Universitas Airlangga Official Website

Terapkan Komposit Berbahan Teripang dan Cangkang Udang untuk Terapi Cacat Tulang

Foto by cookpad com

Dalam istilah ortopedi, trauma tulang sering terjadi berupa patah tulang, osteoporosis, osteomielitis, osteosarcoma, dan defek tulang. Kasus trauma tulang yang mengenai femur (28,2%), pelvis (24,8%), mandibula (11,4%), tibia (14,8%), radius, dan ulna (17,3%) juga terjadi pada hewan kecil. Cacat tulang adalah diskontinuitas pada tulang dan jaringan tulang rawan yang biasanya disebabkan oleh cedera dan penyembuhan yang buruk. Cacat tulang umumnya diamati dalam beberapa kasus medis, termasuk fraktur terbuka tingkat tinggi dengan keropos tulang, trauma parah, luka ledakan, komplikasi yang memerlukan debridemen tulang, dan reseksi tumor tulang. Dalam beberapa kasus, cacat tulang menyebabkan laserasi otot, perdarahan yang signifikan, regresi periosteum tulang, dan kerusakan jaringan lunak. Cedera tulang kritis dan beberapa fragmen adalah penghambat regenerasi tulang yang lebih serius. Selain itu, penyatuan yang tertunda dan komplikasi pasca operasi dari kegagalan osifikasi tulang dapat memperpanjang defek tulang.

Secara umum, defek tulang mudah diobati dengan memfiksasi fragmen tulang dengan pin intramedullary atau fiksator eksternal. Namun, fragmen tulang kecil sering ditemui dan sulit ditangani; dalam kasus ini, diperlukan metode pencangkokan tulang khusus untuk merangsang proses penyembuhan dan mengisi dengan zat tulang. Cangkok tulang artifisial atau pengganti tulang dirancang untuk mengatasi keterbatasan cangkok tulang autologus dan alogenik. Pengganti tulang dibuat menggunakan tulang alami dalam upaya mereplikasi profil mineral jaringan tulang atau susunan struts yang saling berhubungan di tulang trabekular. Berbagai penelitian tentang metode perawatan tulang telah dilakukan, termasuk allografts, bone grafts, dan bone grafts vaskularisasi dan non-vaskularisasi. Namun, respon imunologis, komorbiditas status donor dan resipien, ketersediaan allograft, dan potensi penularan penyakit merupakan faktor krusial yang harus dipertimbangkan saat merawat defek tulang. Di sisi lain, pengembangan bahan sintetik berdasarkan polimer, logam, dan keramik telah menimbulkan perdebatan tentang kemanjurannya dalam meregenerasi, memperbaiki, dan mengganti tulang in vivo. Dengan demikian, banyak penelitian telah dilakukan selama dekade terakhir untuk memformulasi biomaterial yang cocok untuk mempercepat regenerasi tulang.

Xenograft melibatkan penggunaan biomaterial untuk mensintesis bahan cangkok tulang yang sesuai tetapi memiliki kemampuan osteogenik yang lebih rendah daripada autograft dan allograft. Teripang (Stichopus variegatus) dan cangkang udang dilaporkan menunjukkan sifat hidroksiapatit (HA), kolagen, dan kitosan (Ch), yang cocok untuk pertumbuhan sel dan osteokonduksi, memiliki reaksi benda asing yang minimal, dan memiliki aplikasi dalam rekayasa jaringan tulang. Serat hidroksiapatit dan kolagen merupakan komponen utama tulang alami. Bahan cangkok tulang yang ideal harus mampu mempertahankan viabilitas sel, tidak memprovokasi respon imunologi yang tinggi, meningkatkan kohesivitas tulang, mudah disintesis, dan noninvasif. Karena komposisi kimiawi dan susunan molekuler yang sesuai untuk matriks tulang dan peningkatan diferensiasi osteoblas selama osteogenesis, kombinasi kolagen dan HA tetap menjadi pilihan yang lebih disukai. Selain itu, Ch dari kulit udang menunjukkan sifat antimikroba dan aktivitas kemotaktik dan digunakan untuk meningkatkan proliferasi sel; selain itu, ia menyediakan struktur berpori biodegradable. Pada penelitian ini telah dilakukan untuk mengevaluasi komposit HA-Ch alami yang berasal dari teripang dan kulit udang pada tikus albino dengan defek tulang femur.

