1BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Kerusakan jaringan karena penyakit keturunan, luka berat dan kecelakaan menempati posisi kedua penyebab kematian di dunia. Pengobatan konvensional yang umum dilakukan adalah transplantasi jaringan dan organ (autograft, allograft/xenograft) atau menggunakan alat bantu mekanik. Pendekatan ini dapat meningkatkan tingkat harapan hidup pasien secara signifikan, namun memiliki beberapa keterbatasan. Autograft (jaringan yang diisolasi dari pasien yang sama) memiliki resiko infeksi dan keterbatasan jaringan yang dapat diisolasi. Allograft (jaringan atau organ yang diisolasi dari individu lain dengan spesies yang sama) dan xenograft (jaringan atau organ yang diisolasi dari spesies lain) memiliki resiko infeksi, dapat tersebarnya penyakit yang disebabkan oleh virus dan pertumbuhan tumor. Selain itu implantasi jaringan atau organ sangat mahal dan melibatkan operasi yang sangat kompleks, dibatasi oleh lamanya organ implan berada di luar tubuh dan keterbatasan jumlah donor (Nair dan Laurencin, 2006). Permasalahan transplantasi jaringan ataupun organ dapat diatasi jika implan dapat dibuat dan jaringan in-vitro yang dapat memenuhi kebutuhan individual pasien secara spesifik dapat dikembangkan. Oleh karena itu jaringan buatan dapat menjadi strategi pengobatan baru untuk dapat membangun ulang ataupun memperbaiki jaringan dan organ yang rusak. Jaringan buatan ini merupakan aplikasi dari prinsip biologi dan kimia untuk memperbaiki, memulihkan ataupun regenerasi jaringan hidup menggunakan biomaterial, sel, faktor penumbuh ataupun kombinasi ketiganya (Nair dan Laurencin, 2006). Jaringan tulang buatan telah digunakan selama beberapa dekade. Salah satu tahap penting dalam perkembangan jaringan tulang buatan adalah desain dan pembuatan scaffold. Scaffold merupakan material biodegradable berpori yang 1

2 2 memiliki struktur 3 dimensi. Scaffold berfungsi sebagai pendukung struktural sel dan menjadi matriks ekstraseluler selama proses regenerasi dan perkembangan tulang alami (Wongwitwichot dkk., 2010). Sementara itu ia juga mengalami degradasi dengan laju yang lebih lambat dibandingkan pertumbuhan jaringan baru (Lee dan Shin, 2007). Hal ini menyebabkan jaringan tulang baru akan menggantikan material scaffold yang terdegradasi (Askarzadeh dkk., 2004). Gambar 1.1 menunjukkan bentuk dan ilustrasi proses yang terjadi saat scaffold diimplankan pada tulang. a. b. Gambar 1.1 Aplikasi scaffold tulang. Scaffold tulang berpori hidroksiapatit (a) dan Ilustrasi penggunaan scaffold tulang (b). Polimer, keramik dan komposit merupakan 3 grup utama material biodegradable yang digunakan dalam jaringan tulang buatan. Polimer sintetik seperti PLA (Polylactic Acid), PGA (Polyglicolic Acid) dan PLGA (Polylactic Glicolic Acid) telah banyak digunakan dalam bidang ini. Turunan polimer alami dari jaringan organik seperti kolagen, gelatin dan kitin juga telah banyak dikaji. Keramik, terutama kalsium fosfat seperti hidroksiapatit (HAP), baik dalam bentuk murninya atau dikombinasikan dengan polimer telah menunjukkan peran yang penting dalam regenerasi tulang. Atala dan Mooney (1997) menyatakan bahwa salah satu parameter fisik yang penting untuk dianalisis pada scaffold adalah porositas. Hal ini karena adanya pori dapat memberikan ruang yang cukup untuk migrasi dan pertumbuhan sel serta memudahkan transport nutrien dan produk buangan. Secara umum

