BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Penelitian ini bertujuan untuk mensisntesis kolagen yang berasal dari
tendon sapi untuk dijadikan komposit kolagen – hidroksiapatit sebgai bahan bone filler. Dalam bab ini penulis akan membahas tentang tinjauan pustaka, dengan penekanan pembahasan pada tinjauan teori tentang tulang, protein kolagen, sapi,
kolagen tendon sapi, keramik hidroksiapatit, komposit kolagen – hidroksiapatit,
serta karakteristik komposit kolagen - hidroksiapatit.
2.1 Tulang
2.1.1 Struktur mikroskopis tulang
Secara garis besar tulang dikenal ada dua tipe yaitu tulang korteks
(kompak atau cortical) dan tulang trabekular (berongga = spongy = cancelous). Bagian luar kedua tulang tersebut merupakan tulang padat yang disebut korteks
tulang dan bagian dalamnya adalah tulang trabekular yang tersusun seperti bunga
karang (Riis, 1996). Tulang korteks merupakan bagian terbesar (80%) penyusun
kerangka,mempunyai fungsi mekanik, modulus elastisitas yang tinggi dan mampu
menahantekanan mekanik berupa beban tekukan dan puntiran yang berat. Tulang
korteks terdiri dari lapisan padat kolagen yang mengalami mineralisasi, tersusun
konsentris sejajar dengan permukaan tulang (Riis, 1996).
Tulang spongiosa atau cancellous atau trabekular mempunyai elastisitas yang lebih kecil dari tulang korteks, mengalami proses reabsorpsi lebih
cepat dibandingkan dengan tulang korteks. Tulang spongiosa terdapat pada daerah
(Buckwalter, 1995). S pada embrio dan selama pertumbuhannya terdi
ireguler. Setelah dewasa tulang woven diga
ng terdiri dari tulang korteks dan trabekular ( R
mal ditunjukkan pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1. Struktur tulang dewasa normal
(Rachman, 2006)
udut pandang struktural, tulang pada dasarnya a
anik dan anorganik yaitu, kolagen dan hidroks
an kekuatan tarik yang tinggi dan sifat viskoela
ah senyawa kalsium fosfat dengan sifat yan
truktur kristal hidroksiapatit, berbentuk jarum
di sisi serat panjang kolagen. Serat kolagen ke
dalam lembaran sebagai struktur paralel, yang pada gilirannya berlapis dalam
lingkaran konsentris dengan orientasi serat kolagen bervariasi antara lapisan.
Dimensi lapisan konsentris komposit, atau lamella ini berbeda untuk setiap jenis
tulang (Grimm, Michele J, 2004).
2.1.2 Matriks tulang
Berdasarkan beratnya, matriks tulang yang merupakan substansi
interseluler terdiri dari ± 70% garam anorganik dan 30% matriks organik. Matriks
anorganik merupakan bahan mineral yang sebagian besar terdiri dari kalsium dan
fosfat dalam bentuk kristal-kristal hydroxyapatite. Kristal –kristal tersebut
tersusun sepanjang serabut kolagen. Mineral – mineral lain yang terkandung
dalam tulang yaitu magnesium (Mg), fluoride (F) dan klor (Cl), natrium (Na) dan
kalium (K) yang ditunjukkan pada Tabel 2.1 (Kalfas dalam Dewi, 2009).
Kehadiran mineral tersebut menjadikan kalsium fosfat dalam tulang mempunyai
sifat yang kompleks, seperti dapat hadir dalam berbagai fase dan adanya
kemurnian (Dewi, 2009). Kekerasan tulang tergantung dari kadar bahan anorganik
dalam matriks, sedangkan dalam kekuatannya tergantung dari bahan-bahan
organik khususnya serabut kolagen (Rachman, 2006).
Sebesar 95% komponen organik dibentuk dari kolagen, sisanya terdiri
dari substansi dasar proteoglikan dan molekul non kolagen yang terlibat dalam
pengaturan mineralisasi tulang. Kolagen yang dimiliki oleh tulang adalah kurang
lebih setengah dari total kolagen tubuh, strukturnya pun sama dengan kolagen
Ruang pada struktur tiga dimensinya yang disebut sebagai hole zones, yang merupakan tempat mineral tulang (Grimm, Michele J, 2004) .
Kontribusi substansi dasar proteoglikan pada tulang memiliki proporsi
yang jauh lebih kecil dibandingkan pada kartilago, terutama terdiri atas
chondroitin sulphate dan asam hyaluronik. Substansi dasar mengontrol kandungan air dalam tulang, dan kemungkinan terlibat dalam pengaturan pembentukan fiber
kolagen. Materi organik non kolagen terdiri dari osteokalsin yang terlibat dalam
pengikatan kalsium selama proses mineralisasi, osteonektin yang berfungsi
sebagai jembatan antara kolagen dan komponen mineral, sialoprotein yang kaya
akan asam salisat dan beberapa macam protein lainya (Grimm, Michele J, 2004).
Tabel 2.1. Kandungan Unsur Mineral dalam Tulang
(Aoiki dalam Dewi, 2009)
Unsur Kandungan (% berat)
Ca 34,00
P 15,00
Mg 0,50
Na 0,80
K 0,20
C 1,60
Cl 0,20
F 0,08
Zat sisa 47,62
2.1.3 Sel tulang
Tulang terdiri atas matriks tulang dan 3 jenis sel tulang yaitu, osteosit,
osteoblast yang mensintesis unsur organik matriks dan osteoklas yang merupakan
sel raksasa multinuklear yang terlibat dalam reabsorbsi dan remodeling jaringan
Osteoblast memproduksi osteoid atau matriks tulang, berbentuk bulat, oval
atau polihedral, terpisah dari matriks yang telah mengalami mineralisasi.
Osteoblast berfungsi mensintesis dan mensekresi matriks organik tulang,
mengatur perubahan elektrolit cairan ekstraselular pada proses mineralisasi.
Osteoblast mengandung retikulum endoplasmik, membran golgi dan mitokondria.
Osteoblast salingberhubungan melalui gap junction. Osteoblast yang menetap pada
permukaan tulang bentuknya pipih yang dinamakan bone lining cells / resting osteoblast (Depster, 2001)
Sel osteoklast ditemukan pada permukaan tulang yang mengalami
resorpsi dan kemudian membentuk cekungan yang dikenal sebagai lacuna Howship. Sitoplasma Osteoklas terisi oleh mitokondria yang berguna untuk menyediakan
energi untuk proses reabsorbsi tulang (Depster, 2001). Osteoblast dan osteoklast
ditunjukkan pada Gambar 2.2.
Gambar 2.2Sel tulang (B= Bone; ob = osteoblast; oc = osteoklas) (Depster, 2001)
Osteosit berasal dari osteoblas dimana pada akhir proses mineralisasi akan
tersimpan pada matriks tulang. Osteosit mempunyai satu inti, jumlah organela
tulang menjadi sensitif terhadap tekanan, mengontrol pergerakan ion serta
mineralisasi tulang (Drajad, 2002). Osteosit pada akhir proses mineralisasi
terhimpit oleh ekstraselular matriks (Drajad, 2002). Pada Gambar 2.2 tidak terlihat
adanya osteosit. Letak osteosit ada dibagian bawah osteoblast (Depster, 2001).
2.2 Biomaterial
Biomaterial merupakan semua material sintetik yang digunakan untuk
menggantikan atau memperbaiki fungsi jaringan tubuh yang secara berkelanjutan
atau sekedar bersentuhan dengan cairan tubuh (Cahyanto, 2009 ). Berdasarkan
sumbernya, biomaterial ada 2 macam, yaitu biomaterial alam dan biomaterial
sintetik. Biomaterial alam terdiri dari autograft, allograft dan xenograft. Autograft
merupakan transplantasi jaringan dari satu bagian tubuh ke tubuh yang lain
dalam individu yang sama. Allograft merupakan transplantasi organ atau jaringan dari satu individu ke individu lain, dalam satu spesies namun berbeda
genotip. Sedangkan xenograft merupakan transplantasi organ atau jaringan dari spesies yang berbeda. Untuk biomaterial sintetik dapat disintesis dari bahan
logam, polimer, keramik atau komposit. Allograftt memiliki keterbatasan antara lain kelangkaan donor, betuk anatomi tubuh yang setiap orang dapat berbeda dan
kurangnya tingkat penerimaan organ selama masa penyembuhan. Sedangkan
untuk autograft memiliki kelemahan pada respon kekebalan dan dapat menghilangkan osteokonduksi (Rodrigues et al, 2002).
Usaha melakukan perbaikan fungsi organ atau jaringan pun semakin
berkembang, sehingga muncul berbagai bahan biomaterial. Biomaterial
mampu berinteraksi dengan sistem biologis (Williams dalam Cahyanto, 2009).
Syarat utama material yang akan digunakan di dalam tubuh adalah biokompatibel,
artinya material yang digunakan mampu bekerja sesuai dengan respon penerima.
Namun, tidak ada material yang biokompatibel menyeluruh. Hal ini disebabkan
material untuk suatu aplikasi bisa saja biokompatibel tetapi tidak untuk aplikasi
lain. Oleh karena itu biokompabilitas dapat berbeda bergantung aplikasinya
(Williams dalam Cahyanto, 2009).