Hasilnya, secara umum komposit HA-Ch alami yang berasal dari teripang dan cangkang udang efektif dalam mendorong regenerasi tulang pada tikus albino dengan cacat tulang femoralis. Studi ini menunjukkan bahwa komposit HA-Ch memodulasi kadar IL-6, IL-10, PMNs, ALP, kalsium, fosfat, dan PINP. Tingkat serum dari senyawa biologis ini diukur pada 7 dan 42 hari pasca perawatan, masing-masing mewakili periode awal dan terminasi setelah kerusakan tulang dimulai. Pencangkokan tulang digunakan untuk mengembalikan jaringan tulang yang hilang atau rusak. Cangkok tulang terutama digunakan untuk mengobati tulang cacat yang telah mengalami pemulihan pasca operasi yang tidak mencukupi dengan mendorong perkembangan kalus. Selanjutnya, biomaterial yang digunakan sebagai cangkok tulang diharapkan dapat menghilangkan celah pada kontinuitas tulang dengan mengisi bagian korteks yang rusak. Penelitian ini menggunakan komposit HA-Ch alami yang berasal dari teripang dan kulit udang sebagai biomaterial. Hidroksiapatit [Ca10(PO4)6(OH)2] telah dipelajari sebagai bahan pengganti potensial untuk jaringan ikat padat karena biokompatibilitas dan osteokonduktivitasnya yang tinggi dan telah digunakan secara klinis sebagai tulang tiruan dan implan gigi. Namun, nilai klinis HA sebagai pengganti tulang masih diperdebatkan; misalnya, sulit untuk mencegah dispersi butiran HA dan membentuk butiran menjadi bentuk yang sesuai dengan titik cacat.

Beberapa penelitian sebelumnya menambahkan polimer yang larut dalam air, seperti asam polilaktat, asam poliglikolat, dan natrium alginat, ke HA untuk meningkatkan kemanjurannya. Selanjutnya, diklaim bahwa menggunakan Ch sebagai bahan pelapis selama regenerasi tulang akan meningkatkan osteokonduksi dan viabilitas sel serta mengaktifkan dan memodulasi sel inflamasi. Osteokonduksi dalam cangkok tulang perancah bertindak sebagai media perekat untuk osteoblas yang berkembang untuk memperbaiki kerusakan tulang. Dalam proses menghasilkan anyaman tulang, scaffolding juga memulai angiogenesis. Pertumbuhan dalam aposisi tulang dari titik epifisis ke daerah diafisis dapat dipercepat dengan allograft. Osteoinduksi merangsang osteogenesis, sehingga menyiratkan bahwa cangkok tulang secara aktif menginduksi sel punca dan osteoblas dari jaringan sekitarnya untuk berproliferasi dan berdiferensiasi dalam pembentukan anyaman tulang.

Beberapa faktor pertumbuhan terlibat dalam diferensiasi dan proliferasi osteoblas, termasuk protein morfogenik tulang, faktor pertumbuhan turunan platelet, faktor pertumbuhan seperti insulin, faktor pertumbuhan fibroblas, faktor pertumbuhan transformasi-β, dan faktor pertumbuhan epidermal. Selain itu, aktivitas sitokin pro-inflamasi mempengaruhi proses penyembuhan. Afinitas dan viabilitas sel setelah implantasi biomaterial dapat ditingkatkan jika peradangan dapat dikontrol dan ditekan. Sitokin yang terlibat dalam proses penyembuhan adalah IL-1, IL-4, IL-6, IL-10, TNF-α, matrix metalloproteinase-9, dan prostaglandin E2. Dalam penelitian ini, IL-4, IL-6, IL-10, dan TNF-α meningkat selama pertumbuhan awal perbaikan kerusakan tulang. Selanjutnya pada kelompok HA-Ch, aktivitas IL-6 pada 7 hari dan IL-10 pada 42 hari mengalami penurunan selama masa pemulihan. Kadar neutrofil polimorfonuklear juga meningkat pada periode awal dan kemudian menurun secara bertahap selama 42 hari masa penyembuhan, terutama pada kelompok HA-Ch. Sebuah studi sebelumnya melaporkan bahwa kadar IL-1, IL-6, IL-10, TNF-α, dan TGF-β menunjukkan percepatan proses osifikasi, konsisten dengan temuan penelitian ini. Studi lain menemukan bahwa PMN menghambat osteitis, infeksi, dan kemungkinan operasi sepsis dengan implan komposit HA pada pasien dengan patah tulang paha.

Penulis: Faisal Fikri, drh., M.Vet.

Sumber: Safira, A., Rani, C. A. M., Fikri, F., Purnomo, A., Khairani, S., Chhetri, S., Maslamama, S. T., & Purnama, M. T. E. (2023). Hydroxyapatite-chitosan composites derived from sea cucumbers and shrimp shells ameliorate femoral bone defects in an albino rat model. Veterinary World, 16(5).

Link: https://www.veterinaryworld.org/Vol.16/May-2023/22.pdf