Pada era modern, cedera lutut khususnya pada Anterior Cruciatum Ligament (ACL) merupakan masalah kesehatan yang sudah tidak asing. Hasil data Riset Kesehatan Dasar (Riskesdas) tahun 2018 menyatakan bahwa prevalensi cedera anggota tubuh bagian bawah menempati urutan pertama yaitu 67,9 %, kemudian disusul cedera anggota tubuh bagian atas sejumlah 32,7 %, cedera kepala sejumlah 11,9 %, cedera punggung sejumlah 6,5 %, cedera dada sejumlah 2,6 % dan cedera perut sejumlah 2,2 %.
Anterior Cruciatum Ligament (ACL) merupakan ligamen pada sendi lutut yang menghubungkan tulang anterior tibia dan femur. Fungsi utama dari ACL bagi manusia dalam melakukan gerakan yaitu menstabilkan lutut dengan membatasi translasi anterior dan rotasi tibia. Pemulihan cedera ACL dilakukan dengan operasi Anterior Cruciatum Ligament Reconstruction (ACLR) menggunakan material yang berasal dari jaringan tubuh sendiri (autograft) dan material yang berasal dari pendonor (allograft). Autograft dan allografts yang digunakan secara klinis berasal dari tendon hamstring, semitendinosus quadriceps dan bone-patellar tendon-bone grafts (BPTB), dimana cangkok BPTB memiliki integrasi yang lebih unggul daripada dua material lainnya. Cangkok BPTB berasal dari 1/3 ligamen yang menghubungkan patela dan tibia. Autograft ini memiliki kekurangan yaitu mordibitas tempat donor yang mengakibatkan pasien mengalami nyeri lutut ketika berlutut serta keterbatasan pendonor dan peningkatan risiko penularan penyakit.
Penelitian untuk mengatasi masalah ACL saat ini berfokus pada pengembangan biomaterial yang dapat terdegradasi dan dapat mendukung tekanan mekanis selama neo-ligamen terbentuk serta memulihkan fungsi utama yaitu menstabilkan keadaan lutut. Biomaterial yang digunakan untuk rekonstruksi ACL harus memenuhi syarat yaitu biokompatibel dengan kekuatan awal yang tinggi, biodegradable, memfasilitasi penyediaan nutrisi yang cukup dan sinyal modulator untuk sel, serta memfasilitasi adhesi seluler dan proliferasi. Penelitian saat ini berfokus terhadap polimer sintetis yang dapat terdegradasi dan tidak menyebabkan foreign body reaction secara permanen.
Polimer biodegradable sintetis yang dapat dijadikan sebagai bahan dasar pembuatan scaffold nanofiber untuk rekonstruksi ACL adalah poly lactid acid (PLA) dan poli caprolactone (PCL). Sejak tahun 1970an, PLA telah banyak digunakan. PLA adalah polimer keras dan transparan dengan kekuatan tarik sebesar 21 – 60 MPa serta mampu terdegradasi sepenuhnya menjadi asam laktat dalam jangka waktu mulai dari 10 bulan sampai 4 tahun, tergantung pada berat molekul, derajat kristalin, bentuk material, dan tempat implantasi PLA memiliki modulus elastisitas sekitar 0,35 – 3,5 GPa. PLA murni memiliki sifat terlalu kaku sehingga sering kali dilakukan penambahan PCL untuk meningkatkan mobilitas rantai dan kristalinitasnya. PCL memiliki sifat sangat ulet dan memberikan kekakuan yang rendah, dengan modulus elastisitas sekitar 0,21-0,44 GPa. Waktu yang dibutuhkan untuk PCL terdegradasi sepenuhnya adalah 2 tahun. Pencampuran PCL memiliki manfaat tambahan untuk meminimalkan pengasaman lokal dan mengurangi respons inflamasi. Dengan demikian, campuran PLA-PCL diharapkan menunjukkan sifat mekanik yang bagus yang diikuti dengan sifat biokompatibel.
Scaffold nanofiber dibuat dengan metode elektrospining dengan variasi komposisi PLA-PCL berturut-turut adalah A (100:0), B (85:15), C (80:20), D (70:30) dan E (0:100) (wt%). Proses elektrospining dilakukan pada tegangan 20kV, jarak antara nozzle dengan kolektor 15cm, diameter ujung jarum 0,5 mm dan laju alir larutan 2mL/jam.
Berdasarkan uji gugus fungsi, seluruh sampel tidak memiliki puncak baru dan gugus ester dapat teridentifikasi pada ikatan C-O pada bilangan gelombang 1300-1100 dan ikatan C=O pada bilangan gelombang 1750-1730
. Hasil morfologi SEM menunjukkan rata-rata diameter fiber masih dalam rentang <1000 nm. Rentang nilai ulitimate tensile strength (UTS) dan Modulus Elastisitas pada sampel tanpa braiding berturut-turut yaitu 1,578 – 4,387 MPa dan 8,351 – 141,901 MPa sedangkan pada sampel braiding yaitu 0,879 – 1,863 MPa dan 2,739 – 4,746 MPa. Semakin tinggi komposisi PCL, semakin rendah nilai persentase viabilitas sel dan laju degradasi sampel. Semua sampel menunjukkan persentase viabilitas sel di atas 60% dan masa terdegradasi sempurna lebih dari 6 bulan untuk sampel C,D dan E. Sampel C dengan komposisi PLA-PCL 80:20 (wt%) merupakan scaffold yang paling baik ditinjau dari rata-rata ukuran fiber 827 ± 271 nm, nilai persentase sel hidup 97,416 ± 5,079 dan waktu terdegradasi sekitar 7 bulan. Namun perlu dilakukan pengembangan penelitian untuk meningkatkan sifat mekanik scaffold nanofiber PLA-PCL.
Penulis: Dr. Aminatun, M.Si
Department of Physics, Faculty of Science and Technology, Universitas Airlangga,
Surabaya 60115, Indonesia
Artikel selengkapnya:
Aminatun, Rifqha Huriah, Dyah Hikmawati , Sofijan Hadi, Tahta Amrillah and Che Azurahanim Che Abdullah, 2022, Nanofiber Scaffold Based on Polylactic Acid-Polycaprolactone for Anterior Cruciate Ligament Injury, Polymers 2022, 14, 2983. https://doi.org/10.3390/polym14152983 https://www.mdpi.com/journal/polymers