3 3 ukuran minimal diameter penghubung pori bagian dalam (interconnected pore) adalah 100 μm (Liao dkk., 2002). Selain itu peningkatan aktivitas biologi dan performance scaffold juga merupakan hal yang menjadi perhatian dalam regenerasi tulang. HAP digunakan sebagai keramik bioaktif dalam regenerasi jaringan keras (hard tissue) karena memiliki struktur dan kesamaan sifat kimia dengan komponen anorganik di dalam tulang. Material ini bersifat osteoinduktif karena memiliki kemampuan untuk berikatan dengan tulang dan jaringan lunak, serta dapat menstimulasi pertumbuhan tulang. Serbuk HAP dapat disintesis melalui beberapa metode, yaitu metode pengendapan, sol-gel, hidrotermal, deposisi termal, mechanochemical dan biomemetic deposition (Pramanik dkk., 2005). Metode fasa padat memiliki kelemahan yaitu membutuhkan temperatur yang tinggi dan waktu yang lama. HAP yang disintesis dengan metode hidrotermal juga melibatkan temperatur dan tekanan yang tinggi. Orlovski dkk. (2002) menyatakan bahwa metode pengendapan merupakan metode yang paling mudah. Metode pengendapan melibatkan pengendapan HAP melalui pencampuran larutan yang mengandung Ca2+ dan PO43- pada ph lebih dari 7 dan dilanjutkan dengan penyimpanan endapan pada kondisi yang sesuai. Faktor yang mempengaruhi metode ini adalah ph larutan, temperatur, laju penambahan reaktan, garam prekursor, urutan dan waktu pendiaman (Melde dan Stein, 2002 dan Orlovski dkk., 2002). Pori dari suatu keramik dapat dibuat dengan berbagai metode. Salah satunya dengan mencampurkan senyawa organik yang mudah terbakar. Senyawa organik tersebut akan terbakar habis selama proses sintering dan meninggalkan ruang kosong (pori) pada keramik (Engin dan Tas, 1999). Wongwitwichot dkk. (2010) telah membandingkan osteokonduktivitas scaffold TCP ( β-tricalcium phosphate) dan TCP/HAP. Setelah dilakukan analisis histologi selama 4 minggu, scaffold TCP/HAP terisi oleh lapisan tulang dengan matriks osteous ekstraseluler yang melimpah sedangkan hanya sedikit tulang baru

4 4 yang terdeteksi pada scaffold TCP. Fabrikasi scaffold pada penelitian tersebut dilakukan dengan pendekatan sintering di mana pemanasan pada temperatur tinggi digunakan selama proses sintering yang bertujuan untuk konsolidasi partikel keramik. Porogen dan binder yang digunakan adalah sukrosa dan PVA. Berdasarkan penelitian tersebut metode sintering cukup efektif dalam membentuk struktur dengan porositas tinggi. Pembuatan scaffold tulang HAP dengan menggunakan porogen dan binder HEC (Hydroxy Ethyl Cellulose) dan PVA (Poly Vinyl Alcohol) belum banyak dilakukan. HEC merupakan suatu polimer turunan selulosa. Selulosa adalah polimer glukosa alam yang paling melimpah dan ditemukan sebagai unsur utama tanaman dan serat alam, seperti katun dan linen. Selulosa dan turunannya memiliki sifat biokompatibilitas dan mekanik yang tinggi sehingga dapat digunakan sebagai biomaterial untuk scaffold jaringan buatan (Sannino dkk., 2009). Scaffold yang difabrikasi dari HAP dengan porogen dan binder HEC dan PVA diharapkan memiliki sifat fisik dan mekanik yang mendekati sifat fisik dan mekanik tulang manusia. Penelitian ini fokus pada fabrikasi scaffold HAP/HEC/PVA. Selain itu dipelajari pengaruh komposisi keramik dan polimer terhadap sifat mekanik dan morfologi dari scaffold tersebut. 1.2 Tujuan Penelitian Berdasarkan uraian yang telah disebutkan, tujuan yang ingin dicapai dalam penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Memperoleh scaffold HAP/HEC/PVA yang memiliki kekuatan tekan dan porositas mendekati tulang manusia, yaitu 4-12 MPa dan >90% (Tabel 2.3). 2. Mempelajari pengaruh rasio berat HAP dan HEC terhadap morfologi scaffold HAP. 3. Mempelajari pengaruh PVA terhadap kekuatan tekan scaffold HAP.

5 5 1.3 Manfaat Penelitian Adapun kegunaan program ini adalah: 1. Berkontribusi dalam menambah khasanah ilmu pengetahuan, khususnya ilmu kimia material terutama yang berkaitan dengan teknologi jaringan tulang buatan dengan menggunakan hidroksiapatit. 2. Mengetahui sifat mekanik dan porositas dari scaffold hidroksiapatit yang dibuat dengan menggunakan polimer HEC dan PVA. 3. Memberikan terobosan baru dalam dunia kedokteran khususnya pada upaya-upaya pengobatan penyakit tulang yang memerlukan penggantian tulang. 4. Memicu penelitian tentang penggunaan scaffold HAP secara in vivo di Indonesia.