2.3 Protein Kolagen
Kolagen adalah suatu protein struktural yang panjang dan berserat yang
berisi tiga rantai peptida, yang membentuk struktur heliks rangkap tiga oleh ikatan
hidrogen intra-molekuler antara Gly dan Hyp dalam rantai yang berdekatan (Zeugolis dalam Hua-Jie Wang et al, 2009). Fibril kolagen terdiri dari sub-unit polipeptida berulang yang disebut tropokolagen yang disusun dalam untaian
paralel dari kepala sampai ekor seperti terlihat pada Gambar 2.3. Tropokolagen
terdiri atas tiga rantai polipeptida yang terpilin erat menjadi tiga untaian atau
lembaran panjang, tiap rantai polipeptida dalam tropokolagen juga merupakan
Gambar 2.3. Susunan molekul tropokolagen dari fibril kolagen
( Lehninger dalam Hajrawati, 2006 )
Kolagen seperti umumnya protein, memiliki struktur yang terdiri dari
karbon, hidrogen, gugus hidroksil (OH), gugus karbonil (C=O), gugus C≡N dan
gugus amina (N-H). Gugus amina (N-H) pada kolagen terdiri dari pita amida A,
amida I, amida II serta amida III (Marsaid, 2010). Gugus tersebut sesuai dengan
struktur kimia kolagen dan struktur rantai polipeptida yang ditunjukkan pada
Gambar 2.4. Molekul kolagen terdiri dari tiga rantai polipeptida yang saling
berulang.
Gambar 2.4. Struktur rantai panjang kolagen ( kiri ) dan struktur rantai
Protein kolagen terdiri dari polipeptida dan lebih 1000 residu asam amino.
Polipeptida tersebut adalah glisin – prolin dan hidroksiprolin atau Gly–X-Y, dimana residu glisin tersembunyi pada bagian dalam rantai, sedangkan asam
amino X-Y berada di bagian permukaan rantai tripel polipeptida. Asam amino
glisin, protein prolin dan hidroksiprolin merupakan asam amino utama
kolagen Struktur asam amino glisin dan hidroksiprolin ini yang menyusun
komponen protein kolagen secara berulang dengan beberapa asam amino lainya.
Struktur glisin dan hidroksiproline ditunjukkan pada Gambar 2.5 yang terdiri dari
gugus karboksil dan amida sekunder, dengan bentuk ikatan yang berbeda. Asam
amino aromatik dan sulfur terdapat dalam jumlah yang sedikit (Ward Ward et al, 1977).
Gambar 2.5 Struktur rantai glisin (kiri), dan struktur rantai hidroksiprolin (kanan )
(Martianingsih et al, 2010)
Penyebaran kolagen pada tubuh mamalia terdapat sekitar 25% sampai 35%
protein kolagen dari seluruh tubuh mamalia ( Di LulloDagger et al dalam Hua-Jie Wang et al, 2009 ). Lebih dari 90% protein ekstraseluler ada di tendon dan kulit dan lebih dari 50% kolagen terdapat pada kulit (Piez dalam Friess,1997).
Tabel 2.2 Penyebaran Kolagen pada Berbagai Jaringan Hewan Mamalia
(Ward et al, 1977)
Menurut Brown et al (1997), kolagen merupakan kelompok protein struktural yang bersumber dari matriks ekstraseluler. Fibril kolagen merupakan
struktur protein yang penting dalam kulit, tulang, dinding jaringan darah serta
organ bagian dalam. Sesuai dengan struktur alami, secara komersial kolagen
banyak dimanfaatkan dalam dunia kedokteran, pangan dan industri perkulitan.
Rantai peptida kolagen setiap individu sangat panjang dan mengandung
kira-kira 1050 asam amino residu. Kolagen memiliki kekuatan tarik yang besar, dan
merupakan komponen utama dari fasia, tulang rawan, ligamen, tulang tendon, dan
kulit.
Terdapat banyak tipe kolagen penyusun jaringan, antara lain tipe I kolagen
ditemukan terutama pada kulit, tulang dan tendon, tipe II kolagen ditemukan pada
tulang rawan arteri pada tulang sendi, dan tipe III kolagen merupakan unsur utama
dari pembuluh darah (Cahyanto, 2009). Kolagen yang paling dikenal adalah
kolagen tipe I yang banyak terdapat di jaringan tubuh yang lunak seperti kulit dan
Jenis Jaringan Kandungan
Kolagen (%)
Kulit 89
Tendon 85
Tulang 24
Aorta 23
Lambung 23
Usus besar 18
Ginjal 5
Otot 2
tendon, maupun jaringan jaringan tubuh yang keras seperti tulang dan kartilago.
Kolagen tipe 1 terdiri dari tiga rantai polipeptida. Dua rantai polipeptida disebut
tipe1 dan polipeptida yang ketiga disebut tipe2 (Prayitno, 2007).
