Jaringan gigi seperti email, dentin, pulpa, sementum, ligamen periodontal, dan tulang alveolar  rentan mengalami kerusakan dan degradasi akibat perubahan kondisi mulut. Perancah sebagai contoh rekayasa jaringan adalah produk yang menjanjikan untuk mengatasi persoalan  ini, karena perancah memainkan peran penting dalam menyediakan lingkungan mikro yang sesuai untuk regenerasi jaringan.

Perancah yang digunakan dalam rekayasa jaringan gigi mempunyai fungsi sebagai kerangka (scaffolding)yang mendukung perlekatan, proliferasi, dan diferensiasi sel, dan peniru matriks ekstraseluler alami. Perancah ini memberikan dukungan mekanis, memandu pertumbuhan jaringan, dan memfasilitasi pertukaran nutrisi dan sisa metabolisme. Pada penelitian ini digunakan  Hydrogel sebagai perancah karena memiliki kandungan airnya yang tinggi, menyerupai dengan lingkungan jaringan aslinya,  kompatibel dengan proses seluler dan dapat dirancang untuk terdegradasi seiring waktu seiring dengan terbentuknya jaringan baru.

Namun, menghasilkan hydrogel yang optimal menyerupai jaringan pengganti tidaklah gampang, sebagai contoh porositas, masih merupakan sebuah tantangan besar. Porositas merupakan parameter penting karena mempengaruhi infiltrasi sel, difusi nutrisi, dan pembuangan sisa metabolisme dalam perancah. Porositas yang optimal diperlukan untuk mendukung pertumbuhan sel dan regenerasi jaringan secara efektif. Bakteri nanoselulosa (BN) adalah jenis bahan hydrogel yang dihasilkan dari bakteri Acetobacter xylinum.

A. xylinum sebagai bakteri nanosellulosa adalah bakteri  gram-negatif yang menjanjikan dalam berbagai aplikasi medis, seperti kulit buatan, pembuluh darah, dan regenerasi tulang. BN memiliki kemurniannya tinggi dan struktur nanofibril kristalnya, yang mempunyai luas permukaan luas sehingga mampu menahan sejumlah besar cairan. Selain itu, BN memiliki sifat unik, seperti elastisitas tinggi, biokompatibilitas, degradasi, kapasitas menahan air yang tinggi, biaya pembuatan murah, dan kekuatan mekanik tinggi dalam keadaan basah.

Memasukkan BN ke dalam hidroksiapatit (HAp) dapat meningkatkan biokompatibilitas HAp yang sangat dibutuhkan untuk suatu material. Cangkang A. granosa dan A. fulica mengandung persentase kalsium karbonat (CaCO3) yang tinggi (98%), kalsium fosfat 0,3%, dan kitin (C8H13O5).6,7 Kitin memiliki sifat antikanker dan antibakteri. Terdapat perbedaan persentase kitin pada cangkang A. granosa dan A. fulica. Cangkang A. granosa mengandung 14 hingga 35% kitin, sedangkan cangkang A. fulica memiliki kandungan kitin lebih tinggi yaitu 70 hingga 80%.

Lebih lanjut, kandungan cangkang A. granosa dan A. fulica ini tampaknya tidak terlalu dipengaruhi oleh wilayah tempat asal spesies ini. Hal ini menunjukkan bahwa faktor lingkungan atau variasi habitat mungkin tidak berperan besar dalam menentukan kandungan kitin dan hidroksipatit dari kedua spesies ini. Oleh karena itu, menggabungkan hydroksiaptit dari A. granosa dan A. fulica dan melapisinya pada permukaan BN dapat memberikan keuntungan dalam hal meningkatkan karakteristik dan biokompatibilitas perancah.

Namun, penting untuk dicatat bahwa ada keterbatasan dalam hal ini. informasi mengenai karakteristik fisik material komposit ini, seperti porositas, kepadatan pori, dan rasio pembengkakan. Sifat-sifat ini merupakan faktor penting yang mempengaruhi biokompatibilitas perancah. Oleh karena itu, tujuan penelitian ini adalah untuk mengukur sifat fisik perancah tiga dimensi (3D) HAp/BN, memberikan wawasan berharga mengenai kesesuaiannya untuk berbagai aplikasi biomaterial.

Pada penelitian ini pembuatan hidroksiaptit berasal dari  A. granosa dan A. fulica yang kemudian di tambahkan ke dalam produk dari fermentasi A. xylinum (BN). Bakteri dikultur menggunakan media yang mengandung sukrosa 2,5 g/L, amonium sulfat 0,5 g/L, dan air kelapa dan diletakkan dalam wadah steril selama 7-9 hari untuk untuk menumbuhkan bakteri tersebut

Pembuatan hidroksiapatit (HAp) dari cangkang A. granosa dan A. fulica. Cangkang dibersihkan dan dikeringkan, kemudian dikalsinasi dua kali pada suhu 800°C selama 12 jam dan 24 jam. Proses ini mengubah kalsium karbonat menjadi kalsium oksida, prekursor sintesis HAp. Sintesisnya melibatkan larutan 1M Ca(OH)₂, asam fosfat, dan pemanasan pada suhu 400°C.

Produk kemudian disaring, dikeringkan, dan disintering pada suhu 900°C selama 5 jam. Selanjutnya, BN direndam dalam air deionisasi selama 2 hari, diganti setiap 5 jam, untuk menghilangkan kotoran dan kontaminan. Setelah air sulingan, BN dipindahkan ke larutan NaOH 1M, dimana endapan garam dihilangkan. Proses pembilasan terus dilakukan hingga pH air mencapai 7,2 dan bau BN hilang. Sintesis HAP/BN dicapai melalui perendaman selulosa, dimana bubuk HAp dicampur dengan air DI dan disonikasi. BN yang telah dimurnikan kemudian direndam dalam suspensi, diaduk, dan dikeringkan pada suhu 50°C selama 1 hari.

Hasil penelitian ini menunjukkan struktur berpori perancah HAp/BN, dengan porositas 100%, yang memungkinkan aliran cairan dan nutrisi. Rasio pembengkakan (swelling ratio) perancah meningkat pada hari pertama dan kemudian menurun pada hari ke-2, dengan perbedaan yang signifikan antar kelompok. Kapasitas retensi air perancah 3D HAp/BN meningkat selama empat hari, dengan waktu perendaman yang lebih lama menunjukkan peningkatan retensi air lebih tinggi karena peningkatan ikatan antara HAp dan matriks perancah.

Perancah dengan waktu perendaman yang lebih lama juga memiliki kepadatan pori yang lebih tinggi, penyerapan air yang lebih cepat, dan lebih lama. Kelompok perendaman15 jam memiliki jumlah pori yang lebih banyak dengan diameter berkisar antara 101 hingga 350 μm. Perancah HAp/BN 3D, ketika direndam dalam HAp selama 15 jam, memiliki sifat fisik yang menjanjikan, sehingga cocok untuk berbagai aplikasi dalam rekayasa jaringan gigi.

Penulis: Prof. Dr. Hendrik Setia Budi, drg., M.Kes.

Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:

https://www.thieme-connect.com/products/ejournals/pdf/10.1055/s-0043-1776123.pdf

Silvia Anitasari, Hendrik Setia Budi, Anitasari S, Yung Kang Shen, Yuliana Mahdiyah Da’at Arina.

New insight of scaffold based on hidroxyapatite/bacteria nanocellulose. European Dental Journal, 2023. https://doi.org/10.1055/s-0043-1776123.