Tujuan utama dalam rekayasa jaringan adalah untuk menghasilkan perancah (scaffold) yang serupa dalam struktur dan fungsi untuk jaringan sehat dalam segala hal. Di dalam tubuh manusia, berbagai rangsangan berperan dalam perkembangan dan pemeliharaan struktur dan fungsi. Penggunaan scaffold yang tepat, sangat membantu untuk meningkatkan jaringan yang direkayasa. Berbagai metode telah digunakan untuk produksi scaffold dari polimer alam dan sintetis. Electrospinning adalah metode yang digunakan dalam berbagai aplikasi medis seperti pelindung untuk penyembuhan luka dan pelepasan obat. Electrospinning merupakan metode yang tepat untuk produksi scaffold serat nano karena produksi lapisan serat nano dengan struktur yang mirip dengan matriks ekstraseluler (ECM).
Polycaprolactone (PCL) adalah polimer yang tidak toksik dan dapat terurai sepenuhnya, disetujui oleh Food and Drug Administration (FDA) AS, yang telah dipertimbangkan oleh para peneliti sebagai salah satu pilihan yang sesuai untuk konstruksi scaffold dengan kemampuan penghantaran obat yang potensial. Di sisi lain, gelatin merupakan biopolimer dan memiliki berbagai sifat antara lain biokompatibilitas tinggi, biodegradabilitas, tidak membentuk antigen, kemampuan absorpsi tinggi secara in vivo, hemat biaya dibandingkan dengan polimer sintetik, percepatan adhesi, migrasi sel, dan kemampuan pembentukan kompleks polielektrolit.
PCL/Gel electrospun nanofibrous juga merupakan kandidat yang tepat untuk sistem penghantaran obat. Baru-baru ini, Al-Baadani dkk. melaporkan penerapan membran PCL/Gel co-electrospinning sebagai sistem penghantaran obat yang dapat disesuaikan untuk regenerasi jaringan tulang. Sistem ini dapat melepaskan obat hidrofobik dan hidrofilik secara perlahan dengan menghambat difusi/disolusi serat gel.
Sebagai biomaterial alami dalam tulang, Kalsium fosfat (CPs) telah dipelajari aplikasinya dalam regenerasi tulang dan bidang muskuloskeletal karena memiliki sifat osteokonduktif dan osteoinduktif (dalam beberapa kasus), resorbabilitas, dan sifat amenabilitas. Selain itu, CP juga dapat digunakan sebagai prekursor dalam pembuatan biomaterial lainnya. Dalam rekayasa jaringan tulang, kehadiran DCP tidak hanya meningkatkan pada akhir dari sifat mekanik scaffold, tetapi pelepasan fosfor dan Ca memfasilitasi regenerasi tulang dengan mengaktivasi osteoklas dan osteoblas. DCP juga dapat diperkuat dengan berbagai polimer seperti poli (propilen fumarat) (PPF) dan digunakan untuk rekayasa jaringan tulang.
Nanopartikel graphene oxide (GO NPs) juga mendapat banyak perhatian dalam rekayasa jaringan, karena ketahanan secara mekanik dan termalnya yang sangat baik. Selain itu, nanosheet graphene memiliki aktivitas antibakteri yang signifikan yang sangat bergantung pada struktur dan morfologinya, yang dihasilkan dari modifikasi permukaan. Oleh karena itu, dengan memodifikasi permukaan nanosheet graphene dengan biomolekul yang sesuai dan penggunaannya dalam rekayasa scaffold, maka scaffold antibakteri dapat dibuat dengan memperhatikan sifat mekanik dan termal.
Dalam penelitian ini, scaffold nanofibrous campuran di-electrospun dari larutan campuran polycaprolactone/ gelatin (Gel/ PCL) yang diperkuat oleh dicalcium phosphate dihydrate (DCPD)-modified graphene oxide (GO). DCPD diimobilisasi pada graphene oxide yang dimodifikasi PAA (poli asam α-amino) melalui interaksi ionik, kemudian dimasukkan ke dalam kerangka PCL. Klindamisin sebagai obat antibiotik ditambahkan ke scaffold nanofiber. Nanofiber homogen dibuat dengan co-electrospun diameter rata-rata 250 nm dari larutan campuran Gel/PCL. Pelepasan lambat dan terkontrol DCPD dan klindamisin dari nanofiber diamati.
Uji kekuatan tarik dan pengukuran sudut kontak menunjukkan bahwa penambahan PCL dan GO menghasilkan sifat mekanik dan fisik yang lebih tinggi dari scaffold yang dihasilkan. Pemuatan graphene termodifikasi DCPD dalam struktur Gel/PCL menyebabkan pembentukan substrat nanofibrous dengan sifat fisik dan biokompatibilitas yang sesuai. Serat nano hibrida Gel/PCL-G menunjukkan biokompatibilitas yang baik terhadap sel osteosarkoma manusia, dan tidak menunjukkan toksisitas seluler. Sel-sel yang tumbuh pada scaffold menunjukkan morfologi yang homogen dan hampir merata menutupi seluruh serat. Serat nano yang dibuat memiliki morfologi halus dan serat nano, lingkungan seluler yang baik dan hidrofilisitas yang lebih tinggi, dapat menjadikan kandidat scaffold yang baik untuk digunakan dalam rekayasa jaringan tulang. Selain itu, aktivitas antibakteri yang signifikan ditemukan pada nanofibers terhadap S. aureus daripada E. Coli.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1387700322001447
Hendrik Setia Budi, Walid Kamal Abdelbasset, Mohammad Javed Ansari, Saade Abdalkareem Jasim, Milad Kazemnejadi. Preparation of antibacterial Gel/PCL nanofibers reinforced by dicalcium phosphate-modified graphene oxide with control release of clindamycin for possible application in bone tissue engineering. Inorganic Chemistry Communications. Volume 139, May 2022, 109336. https://doi.org/10.1016/j.inoche.2022.109336
