Bahan buatan yang umum digunakan untuk scaffold tulang adalah biokeramik dari golongan kalsium fosfat yaitu hidroksiapatit (HA). Secara stoikiometri HA memiliki rumus kimia Ca10(PO4)6(OH)2. Proses alami mineralisasi tulang merupakan fenomena kompleks yang melibatkan interaksi ion yang rumit, stereokimia dan struktur, yang terjadi pada antarmuka antara biomakromolekul dan mineral. Interaksi ionik dalam mineralisasi tulang mencakup proses substitusi ionik dalam HA, yang mengarah pada pembentukan HA non stoikiometri. Salah satu fenomena yang menonjol selama mineralisasi tulang adalah substitusi karbonat, yang menghasilkan hidroksiapatit tersubstitusi karbonat (CHA). Dalam sistem biologis, mineral tulang mengandung ion karbonat dalam kisaran 2%–8%. Ion karbonat yang terdapat dalam hidroksiapatit disebut dengan karbonat hidroksiapatit yang disingkat CHA adalah bahan keramik dengan komposisi kimia yang identik dengan komponen mineral tulang. Ion karbonat ini memainkan peranan penting dalam beberapa proses biologis seperti karies gigi dan resorpsi tulang. 

Untuk mereplikasi mineral tulang yang terdapat secara alami, ion karbonat diintegrasikan ke dalam proses sintesis HA (CHA) yang dimodifikasi secara kimia. HA dan CHA digunakan secara luas di bidang medis sebagai scaffold tulang. Scaffold tulang berfungsi sebagai matriks tiga dimensi (3D) yang memfasilitasi dan meningkatkan perlekatan dan proliferasi sel osteoinduktif pada permukaannya. Dalam system biologis, scaffold ini dibentuk oleh kolagen, dengan kalsium fosfat sebagai mineral tulang yang didistribusikan ke seluruh kolagen. Pembentukan tulang biomimetik dimediasi oleh adanya pori-pori pada kolagen. Oleh karena itu, porositas dalam scaffold tulang buatan sangat penting untuk mendorong kolonisasi sel-sel tulang. Pemanfaatan gabungan polimer alami (kolagen) dan polimer sintetis sebagai bahan scaffold untuk meningkatkan biokompatibilitas serta kapasitas sel di permukaan. Oleh karena itu salah satu polimer sintetik yang dapat terbiodegradasi yaitu poli vinil alkohol (PVA) digunakan untuk tujuan ini. Keuntungan penggunaan polimer biodegradable alami atau sintetik dalam scaffold tulang adalah kemampuannya sebagai template untuk melekatnya sel-sel pembentuk tulang, sehingga memungkinkan terjadinya diferensiasi sel menjadi jaringan tulang. Penggabungan antara HA-CHA dan PVA inilah yang disebut dengan biokeramik multikomponen. 

Saat ini terdapat peningkatan permintaan terhadap biokeramik multikomponen sebagai strategi untuk meningkatkan kinerja scaffold secara keseluruhan dalam konteks rekayasa jaringan tulang. Dalam penelitian ini, scaffold biokeramik multikomponen berpori 3D dibuat dari biokeramik HA-CHA dan polimer PVA. Keberadaan HA, CHA dan PVA dalam scaffold dievaluasi dari aspek kristalografi, porositas dan efek morfologi. 

Hasil penelitian menunjukkan bahwa scaffold HA-CHA-PVA telah berhasil dibuat dalam bentuk 3 dimensi berpori. Hasil menunjukkan bahwa adanya  PVA menurunkan kristalinitas, porositas dan ukuran pori. Scaffold yang menggunakan PVA menghasilkan porositas dalam kisaran 56% –60% dan ukuran pori dalam kisaran 42–90 μm. Dengan karakteristik ini, serta kristalinitas yang rendah, scaffold yang mengandung PVA menunjukkan potensi yang menjanjikan sebagai kandidat untuk rekayasa jaringan tulang. Analisis plot permukaan 3D menunjukkan bahwa scaffold HA-CHA-PVA menunjukkan luas permukaan yang lebih homogen. Dapat disimpulkan bahwa scaffold 3 dimensi yang tersusun dari multikomponen biokeramik HA-CHA dan PVA berpotensi digunakan sebagai scafflod tulang. 

Penulis: Dr. Aminatun, Ir., M.Si.

Artikel selanjutnya dapat dibaca pada:

Yessie Widya Sari, Ryaas Mishbachul Munir, Angga Saputra, Mona Sari, Aminatun, Tri Suciati, Che Wan Sharifah Robiah Mohamad, Gunawarman and Yusril Yusuf;  Synthesis of a 3D Porous Multicomponent Bioceramic Scaffold; Science and Technology Indonesia, Vol. 9, No. 2, April 2024, https://sciencetechindonesia.com/index.php/jsti/article/view/972/398

Baca Juga: Eksplorasi Komunitas Ikan di Sungai Porong Menggunakan Metabarcoding DNA Lingkungan