Protein kolagen memiliki biokompatibilitas sangat baik, imunogenisitas
yang baik, dan bioabsorbabilitas yang tinggi. Sebagai contoh, Thumann et al
(2009) membuktikan bahwa kolagen tidak beracun oleh morfologi, viabilitas dan
analisis diferensiasi. Setelah 24 minggu implantasi subconjunctival, membran kolagen tidak menunjukkan bukti adanya peradangan atau fibrosis, dan berhasil
diserap dalam 17 minggu. Membran kolagen terdegradasi lambat dalam ruang
subretinal dan juga tidak menimbulkan penolakan atau respon inflamasi
(Thumann et al, 2009). Dalam percobaan Hong et al, 2007, disiapkan 2-D dan matriks 3-D tipe I kolagen dan menemukan bahwa geometri dan komposisi
matriks mempengaruhi aktivasi kontekstual dari jalur ERK (Extracellular Signal-Regulated Kinases), yang mengakibatkan efek yang berbeda pada fenotipe sel (Hong et al, 2007).
2.4 Sapi (Bos sondaicus)
Bangsa (breed) sapi adalah sekumpulan ternak yang memiliki karakteristik
tertentu yang sama. Atas dasar karakteristik tersebut, mereka dapat dibedakan dari
ternak lainnya meskipun masih dalam spesies yang sama. Karakteristik yang
dimiliki dapat diturunkan ke generasi berikutnya.
Menurut Romans dalam Arbi (2009), bangsa sapi mempunyai klasifikasi
Filum : Chordata Subfilum : Vertebrata
Kelas : Mamalia
Sub kelas : Theria Infra kelas : Eutheria
Ordo : Artiodactyla
Sub ordo : Ruminantia Infra ordo : Pecora Famili : Bovidae Genus : Bos (cattle) Grup : Taurinae
Spesies : Bos taurus (sapi Eropa), Bos indicus (sapi India/sapi zebu),
Bos sondaicus (banteng/sapi Bali).
Gambar 2.6 Sapi bali (Bos sondaicus)
Spesies sapi potong yang paling umum ditemui di Indonesia adalah Bos saondaicus atau sapi Bali seperti pada Gambar 2.6. Sapi Bali merupakan keturunan sapi liar yang disebut sapi banteng (Bos bibos atau Bos sondaicus) yang telah mengalami proses penjinakan (domestikasi) berabad - abad lamanya. Sapi
jenis ini termasuk dalam golongan sapi pedaging dan pekerja. Bentuk tubuhnya
menyerupai banteng, tetapi ukuran tubuh lebih kecil akibat proses domestikasi,
dadanya dalam, dan badanya padat. Warna tubuh ketika masih kecil berwana
kehitaman. Tanduk pada jantan tumbuh keluar kebagian luar kepala, sedangkan
pada betina, tanuk ini tumbuh kebagian dalam kepala. Tinggi sapi dewasa
mencapai 130 cm dan berat rata-rata sapi jantan adalah 450 kg, sedangkan sapi
betina beratnya mencapai 400 kg (Arbi, 2009).
2.5 Kolagen dari Tendon Sapi
Kolagen secara khas dapat dibuat dari kulit dan tendon. Ekstrak kolagen
dari tendon sapi relatif lebih mudah untuk dilakukan dan menghasilkan kolagen
dalam jumlah cukup banyak. Kandungan kolagen pada tendon terdapat sekitar
85% dari berat keseluruhan tendon. Prosedur untuk membuat kolagen adalah
dengan menyertakan asam atau ekstrak enzim ( Kempt et al, 1992 ). Menyertakan ekstrak enzim sebagai katalis merupakan metode yang lebih baik untuk
menghasilkan kemurnian kolagen yang tinggi. Banyak ditemukan ekstraksi
kolagen dengan menggunakan enzim pepsin sebagai katalis dalam proses
ekstraksi. Namun kereaktifan enzim juga perlu diperhatikan. Enzim dengan
kereaktifan yang berlebih akan membuat kolagen terhidrolisis dan rusak.
Akibatnya kandungan kolagen tidak terlihat sama sekali ( Kempt et al, 1992 ). Kandungan kolagen pada tendon sapi jenis bos sondaicus, bos indicus dan
bos taurus kurang lebih sama, sekitar 85% dari total berat tendon diseluruh sapi (Arbi, 2009). Hal ini bisa dikarenakan berat dari ketiga jenis sapi yang umum ada
di Indonesia ini kurang lebih sama, berkisar 400-500 kg untuk sapi dewasa (Arbi,
2.6 Keramik Hidroksiapatit
Mineral apatit, baik sintetis ataupun alami, yang paling stabil dan umum
digunakan dalam kedokteran dan kedokteran gigi adalah hidroksiapatit.
