Biokompatibilitas Scaffold Komposit Hidroksiapatit-Kitosan-Kondroitin Sulfat sebagai Bone Graft

Perkembangan bone graft artifial untuk pengganti tulang semakin menarik untuk diteliti pada beberapa dekade terakhir. Salah satu bone graft yang sering digunakan berupa scaffold umumnya berasal dari biokeramik dan biopolymer. Scaffold bone graft yang ideal harus memiliki biokompatibilitas yang bagus, biodegradasi yang dapat dikontrol, mikrostruktur yang sesuai (ukuran pori dan porositas total). Hal yang terpenting adalah mudah untuk biodegradasi dan bertindak seperti matriks tulang artifisial untuk membentuk tulang baru sehingga menghindari kebutuhan akan operasi yang kedua. Selain itu scaffold juga harus memiliki sifat mekanik yang cocok dengan jaringan pada daerah implantasi. Dengan demikian biomaterial scaffold tulang merupakan alternatif potensial untuk teknik perbaikan bone defect akibat trauma, reseksi tumor dan perkembangan abnormal. Terdapat beberapa hal yang dapat mempengaruhi aplikasi scaffold pada host, antara lain lokasi proses regenerasi dan jaringan atau organ tempat implan serta sistem bioreaktor alami host. Biokompatibilitas scaffold diukur dari kemampuannya untuk membuat substrat mendukung aktifitas pertumbuhan sel, memfasilitasi molekul dan untuk mengoptimalkan regenerasi jaringan tanpa menimbulkan respon lokal atau sistemik pada host.

Material scaffold yang banyak dikembangkan saat ini berupa komposit tiga komponen, yang berasal dari kitosan, hidroksiapatit (HA) dan kondroitin sulfat. Kitosan merupakan biopolimer yang sering digunakan sebagai scaffold dalam dunia ortopedi karena biokompatibilitas, biodegradasi dan bentuk pori sehingga cocok untuk pertumbuhan sel dan antibakterial alami. Hidroksiapatit merupakan biokeramik yang sering digunakan untuk implan tulang karena komposisi kimia yang mirip dengan tulang dan gigi. HA  dapat membangun ikatan yang erat dengan jaringan tulang, bersifat osteokonduktif, stabil terhadap penyerapan biologis dan tidak memiliki efek buruk pada manusia. Kondroitin sulfat merupakan komponen struktural penting dari tulang rawan. Dalam jaringan tulang rawan, kondroitin sulfat berperan dalam menjaga integritas elastisitas dalam jaringan. Selain itu, kondroitin sulfat dapat memperbaiki sifat interkoneksi pori dan hidrolitik pada kitosan. Dengan demikian diharapkan adanya penambahan kondroitin sulfat akan meningkatkan karakteristik fisik dan biologis scaffold.

Komposit scaffold hidroksiapatit-kitosan-kondroitin sulfat dengan perbandingan komposisi berturut-turut 50:35:15% wt  memberikan ukuran pori 239 μm dan porositas sebesar 90.06% dan terbentuk interkonektivitas pori. Uji in vitro biodegradasi menghasilkan persentase massa hilang sebesar 27,14% selama 4 minggu. Dengan persentase degradasi sebesar ini maka memungkinkan komposit scaffold masihdapat mempertahankan bentuknya hingga kalus yang terbentuk telah kuat dan scaffold bersatu dengan osteosit. Dengan karakteristik seperti tersebut di atas, maka perlu dilakukan evaluasi biokompatibilitas scaffold secara invivo dengan menggunakan kelinci. Evaluasi biokompatibilitas ini dilakukan untuk mengetahui interaksi antara biomaterial dengan jaringan tubuh dalam jangka waktu singkat atau panjang, yang tampak pada tingkat jaringan dan seluler. Terdapat tiga faktor yang menginisiasi re-evaluasi biokompatibilitas scaffold terhadap jaringan. Pertama, respon material terhadap berbagai individu dapat bervariasi. Biokompatibilitas tidak hanya tergantung pada karakteristik scaffold tetapi jugatergantung pada lingkungan tempat scaffold digunakan. Kedua, adanya penggunaan berbagai jenis material mengakibatkan scaffold harus bereaksi secara spesifik terhadap jaringan. Ketiga, beberapa aplikasi mengakibatkan scaffold terdegradasi dalam tubuh.

Uji biokompatibilitas scaffold komposit hidroksiapatit-kitosan-kondroin sulfat meliputi tingkat inflamasi dan jumlah osteoblas pada kelinci jawa (Lepus nigricollis). Penelitian ini merupakan penelitian eksperimen sejati dengan desain post test only control. Instrumen yang digunakan adalah alat analisis hematologi dan mikroskop cahaya. Dimana untuk melihat perbedaan kelompok dilakukan dengan menggunakan hipotesis. Ada tiga kelompok perbedaan: kelompok kontrol negatif, kelompok kontrol positif dan kelompok perlakuan (dengan memberikan scaffold). Setiap kelompok memiliki tiga waktu observasi yaitu hari ke-7, ke-21, dan ke-56. Hasil laboratorium darah menunjukkan bahwa kelompok implan mengalami inflamasi tertinggi pada hari ke-7 (WBC 7,02 x 10¹² sel/L) tetapi mengalami inflamasi terendah (WBC 3,64 x 10¹² sel/L) pada hari ke-56. Berdasarkan hasil histopatologi, kelompok implan memiliki jumlah osteoblas tertinggi berturut-turut pada hari ke 7, 21 dan 56 adalah 52,33 ± 10,73, 70,00 ± 26,99 dan 61,67 ± 10,58. Parameter regenerasi dapat dilihat dari adanya woven bone, lamellar bone, sistem havers dan bone repair. Terdapat perbedaan yang bermakna pada lamellar bone dan bone repair terhadap kelompok kontrol negatif, kontrol positif dan perlakuan implan pada hari 7, 21 dan 56. Bone repair merupakan tahap terakhir dari proses regenerasi tulang. Osteoblas akan mengganti tulang trabekula menjadi tulang kompak. Kandungan scaffold komposit hidroksiapatit-kitosan-kondrotin sulfat membantu untuk membentuk, menginduksi dan menghasilkan tulang baru. Kelompok perlakuan implan dan waktu penyembuhan berpengaruh dalam proses regenerasi tulang. Perbedaan waktu penyembuhan juga mempengaruhi regenerasi tulang. Semakin lama waktu penyembuhan maka semakin terbentuk regenerasi tulang secara sempurna. Berdasarkan penelitian ini dapat disimpulkan bahwa  scaffold kompositi hydroxyapatite-chitosan-chondroin sulfate dapat menjadi salah satu cangkok tulang yang ideal untuk patah tulang.

Penulis: Aminatun

Artikel selengkapnya dapat dibaca pada: