Berdasarkan Riset Kesehatan Dasar (Riskesdas) yang dilaksanakan Badan Litbangkes Kemenkes RI pada tahun 2018, kasus fraktur atau patah tulang di Indonesia mencapai prevalensi sebesar 5,5% (Kemenkes RI, 2018). Salah satu pendekatan baru yang menjanjikan untuk mempercepat pertumbuhan dan penyembuhan fraktur atau patah tulang (bone defect)  adalah rekayasa jaringan tulang. Pada rekayasa jaringan tulang, telah cukup banyak penelitian mengenai pengembangan bone scaffold yang disintesis dari beberapa kombinasi biomaterial. Bone scaffold inilah yang akan diimplankan sebagai upaya penyembuhan dan penanganan bone defect kritis yang tidak dapat sembuh dengan sendirinya. Bone Scaffold yang efektif harus memiliki kesamaan fungsi dengan ekstraseluler matriks (ECM) dalam menyediakan lingkungan in vivo guna memfasilitasi infiltrasi sel, perlekatan sel, pertumbuhan dan diferensiasi sel. Selain itu, scaffold juga harus memiliki sifat mekanik yang memadai untuk memberikan dukungan struktural pada jaringan tulang yang baru terbentuk dalam mengisi lesi jaringan dan mendukung transformasi dinamik dalam osteogenesis serta osifikasi. Scaffold juga harus terbuat dari bahan biodegradable atau bioresorbable, agar dapat terdegradasi pada tingkat waktu yang sesuai tanpa menghasilkan produk sampingan yang tidak diinginkan. Selain itu scaffold harus memiliki rasio luas permukaan terhadap volume yang tinggi, porositas tinggi dan terdapat interkonektivitas pori untuk mendukung integrasi jaringan dan vaskularisasi.

Nanofibers dapat menjadi kandidat bone scaffold yang efektif karena dapat diatur sedemikian rupa hingga memiliki sifat morfologi yang mirip dengan ekstraseluler matriks (ECM). Nanofiber ini diantaranya dapat dibuat melalui proses elektrospining. Selain metode fabrikasi, pemilihan jenis biomaterial yang digunakan sebagai bone scaffold merupakan hal penting yang harus diperhatikan untuk aplikasi rekayasa jaringan tulang.  Pada tulang alami terdapat ekstraseluler matriks (ECM) berfibrosa yang kaya akan Hidroksiapatit (HA). HA adalah reagen induktif untuk regenerasi tulang.  HA merupakan salah satu keramik yang bersifat biokompatibel dan memiliki kemiripan sifat kimiawi dan fisik yang signifikan dengan unsur mineral tulang dan gigi manusia. HA memiliki kemampuan untuk membentuk ikatan dengan host tissue atau jaringan inang.  Selain itu, kolagen sebagai matriks ekstraseluler (ECM) telah diterapkan secara luas untuk memfasilitasi pertumbuhan dan diferensiasi sel dalam pembentukan kembali jaringan. Sebagai protein yang paling banyak dijumpai dalam tubuh manusia, kolagen berperan sebagai penyokong fisik pada jaringan dengan menempati ruang antar sel, bertindak tidak hanya sebagai penyokong struktural untuk mengatur sel dalam jaringan ikat, tetapi juga sebagai zat yang bergerak, dinamis, dan fleksibel yang berperan penting terhadap perilaku seluler dan fungsi jaringan.

Scaffold HA-kolagen menyediakan struktur berpori seperti sponge yang memenuhi kriteria scaffold ideal dalam menyediakan ruang tiga dimensi untuk transfer nutrisi sel tulang. Penambahan kolagen pada HA belum mampu menurunkan nilai modulus elastisitas HA yang tinggi, sehingga perlu ditambahkan poli caprolactone (PCL) untuk mendekatkan sifat mekanik  bone scaffold dengan tulang asli.

Pembentukan scaffold nanofiber HA/PCL/kolagen dibuat dengan berbagai komposisi. Masing-masing bahan HA/PCL/kolagen dengan variasi komposisi massa bahan yang telah ditentukan dicampurkan dan diaduk agar homogen menggunakan magnetic stirrer selama 3 jam pada suhu ruang. Setelah diaduk dengan baik, larutan yang diperoleh dimasukkan kedalam 10 mL syringe dengan 21-gauge x 1,5-inch blunt-tip needle yang menempel diujungnya. Jarum atau needle tersebut dihubungkan dengan catu daya bertegangan tinggi. Dibawah tegangan sekitar 25 kV, akan terbentuk fluid jet dari ujung needle dengan kecepatan 2 mL/jam dan hasil electrospun nanofiber HA/PCL/kolagen ini selanjutnya dikumpulkan pada kolektor yang jaraknya diletakkan 10 cm dari needle.

Karakteristik terbaik sebagai kandidat bone scaffold dimiliki oleh sampel HA/PCL/kolagen 50:25:25 dengan rata-rata diameter fiber 365nm; tingkat kristalinitas 33.617% dan ukuran kristal 46.142 nm; ultimate tensile strength (UTS) dan modulus elastisitas berturut-turut adalah 0.60 MPa dan 5.98MPa; porositas 90.67%; laju degradasi 1.93 x 10^-6 g/h; serta viabilitas sel 81.03%. Hasil karakterisasi menunjukkan bahwa HA/PCL/kolagen memiliki potensi yang baik sebagai bone scaffold untuk mempercepat remodeling tulang.

Penulis: Dr. Aminatun, M.Si

Artikel selengkapnya: Luthfia Anindya Yuwono, Siswanto, Mona Sari, Yusril Yusuf, Tri Suciati, Yessie Widya Sari, Che Azurahanim Che Abdullah and Aminatun, 2022, Fabrication and characterization of hydroxyapatite-polycaprolactone-collagen bone scaffold by electrospun nanofiber, International Journal of Polymeric Materials and Polymeric Biomaterials, DOI: 10.1080/00914037.2022.2097675, https://doi.org/10.1080/00914037.2022.2097675