Hidroksiapatit merupakan material kisi kristal heksagonal dengan formula kimia
yang ideal, yaitu, Ca10(PO4)6(OH)2. Struktur kristal monosiklik heksagonal
hidroksiapatit ditunjukkan pada Gambar 2. Hidroksiapatit memiliki Ca:P sebesar
1,67. Secara teoritis, hidroksipatit mempunyai densitas 3,156 gr/cm3 (Aoki dalam
Dewi, 2009). Hidroksiapatit adalah salah satu dari sekian banyak biokeramik
yang digunakan untuk rekontruksi jaringan tulang dan gigi. (Rodrigues et al, 2003).
Gambar 2.7 Skema struktur kristal hidroksiapatit : (a) Hexagonal; (b) Monoslinik (Billote, 2003)
Kehadiran karbonat (CO32-) dalam tubuh dapat mensubtitusi formula
hidroksiapatit dengan menempati dua posisi. Karbonat menggantikan posisi
hidroksil (OH-) disebut apatit karbonat tipe A dan menggantikan posisi fosfat
Hidroksiapatit merupakan komponen utama pembentuk tulang.
Hidroksiapatit merupakan jenis material yang sering diaplikasikan dalam bidang
medis diantaranya sebagai material untuk menggantikan mineral jaringan tulang
(Dewi, 2009). Selain itu juga cukup baik dalam menyerap unsur kimia organik
dalam tubuh, bersifat non toksik, cepat membangun ikatan dengan tulang
(bioaktif), memiliki biokompatibilitas dengan jaringan sekitar dan dapat
mendorong pertumbuhan tulang baru dalam strukturnya yang berpori.
Menurut Xie et al dalam Wahl et al, 2006, hidroksiapatit sangat cocok digunakan sebagai implant atau filler kerena material ini mempunyai sifat adhesi yang baik dalam jaringan lokal. Selain itu hidroksiapatit telah terbukti
meningkatkan proliferasi dan diferensiasi osteoblast.
2.7 Komposit Kolagen – Hidroksiapatit
Tulang rangka terutama mengandung kolagen (umumnya tipe I) dan
karbonat yang digantikan dengan hidroksiapatit, yang keduanya merupakan
komponen osteokonduktivitas. Implant yang dibuat dari komponen tersebut
cenderung berperilaku sama dengan sifat asli tulang. Baik kolagen tipe I dan
hidroksiapatit ditemukan untuk meningkatkan diferensiasi osteoblast (Xie et al
dalam Wahl et al, 2006.). Namun, jika keduanya dikombinasikan, dapat mempercepat osteogenesis. Osteogenesis merupakan proses pembentukan tulang
baru oleh osteoblast. Sebuah komposit matriks ketika tertanam dengan sel
osteoblast yang mirip dengan osteoblast manusia, memperlihatkan sifat
osteokonduktivitas yang lebih baik dibandingkan dengan hidroksiapatit monolitik
terbukti biokompatibel baik pada manusia dan hewan (Serre dalam Wahl et al,2006). Oleh sebab itu, komposit kolagen – hidroksiapatit memang didesain sebagai scaffold yang bersifat osteoinduktif dan osteokonduktif (Rodrigues et al,
2002).
Keuntungan biologis komposit kolagen – hidroksiapatit dibandingkan
dengan perancah polimer sintetis adalah dalam hal peningkatan regenerasi tulang.
Perancah merupakan struktur untuk menyangga suatu bahan. Perancah polimer
bisa memakan waktu hingga 2 tahun untuk meningkatkan regenerasi tulang
sementara kolagen – hidroksiapatit memiliki tingkat degradasi yang lebih masuk
akal berkaitan dengan penggunaan klinis dari 2 bulan sampai 1 tahun (Johnson
dalam Wahl et al,2009 ). Selanjutnya, sel osteogenik melekat lebih baik secara in vitro untuk kolagen permukaan dibandingkan dengan implant polimer lain seperti
Poly-L-Lactide Acid (PLLA) dan Polyglycolic acid (PGA) (El-Amin et al dalam (Wahl et al,2009).
Percobaan yang dilakukan Rodrigues et al,(2003), variasi komposisi antara kolagen dan hidroksiapatit yang digunakan adalah 1:1 dan 1:2,6. Komposit
kolagen hidroksiapatit dibuat dalam bentuk scaffold berpori. Pada variasi komposisi ini, keduanya memiliki sifat osteoinduktif dan osteokonduktif yang
baik. Osteoinduktif adalah proses untuk menstimulasi pertumbuhan atau
perkembangan dari tulang. Osteokonduktif memberikan sebuah matriks fisik atau
scaffolding yang sesuai untuk pembentukan tulang baru.
kematian sel yang diamati dalam tes toksisitas ini. Osteoblast yang dikultur
selama 4 hari terlihat jarang pada permukaan komposit.
