Tuberkulosis (TB) adalah penyakit yang disebabkan oleh Mycobacterium tuberculosis. Mengacu pada Global TB Report, 10 juta orang di seluruh dunia menderita TB dan menyebabkan 1,2 juta orang meninggal setiap tahunnya. Di Indonesia tercatat ada 443.235 kasus TB sepanjang tahun 2021. Pada umumnya TBC menginfeksi paru-paru, namun dalam kondisi yang lebih parah dapat menginfeksi organ tubuh lain seperti tulang belakang. Tuberkulosis tulang belakang dapat menyebabkan kerusakan pada korpus vertebra dan kelainan bentuk tulang belakang yang dapat menimbulkan risiko kompresi sumsum tulang belakang. Metode pengobatan paling efektif yang dapat digunakan untuk mengobati TB tulang belakang adalah metode pembedahan, mengambil bagian tulang yang terinfeksi dan menggantinya dengan scaffold perancah untuk menginduksi stabilitas tulang belakang dan proses penyembuhan.
Scaffold adalah perancah yang merupakan struktur sementara yang menyediakan lingkungan yang mendukung pertumbuhan sel osteoblas dalam proses adhesi, proliferasi, dan diferensiasi untuk menghasilkan jaringan tulang baru. Penggunaan 3D printing yang merupakan hasil perkembangan Revolusi Industri 4.0 (RI 4.0) di bidang manufaktur industri telah banyak digunakan dalam dunia medis terutama dalam rekayasa jaringan untuk menghasilkan scaffold. Bentuk geometri, pembentukan ukuran pori dan interkonektivitas antar pori merupakan faktor penting dalam mendesain scaffold sesuai kebutuhan. Pencetakan dengan printer 3D berbasis Fused Deposition Modelling (FDM) dengan filamen PolyLactic Acid (PLA)menjadi pilihan karena memiliki banyak keunggulan, di antaranya harga yang terjangkau, kecepatan produksi yang cepat, dan banyak diaplikasikan untuk rekayasa jaringan. Scaffold yang dicetak berbasis FDM memiliki interkonektivitas pori yang sangat baik untuk memasok nutrisi dan metabolit yang dibutuhkan untuk infiltrasi sel dan metabolisme sel.
Scaffold PLA berpori biodegradable menjadi metode pendekatan baru untuk bedah ortopedi untuk perbaikan cedera tulang. Polimer biodegradable adalah salah satu bahan cetak 3D yang paling umum digunakan karena sifat fisiokimianya yang menguntungkan. Di antara polimer biodegradable, PolyLactic Acid (PLA) adalah salah satu biopolimer yang paling penting dengan aplikasi substansial dalam bidang kedokteran, seperti untuk rekayasa jaringan tulang, implan medis, sistem penghantaran obat, fiksasi dan rekonstruksi tulang, dan bahan jahitan. Selain digunakan sebagai tempat pertumbuhan sel, scaffold juga dapat berfungsi sebagai media penghantar obat.
Scaffold diisi dengan pasta Injectable Bone Substitute (IBS) yang terdiri dari Hydroxyapatite (HA) sebagai bahan utama, gelatin, Hydroxy Propyl Methyl Cellulose (HPMC) dan streptomycin sebagai obat anti tuberkulosis. Hidroksiapatit merupakan bagian utama dari matriks ekstraseluler yang terdiri dari sekitar 60-70% massa tulang yang sangat dibutuhkan sebagai sumber kalsium dalam penyembuhan jaringan tulang. HA banyak digunakan dalam berbagai aplikasi biomedis (terapi gen, sistem penghantaran obat, pengobatan regeneratif, dan rekayasa jaringan) karena biokompatibilitasnya yang sangat baik, osteokonduktivitas, bioaktivitas, dan stabilitas kimia. Gelatin memiliki sifat biokompatibel, dapat terurai secara hayati, tidak beracun, dan sering digunakan dalam pengobatan. Karena hidrofilisitasnya, gelatin memiliki afinitas yang besar dengan HA dan membentuk gel yang memiliki kombinasi sempurna dengan HA. HPMC digunakan sebagai gelling agent sedangkan streptomisin merupakan obat yang dapat membantu proses penyembuhan pada kasus tuberkulosis tulang belakang.
Penelitian kami berhasil mencetak 3D printing scaffold berbasis PLA dengan desain Truncated Hexahedron dan mengkombinasikannya dengan IBS seperti ditunjukkan pada Gambar 1. Hasil uji menunjukkan bahwa pencetakan scaffold memiliki interkonektivitas antar pori. Hasil uji Scanning Electron Microscope (SEM) menunjukkan bahwa pasta IBS telah terinjeksi pada scaffold dan terbentuk mikropori. Berdasarkan hasil uji Energy Dispersive X-ray Analysis (EDX) diperoleh rasio Ca/P sebesar 1,90 mendekati rasio hidroksiapatit. Uji mekanik menunjukkan bahwa scaffold untuk semua ukuran pori memiliki kuat tekan 1,49-3,97 MPa dan meningkat menjadi 3,45-4,77 MPa setelah injeksi IBS. Uji bending menunjukkan bahwa scaffold memiliki kekuatan bending sebesar 16,76-36,09 MPa dan meningkat menjadi 21,57-40,36 MPa. Uji pelepasan obat menunjukkan bahwa scaffold dapat merilis streptomisin sekitar 4,944%-6,547% yang telah memenuhi persentase pelepasan obat yang mampu membunuh Mycobacterium tuberculosis. Dapat disimpulkan bahwa scaffold 3D printing berbasis PLA yang dicombinasikan dengan pasta IBS berpotensi sebagai pembawa obat sekaligus sebagai metode penyembuhan TB tulang belakang.
Penulis : Frazna Parastuti
Hasil penelitian ini telah dipublikasikan di Jurnal Diffusion Foundations and Materials Application. Berikut ini adalah link dari artikel tersebut:
https://www.scientific.net/DFMA.33.73.pdf
Dyah Hikmawati, Aniek Setiya Budiatin, Aminatun, Eka Yuliatin, Frazna Parastuti, Prihartini Widiyanti, 3D Printing of PolyLactic Acid (PLA) Scaffold Combined with Injectable Bone Substitute (IBS) for Tuberculosis Drug Delivery, 2023, Diffusion Foundations and Materials Application, 33:73-84.
