLR2, MyD88 dan NF-kB secara siknifikan.

Selain itu juga menurunkan ekspresi mRNA untuk  TNFα, IL-1β, IL-17, MMP-13 dan gen  inducible nitrous oxide synthase gene pada tikus arthritis. Asam Hialuronat dapat berfungsi sebagai antioksidan dengan menurunkan ethylenediaminetetraacetic acid yang merusak DNA. Asam Hialuronat  menghambat apoptosis dan oxidative stress yang dipicu oleh  benzalkonium chloride dan sodium lauryl sulfate detergent. Asam Hialuronat membentuk sitoproteksi terhadap kematian sel dengan menetralisir intracellular ROS dan mambatasi kerusakan  DNA. Polyanionic hyaluronic acid molecules mengikat ion Fe2+ dan  Cu2+, yang diperlukan untuk reaksi  Fenton’s sehingga dapat menetralisir ROS.

Asam Hialuronat mempunyai daya antioksidan yang kuat dengan cara menghambat peroksidase lemak dan mengikat radikal bebas. Signaling  Asam Hialuronat mempengaruhi angiogenesis dengan cara  merangsang proliferasi , migrasi sel endotel dan pembentukan  pembuluh darah secara invitro. Asam Hialuronat  tidak toksik terhadap kultur sel fibroblas. Pemberian  hidrogel asam hyaluronat carbonat hydroxyapatite pada defek tulang  post ekstraksi secara in vivo pada tikus wistar dapat meningkatkan ekspresi OPG, TGF beta dan jumlah osteoblas. Hidrogel asam hyaluronat dapat dipertimbangkan sebagai bahan regenerative medicine  minimal invasive untuk terapi defek tulang alveolar dimasa yang akan dating.

Penulis: Ernie Maduratna Setiawatie

Informasi detail tentang penelitian ini dapat dilihat di:

https://search.proquest.com/openview/55791980964347dd41b3d8705fa865c8/1?pq-origsite=gscholar&cbl=1036416

Setiawatie, Ernie Maduratna, Widiyanti, Prihartini, Ryan, Muhammad, Rubianto, Muhammad. 2019. Carbonate Hydroxyapatite-Hyaluronic Acid as Bone Healing Accelerator: in-vitro and in-vivo Studies on the Alveolar Bone of Wistar Rats. Journal of International Dental and Medical Research; Diyarbakir Vol. 12, Iss. 4,  (2019): 1280-1286.

Berita Terkait

UNAIR News

UNAIR News

Media komunikasi dan informasi seputar kampus Universitas Airlangga (Unair).