Pada hari ke 11 setelah seeding sel, sel menunjukkan tingkat proliferasi yang tinggi dan menutupi sebagian permukaan komposit (Gambar 2.8). Sel
bermigrasi melalui blok komposit (pori komposit) mencapai permukaan bawah
dan kemudian coverslip (muncul ke permukaan) serta coverslip ke permukaan komposit. Pada waktu inilah terlihat osteoblast bentuk polygonal melekat pada
permukan partikel hidroksiapatit dan juga serat kolagen (Gambar 2.9).
.
Gambar 2.8 Osteoblast menempel pada permukaan hidroksiapatit pada hari ke-11
(Rodrigues et al, 2003)
Gambar 2.9 Osteoblast menempel kuat pada serat kolagen
(Rodrigues et al, 2003)
Hasil data morfometrik sampel menunjukkan kolagen – hidroksiapatit
yang diberi perlakuan dehidrasi dan diradiasi pada perbandingan 1 : 2.6,
perbandingan 1:1 menunjukkan hasil yang lebih rendah. Adanya kolagen
meningkatkan adhesi dan aktivitas osteoblast untuk tumbuh sampai ke permukaan
komposit kolagen – hidroksiapatit. Kolagen meningkatkan adhesi dalam proses
kontak osteoblast inokulasi (osteoblast dimasukkan kedalam sampel) ke
permukaan komposit kolagen – hidroksiapatit melalui RGD (Argynine – Glysine - Aspartate). RGD inilah yang membuat kolagen melekat kuat pada hidroksiapatit. (Rodrigue et al, 2003)
2.8 Bone Filler
Bone filler merupakan salah satu bagian dari bone grafting atau pencangkokan tulang. Bone grafting adalah prosedur pembedahan yang menempatkan tulang baru atau bahan pengganti ke dalam ruang pada sekitar
daerah fraktur tulang atau dalam lubang di tulang (cacat) untuk membantu dalam
penyembuhan. Syarat utama suatu bahan bisa dijadikan bone filler adalah biokompatibel dengan jaringan tubuh, tidak toksik (racun) dan mampu
merangsang pertumbuhan sel tulang baru. Penggunaan bone filler pada tulang trabekular (sponge) dapat dilakukan denga cara menginjeksikan material filler
kedalam rongga tulang (Gambar 2.10). Bone filler banyak digunakan untuk implant mandibula pada kasus bedah mulut, dan maxillofacial seperti ditunjukkan pada Gambar 2.11.
Gambar 2.11 menjelaskan, pada step1 gigi yang bermasalah dicabut, dan
diisikan kedalam hole yang kemudian ditutup seperti terlihat pada step 4 dan 5 (Michelle, 2012).
Gambar 2.10 Bone filler pada tulang trabekular (sponge) (www.n-forcefixation.com)
Gambar 2.11 Bone filler pada kasus bedah mulut (Michelle, 2012)
Selain itu bone filler dapat diaplikasikan untuk regenerasi cartilage tissue
(Yasuda et al, 2010). Dalam perawatan jaringan tulang rawan yang rusak, masalah utama yang dihadapi para ahli adalah kesulitan untuk meregenerasi
tulang rawan secara alami tanpa melalui drug delivery. Sebagai contoh, metode
penanda pertumbuhan tulang normal. Akibatnya, jaringan tulang rawan yang
rusak biasanya diobati dengan pencangkokan suatu jaringan tulang rawan lain
yang diperoleh dari tubuh pasien itu sendiri (Yasuda et al, 2010). Masalah yang tibul dari pencangkokan tulang rawan lain dalam satu tubuh pasien adalah
kerusakan pada jaringan tulang rawan yang ditinggalkan dan jumlah tulang rawan
yang belum tentu mencukupi untuk pencangkokan. Oleh karena itu penambahan
bone fiiler pada kasus ini diperlukan untuk mengatasi masalah tersebut (Yasuda et al, 2010).
2.9 Komposit Kolagen – Hidroksiapatit sebagai Bone Filler
Material bone filler seperti komposit kolagen – hidroksiapatit umumnya digunakan pada tulang yang tidak terlalu panjang dan luas permukaanya. Sangat
jarang kasus kerusakan pada long bone yang menggunakan bone filler sebagai tindakan penyembuhan. Misalnya saja, bila terdapat tumor pada long bone, tulang yang sudah direseksi dari tumor biasanya ditambal dengan menggunakan tulang
dari bagian tubuh pasien lain ( autograft ) (Dubruille et al, 2000). Hal ini dilakukan untuk menghindari infeksi yang dapat terjadi dan diharapkan bisa
menumbuhkan tulang baru. Namun autograft ini menimbulkan defek pada tulang
yang ditinggalkan. Bila tidak memungkinkan melakukan autograft, maka tindakan
alternatif pilihan adalah menggunakan donor tulang dari tubuh orang lain
(allograft) Kelemahan dari allograft ini adalah tulang yang menjadi donor tidak
atau bone repair. Namun untuk long bone, biasanya digunakan material dalam bentuk scaffold atau bone cemens bukan filler (Dubruille et al, 2000).
