Cangkok tulang merupakan prosedur bedah yang bertujuan untuk mengganti kehilangan tulang dengan indikasi seperti kehilangan tulang dalam, retensi gigi, dukungan bagi gigi yang kritis, aspek estetis (kehilangan tulang dangkal), dan
kehilangan tulang pada area furkasi.52,53 Secara klinis dalam regenerasi periodontal, cangkok tulang memiliki tujuan mengurangi kedalaman probing, mencapai perlekatan klinis, mengisi kehilangan tulang alveolar, serta meregenerasi tulang, sementum, dan ligamen periodontal yang baru.53 Cangkok tulang yang ideal memiliki karakteristik tidak toksik, tidak antigenik, resisten terhadap infeksi, tidak menyebabkan resorpsi tulang ataupun ankilosis, kuat dan lentur, mudah beradaptasi, tersedia dan mudah didapatkan, serta dapat menstimulasi perlekatan baru.54
2.3.1 Jenis Cangkok Tulang
Cangkok tulang berdasarkan mekanismenya dibagi menjadi osteokonduksi (memandu pertumbuhan reparatif tulang secara alami), osteoinduksi (mendorong sel-sel yang tidak berdiferensiasi menjadi sel-sel osteoblas yang aktif), atau osteogenesis (sel-sel tulang hidup pada material cangkok tulang yang berkontribusi dalam proses remodeling) dan dikategorikan berhasil jika memiliki sifat-sifat tersebut.47,52 Jenis cangkok tulang diklasifikasikan berdasarkan sumber nya menjadi 4 kategori yaitu, autograft, allograft, xenograft, dan alloplast.3,8,9,51 Secara luas bahan cangkok tulang dapat diklasifikasikan seperti yang ditunjukkan pada Tabel 2.55
Tabel 2. Pembagian jenis bahan cangkok tulang.55
Kategori Bahan Cangkok Klasifikasi Bahan Cangkok
Autogenous/Autograft Jaringan donor diambil dari daerah yang berbeda dari daerah jaringan penerima pada satu individu
Koagulum tulang, campuran tulang, tulang intraoral, transplantasi sumsum tulang, tulang ekstraoral, kres iliac, tulang tibia
Allograft Jaringan donor diambil dari jaringan individu yang berbeda namun satu spesies
FDBAs (Free Dried Bone Allograft) dan DFDBAs (Decalcified Free Dried Bone Allograft)
Xenograft Jaringan donor diambil dari jaringan individu yang berbeda dengan spesies yang berbeda
Tulang anak sapi, tulang kiel, tulang anorganik
Alloplast Jaringan donor diambil dari material sintetis, in-organik,
biokompatibel, dan atau
bahan cangkok
substitusi bioaktif
Hidroksiapatit berporus dan tidak berporus, polimer HTR, beta trikalsium fosfat, bio-active glass, keramik
2.4 Alloplast
Alloplast sebagai bahan substitusi tulang merupakan salah satu material regenerasi periodontal. Bahan cangkok sintetis ini memiliki kelebihan seperti biokompatibel, tidak beresiko menyebabkan infeksi, dan mudah didapatkan. Alloplast memicu pertumbuhan tulang dengan mekanisme osteokonduksi.53,55,56 Biomaterial sintetis alloplast dikembangkan untuk menanggulangi kekurangan bahan cangkok autograft dan dibuat dengan berbagai variasi sifat fisika-kimiawi. Alloplast bisa berupa bahan terdegradasi dan tidak terdegradasi.57 Bahan cangkok sintesis atau alloplast dapat dibuat dari bahan keramik seperti kalsium fosfat, bioglass, dan kalsium sulfat.3,46
2.4.1 Kalsium Fosfat (CaPO4)
Biomaterial kalsium fosfat memiliki kompabilitas yang sangat baik dengan jaringan dan tidak menimbulkan inflamasi atau respon tubuh terhadap benda asing.