Buser et al (1998) melakukan filling kolagen pada tulang mandibula babi yang telah diberi defek sebelumnya. Hasil menunjukkan bahwa dalam 4 minggu
tidak terlihat adanya kolagen yang tersisa dan terjadi perbaikan jaringan tulang
ini membuktikan bahwa kolagen mempunyai biokompatibilitas yang tinggi. Buser
et al (1998), juga melakukan filling pada tulang mandibula babi menggunakan mineral hidroksiapatit. Hasil yang diperoleh menunjukkan pada 4 minggu awal
penyembuhan terlihat laju pertumbuhan sel yang sangat rendah dibandingkan
kolagen. Baru terlihat pertumbuhan yang cukup pesat pada 6 bulan kemudian.
Dari hasil penelitian yang dilakukan Buser et al ini, ada kemungkinan bila kolagen dan hidroksiapatit jikan dikompositkan akan memiliki sifat yang baik
yaitu cepat meregenerasi jaringan tulang dan memberikan sifat mekanik yang
tidak terlalu rendah (Buser et al, 1998).
2.10 FTIR ( Fourier Transform Infra Red)
Fourier Transform Infra Red atau FTIR adalah spektroskopi yang mendasarkan fungsinya prinsip molekul yang dapat menyerap cahaya infra merah.
Hanya molekul monoatomik (He, Ne, Ar, dan sebagainya) dan diatomik
homopolar (H2, N2, O2, dan sebagainya) yang tidak dapat menyerap cahaya infra
merah (Perez et al, 2000). Pada dasarnya Spektrofotometer FTIR adalah sama
dengan Spektrofotometer IR dispersi, yang membedakannya adalah
pengembangan pada sistim optiknya sebelum berkas sinar infra merah melewati
pada sampel dan ha
ngamatan langsung spektrum domain waktu y
baca dan disimpulkan. Spektrum domain waktu di
dengan memanfaatkan sistem komputer fourier
analisis dan menyimpulkan data.
lat FTIR ditujukan pada Gambar 2.12.
TIR dilengkapi dengan cermin yang bergerak
. Dengan demikian radiasi infra merah akan
ng ditempuh menuju cermin yang bergerak da
ni et al, 2002). Sedangkan prinsip kerja FTIR nsip kerja FTIR adalah perbedaan jarak cermin
n cermin diam ketika dikenai sumber radiasi in
ampel. Spektrum yang diterima sampel ditang
Spektrum infra
nframerah terletak pada daerah dengan panjang
tau bilangan gelombang dari 12800 sampai 10
suk ke dalam kategori radiasi inframerah perten
200 cm-1). Daerah antara 4000 – 1300 cm-1
ency. Daerah 1300 – 200 cm-1 merupakan dae bagai contoh, pada daearah 900 – 1300 cm-1 te
streching. Frekuensi di wilayah finger print di cara keseluruhan. Serapan pada daerah finger pr
uatu molekul secara keseluruhan. Atar molekul
yang berbeda pula di wilayah finger print ini. untuk tujuan identifikasi suatu molekul. Tidak a
ukturnya akan mempunyai bentuk serapan i
h yang sama (Koutsopoulus dalam Lestari, 2009)
Gambar 2.14
2.14 Frekuensi dari beberapa grup vibrasi pada gr
dan finger print region.
TIR kolagen
TIR kolagen menunjukkan adanya vibrasi g
bonil (C=O), dan gugus amina (N-H) (Marsaid, 2010)
erapan sekitar 3500 – 3000 cm-1. Gugus karboni
1900 – 1650 cm-1. Gugus C≡N pada kolage
2100 cm-1. Gugus amina (N-H) pada kolagen ter
ida I, amida II dan amida III. Amida A terdete
3300 cm-1. Amida A terbentuk dari ikatan NH
n OH dari hidroksiprolin (Puspawati et al, 2012 rapan 1597 – 1672 cm-1. Serapan amida I terjadi
hing dengan kontribusi dari NH bending. Pita a 1575 cm-1. Pita serapan daerah amida III terde
2.10.2 Spektrum FTIR Hiroksiapatit
FTIR memanfaatkan energi vibrasi gugus fungsi penyusun senyawa
hidroksiapatit, yaitu gugus PO43-, gugus CO32-, serta gugus OH-. Gugus PO43-
mempunyai empat mode vibrasi yaitu:
1. Vibrasi simetri stretching (υ1) dengan bilangan gelombang sekitar 956 cm-1.
2. Vibrasi simetri bending (υ2) dengan bilangan gelombang sekitar 430 - 460
cm-1.