Banyak kasus menunjukkan materi biokeramik kalsium fosfat secara klinis ditoleransi dengan baik pada penyembuhan lesi periodontal.3 Secara umum, kalsium fosfat terbagi atas 2 tipe yaitu hidroksiapatit (Ca10(PO4)6(OH)2) yang relatifnya non-resorbable dan trikalsium fosfat resorbable (Ca3(PO4)2).54
2.4.2 Bioglass
Bio-active glass mengandung garam 24,5 wt% sodium oxide (Na2O), 24,5 wt%
calcium oxide (CaO), 6 wt% fosfor pentoxide (P2O5) ,dan kandungan tertinggi berupa silicon dioxide atau silica (SiO2) sebesar 45 wt%.33,55,56 Bioglass telah terbukti memilki kelebihan dalam memicu ikatan material-jaringan. Hal ini dikaitkan dengan sifat bioglass yang memilliki komposisi yang mirip dengan susunan tulang dan dentin manusia. Selain itu, bioglass memiliki kelebihan seperti sifat biokompabilitas, regeneratif, dan sifat antimikroba sehingga luas digunakan di bidang kedokteran dan kedokteran gigi.60
2.4.3 Kalsium Sulfat (CaSO4)
Kalsium sulfat atau plaster of paris telah digunakan di kedokteran gigi lebih dari 30 tahun dan merupakan salah satu bahan cangkok tulang tertua. Kalsium sulfat bersifat porus sehingga migrasi fibroblas dan pertukaran cairan dapat terjadi. Kalsium sulfat juga memiliki sifat biokompatibel, osteokonduksi, dan bioabsorbable yang terserap secara sempurna selama 1-2 minggu.3,61
2.5 Hidroksiapatit
Tulang dan gigi merupakan material yang sulit terdegradasi dan aus. Oleh karena itu, banyak material substitusi biomimetik (menyerupai) dikembangkan selama tiga dekade terakhir salah satunya HAp. Hidroksiapatit (HAp) merupakan kristal mineral yang berbentuk jarum atau batang dengan ukuran panjang berkisar antara 40-60 nm, lebar 25 nm, dan ketebalan 2-5 nm. HAp memiliki rumus kimia Ca10(PO4)6(OH)2 yang merupakan unsur penyusun yang penting pada jaringan keras seperti tulang dan gigi manusia. HAp memiliki susunan kimia berbentukhexagonal dan struktur berbentuk silinder hexagonal. Tiap satuan selnya mengandung 10 Ca2+, 6 PO43-, dan 2 OH-.62-66
Secara teoritis, HAp memiliki tinggi densitas 3,156 g/cm3 dengan indeks bias 1,64-1,65. Hidroksiapatit merupakan basa lemah (pH 7-9) yang sedikit larut dalam air.31 Pada tulang kanselus ditemukan unsur HAp sebesar 70% dan 30% lainnya merupakan unsur organik seperti kolagen. HAp masuk kedalam golongan kalsium
fosfat dengan besar rasio kalsium-fosfat 1,67 yang terbukti merupakan rasio paling efektif dalam memicu regenerasi tulang.46,64,66,67
Gambar 5. Struktur unit sel hidroksiapatit.59
2.5.1 Sifat dan Kelebihan Hidroksiapatit
HAp merupakan partikel penguat, keramik anorganik yang secara kimiawi memiliki kemiripan dengan tulang.68 HAp alaminya merupakan mineral kalsium fosfat paling stabil pada pH fisiologis.64 HAp secara klinis juga telah menunjukkan hasil yang sangat baik, selalu diperbarui (berkembang), dan memiliki biaya yang efisien. Pada banyak kasus, HAp menunjukkan berguna sebagai material osteokonduksi biomaterial dengan menyediakan perancah dalam pertumbuhan tulang. Selain itu, HAp juga dapat berintegritas dengan tulang tanpa memicu reaksi imunitas.66,68,69 Secara spesifik, manfaat sifat HAp dalam perawatan bedah periodontal regeneratif ditunjukkan oleh beberapa penelitian yang dijelaskan pada Tabel 3.70
Tabel 3. Beberapa penelitian yang membahas manfaat HAp terkait perawatan bedah periodontal regeneratif.70
Sifat-sifat HAp terkait perawatan periodontal regeneratif
Sel Epitel Kawai, dkk menyatakan bahwa nHAp sangat mungkin memiliki efek terapeutik pada epitel periodontal.
Fibroblas Sun, dkk pada
penelitiannya menyatakan
Diferensiasi dan Proliferasi Sel Ligamen Periodontal
HAp dapat meningkatkan proliferasi dan diferensiasi sel fibroblast.
Osteoblas Penelitian Shenettler, dkk
dan Thian, dkk
mendapatkan hasil yang hampir sama bahwa n-HAp dapat mengikat pada tulang dan menstimulasi sel osteoblas pada fase awal perbaikan kerusakan periodontal yang dapat memicu pembentukan tulang.
Regenerasi Tulang Jahangirnezhad, dkk melaporkan nHAp memiliki sifat osteokonduksi yang memungkinkan nHAp untuk memproduksi tulang yang mencukupi sebagai bahan cangkok tulang.
Angiogenesis Bing Du, dkk dengan koral sebagai sumber HAp menemukan neovaskularisasi pada fase awal penyembuhan tulang dapat ditingkatkan dengan nHAp yang dilapisi VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor).
Pelepasan Growth Factor Studi yang dilakukan Pezzatini, dkk menunjukkan bahwa nHAp meningkatkan regulasi FGF-2 dan menstimulasi proliferasi sel tulang dengan merangsang respon sel terhadap VEGF.
Penyerapan HAp Canullo, dkk telah membuktikan nHAp memiliki sifat resorpsi yang signifikan cepat dan menyatakan nHAp
yang diperkaya dengan Mg memungkinkan penyembuhan total jaringan keras di sekitar bahan cangkok diletakkan.
2.5.2 Sumber Hidroksiapatit
Hidroksiapatit biasanya diekstraksi dari sumber biologi alami atau limbah seperti tulang mamalia, sumber laut, cangkang, tumbuhan dan alga, serta mineral. Hal ini dikarenakan secara biologi, umumnya proses ekstraksi bahan kimia sebagai sumber HAp tidak aman dan kompleks.48,67 Selain itu, penggunaan HAp yang diesktraksi dari sumber alami diyakini bersifat ramah lingkungan, berkelanjutan, dan lebih ekonomis karena bahan-bahan yang diperlukan tersedia dalam jumlah yang besar. Hal ini dapat memberikan kontribusi positif bagi perekonomian, lingkungan, serta kesehatan umum.67,71 Sumber HAp alami juga memiliki sifat-sifat yang penting seperti struktur porus dan komposisi kimia yang sesuai.48
Banyak peneliti yang telah meneliti hasil HAp dari sumber-sumber alami seperti cangkang telur, cangkang kerang, tulang sotong, dan tulang mamalia.15,25,30,67,71 Tulang kortikal mamalia seperti kuda, unta, dan sapi digunakan karena secara struktural dan morfologi mirip dengan tulang manusia. Penggunaan cangkang seperti cangkang telur, cangkang kerang, cangkang keong digunakan karena kaya kandungan kalsium karbonat (CaCO3) yang dapat dikonversikan menjadi HAp. Alga dan tumbuhan juga memilki potensial sebagai sumber HAp, hal ini ditunjukkan dari beberapa penelitian yang menyatakan alga dan tumbuhan dapat memproduksi HAp dengan analisis XRD.67
Pengunaan limbah biologi laut seperti tulang ikan, kerangka antropoda, koral, nacre, dan cangkang moluska juga sangat menarik perhatian dekade belakangan ini.
Hal ini dikarenakan tingkat konsumsi ikan dan sumber laut meningkat yang mengakibatkan produksi limbah laut seperti sisik, tulang, dan cangkang meningkat juga.15,16,17,67 Selain itu,cangkang kerang juga terbukti mengandung kalsium karbonat yang lebih tinggi dibandingkan batu gamping, cangkang telur, keramik, dan bahan lainnya bedasarkan penelitian yang dilakukan Ismanto SD pada tahun 2016.18
2.6 Kalsinasi
Kalsinasi adalah proses pembakaran atau pemanasan suatu substansi padat di bawah suhu tinggi dan lingkungan yang terkontrol.27,28 Proses kalsinasi dilakukan dengan tujuan untuk menghilangkan zat yang mudah menguap, mengoksidasi sebagian massa, atau membuat substansi tersebut menjadi rapuh. Oleh sebab itu, proses kalsinasi terkadang dianggap sebagai proses purifikasi atau pemurnian.28 Proses kalsinasi dilakukan dengan alat furnace yang merupakan sebuah perangkat yang digunakan dalam proses pemanasan. 74,75 Proses kalsinasi diperlukan pada proses sintesis HAp sebagai penyiapan serbuk keramik agar dapat diproses lebih lanjut. Selain itu, kalsinasi juga diperlukan untuk mendapatkan ukuran partikel yang optimum dan menguraikan senyawa-senyawa dalam bentuk garam atau dihidrat menjadi oksida, serta membentuk fasa kristal.28
Pada bahan cangkang sebagai sumber HAp, kalsinasi merupakan proses pembakaran yang bertujuan untuk mengeliminasi komponen organik dan mengubah CaCO3 menjadi CaO.26 Kalsinasi merupakan proses yang sangat penting dalam proses sintesis HAp karena memengaruhi HAp yang dihasilkan. Hal ini dibuktikan dengan banyaknya penelitian yang menyatakan proses kalsinasi berpengaruh terhadap sifat-sifat dari hidroksiapatit yang dihasilkan.24,25,30
2.6.1 Suhu Kalsinasi
Suhu kalsinasi merupakan salah satu parameter yang harus dikontrol dalam proses sintesis HAp. Menurut penelitian Wu SC, dkk pada tahun 2019, suhu kalsinasi memengaruhi derajat kristalinisasi, ukuran kristal, ukuran rata-rata partikel, dan rasio Ca/P hidroksiapatit yang dihasilkan.30 Figueiredo, dkk pada tahun 2010 dalam penelitiannya juga menyatakan terdapat pengaruh suhu kalsinasi pada kemurnian HAp, derajat kristalinisasi, ukuran kristal, dan struktur porus.24 Penelitian yang dilakukan Triyono, dkk pada tahun 2019 juga membuktikan suhu kalsinasi berpengaruh terhadap sifat HAp yang dihasilkan seperti nilai kekerasan, kekuatan tekan, dan diameter porus.75
Kemurnian, morfologi, stoikiometri, dan mikrostruktur HAp merupakan faktor kritis yang penting. Karena itu, ketika HAp dipertimbangkan untuk aplikasi biomedis, sifat fisik dan kimiawi seperti struktur, morfologi, homogenitas, ukuran partikel, kristanilitas, dan kemurnian sangat penting sehingga dipantau dan dikarakterisasi secara ketat.74 Hal ini yang menyebabkan suhu kalsinasi sangat penting dalam sintesis HAp karena dapat memengaruhi HAp yang dihasilkan.