3. Vibrasi asimetri stretching (υ3) dengan bilangan gelombang sekitar 1040
-1090 cm-1.
4. Vibrasi asimetri bending (υ4) dengan bilangan gelombang sekitar 575 - 610
cm-1.
Bentuk pita υ3 dan υ4 yang tidak simetri merupakan tanda bahwa senyawa
hidroksiapatit tidak seluruhnya dalam bentuk amorf (tidak kristal). Spektrum
hidroksiapatit dapat diteliti yaitu pada υ4 dalam bentuk belah dengan maksimum
562 cm-1 dan 602 cm-1. Pita absorpsi υ3 mempunyai dua puncak maksimum yaitu
pada bilangan gelombang 1090 cm-1 dan 1030 cm-1. Pita absorpsi υ1 dapat dilihat
pada bilangan gelombang 960 cm-1 (Hidayat dalam Lestari, 2009). Puncak pada
633 cm-1dan 3570 cm-1menunjukkan vibrasi dari OH. Luas puncak pada 3500 cm
-1
dan puncak pada 1660 cm-1 menunjukkan adanya penyerapan air, sehingga
teridentifikasi sebagai gugus OH (Lestari, 2009). Ikatan karbonat teramati pada
2.11 Toksisitas
Dalam rekayasa biomaterial, material yang digunakan harus memenuhi
syarat yaitu biokompatibel dengan tubuh. Salah satu hal yang perlu dilakukan
adalah pengujian toksisitas material. Pengujian ini bertujuan untuk melihat efek
penggunaan material apabila nantinya ditanamkan dalam tubuh. Uji toksisitas
dapat dilakukan dengan 2 cara yaitu uji secara in-vitro dan uji secara in- vivo. Uji secara in-vitro berdasarkan penggunaan komponen sub subselular (misalnya enzim DNA, RNA), atau sel sel- sel yang diisolasi (kultur sel, sel
darah merah, dan lain sebagainya), potongan jaringan atau seluruh seluruh organ
yang diisolasi.
Sedangkan uji in-vivo merupakan suatu uji toksisitas yang dilakukan dalam tubuh. Uji ini biasanya memakai hewan coba yang struktur genetiknya
hampir menyerupai manusia. Uji toksisitas yang biasa dilakukan pada hewan uji
bertujuan untuk menggali informasi tentang resiko yang dapat terjadi pada
manusia atau lingkungan, baik karena obat atau bahan kimia.
2.12 Uji Toksisitas dengan Metode MTT Assay
MTT ((3-(4,5-Dimethylthiazol-2-yl)-2,5-diphenyltetrazolium bromide)
Assay adalah tes laboratorium dan dan Assaycolorimetric standard (sebuah Assay
yang mengukur perubahan warna ) untuk mengukur pertumbuhan seluler. Uji ini
juga digunakan untuk menentukan toksisitas dari agen medikal dan material
toksik lainya. ( Harsas, 2008 ).
Jenis sel yang dapat digunakan untuk uji toksisisitas bahan biomaterial
berasal dari fibroblas ginjal tikus. Jenis sel ini mudah untuk tumbuh dan mudah
dilakukan kultur (pembiakan) ulang.
Prinsip dari pewarnaan MTT adalah dengan pengubahan dari cincin
tetrazolium oleh karena aktifitas dari mitokondria pada sel hidup (sel mati tidak
mengakibatkan perubahan cincin tersebut). Mitokondria sel hidup berperan dalam
menghasilkan dehidrogenase, dan bila tidak aktif karena efek toksik maka tidak
akan terbentuk formazan garam tetrazolium. Jumlah yang terbentuk proporsional
dengan aktivitas enzimatik sel hidup. Produksi formazan dapat dihitung dengan
melarutkan dan mengukur densitas optik ( optical density /OD). Persentase jumlah sel hidup untuk uji MTT dapat dihitung dengan Persamaan 2.1:
% sel hidup =
OD dapat diartikan sebagai kemampuan suatu material untuk menyerap
suatu cahaya. Nilainya setara dengan banyaknya sel hidup dalam lingkungan yang
dibuat. Makin tinggi nilai OD semakin banyak sel yang hidup. Jumlah sel produk
MTT dapat diukur dengan spektrofotometer Elisa Reader pada panjang gelombang 540 – 570 nm. Semakin tinggi prosentase densitas optik, menunjukkan
sel yang metabolik aktif dapat mereduksi MTT semakin baik. OD perlakuan + OD kontrol media
OD kontrol sel + OD kontrol media
