BAB II KAJIAN PUSTAKA
2.6 Kolagen
berbeda, dan juga potensi sebagai struktur nano baik secara fisik maupun kimia, akan memungkinkan untuk targeting selektif dari system biologis. (Zhou & Lee 2011)
Calcium sulfate merupakan salah satu jenis bone graft yang berfungsi sebagai graft barrier, bukan biomaterial regeneratif yang sebenarnya namun dapat menunjukkan derajat efektivitas yang cukup tinggi bila dikombinasikan dengan beberapa biomaterial seperti faktor pertumbuhan (Thomas & Puleo 2009). Calcium sulfate merupakan salah satu ceramic-based bone graft yang memiliki sifat osteokonduktif dan tingkat resorpsi yang paling cepat sekitar 4 – 12 minggu dibandingkan graft lainnya terkait dengan efek osmotiknya. Sehingga calcium sulfat lebih sering digunakan sebagai graft extender dibandingkan penunjang struktural pada bone defek (Phedy 2011).
Penggunaan calcium sulfate bersama dengan biomaterial lainnya dapat meningkatkan sifat osteoinduktif dan osteokonduktifnya. Menurut Liu et al (2014), penggunaan calcium sulfate sebagai karier untuk pelepasan VEGF pada defek tulang dapat memberikan manfaat yang cukup besar dalam hal peningkatan vaskularisasi dan pembentukan tulang baru sehingga terjadi mineralisasi matriks osteoid dan regenerasi tulang. Prosedur ini memiliki potensi yang cukup besar dalam bone tissue engineerin (Liu et al. 2014).
struktur dan fungsi fisiologis yang berbeda. Susunan supramolecular dari elemen fiber, mikrofibril, glikoproteinm, dan berbagai jenis molekul lainnya menentukan karakteristik biofisik. Komposisi dan struktur berbeda beda antara jaringan konektif yang satu dengan yang lain. Sintesis dari protein struktural dan komponen glikoprotein yang berbeda, menghasilkan karakteristik jaringan fungsional dan biologis yang unik pada tempat yang berbeda.(Gelse et al. 2003)(Aela & De 2000) Nama “kolagen”, berasal dari terminologi protein yang membentuk susunan triple helix dari tiga rantai polipeptida, dan semua jenis dari kolagen membentuk struktur supramolecular pada matriks ekstraselular walaupun ukuran, fungsi, dan distribusi jaringannya berbeda satu dengan yang lainnya. Sampai saat ini, terdapat 26 jenis kolagen yang berbeda secara genetic (Gao et al. 2013).
Berdasarkan struktur dan susunan supramolekularnya, kolagen dapat dikelompokkan menjadi : fibril-forming collagens, fibril-associated collagnes (FACIT), network-forming collagens, anchoring fibrils, transmembrane collagens, basement membrane collagens, dan lain lain
Berbagai tipe kolagen dikarakterisasikan dengan kompleksitas dan perbedaan dari struktur, ada atau tidaknya domain non-helical, susunan, dan fungsinya.
Keluarga terbesar dari kolagen, yang mencakup 90% dari keseluruhan jenis kolagen adalah fibril-forming collagens. Kolagen fibril tipe I dan V berkontribusi terhadap struktur tulang, sementara kolagen tipe II dan XI berkontribusi terhadap matriks fibrilar dari articular cartilage. Stabilitas torisional dan tensile strength berperan terhadap stabilitas dan integritas dari jaringan ini. Kolagen tipe IV memiliki susunan triple helix yang lebih fleksibel. Kolagen mikrofibril tipe VI memiliki
susunan disulfide dan berkontribusi terhadap hubungan filamen yang berikatan dengan fibril kolagen lainnya. Fibril associated collagens (FACIT) dengan struktur interrupted triplehelices seperti tipe IX, XII, dan XIV berhubungan dengan molekul tunggal dengan fibril kolagen berukuran besar dan memaikan peran dalam regulasi diameter fibril kolagen. Kolagen tipe VIII dan X membentuk susunan heksagonal, sedangkan tipe XIII dan XVII menyusun membrane sel (Gelse et al. 2003; Kruger et al. 2013).
Walaupun berbagai tipe kolagen mempunyai struktur yang sangat berbeda beda antar satu dengan yang lainnya, semua anggota dari keluarga kolagen mempunyai sebuah ciri khas: right-handed triple helix yang tersusun dari tiga buah rantai α. Hal ini dapat tersusun dari tiga rantai yang saling identic (homotrimers), seperti tampak pada kolagen II, III, VII, VIII, X, dan lainnya, atau dua atau lebih rantai yang berbeda (heterotrimers), seperti yang tampak pada kolagen tipe I, IV, V, VI, IX, dan XI. Setiap tiga dari rantai α di dalam molekul akan membentuk left handed helix dengan 18 asam amino setiap putarannya. Ketiga rantai ini, dengan residu yang relatif satu dengan yang lainnya, menggulung pada bagian sentral ke arah kanan dan membentuk triple helix. Struktur yang dibutuhkan untuk pembentukan triple helix adalah residu glycine, asam amino yang paling kecil, pada setiap posisi ketiga dari rantai polipeptida, sehingga membentuk Glycine X-Y, Rantai α berkumpul pada bagian tengah dengan suatu cara sehingga seluruh residu glycine terposisikan pada bagian tengah triple helix, dan rantai lainnya menyusun posisi bagian luar. Hal ini memungkinkan bentuk yang rapat dari molekul ini. Posisi X dan Y sering diisi oleh proline dan hydroxyproline. Tergantung dari tipe kolagen,
residu dari proline dan lysine dimodifikasi oleh post-translational enzymatic hydroxylation. Isi dari 4-hydroxyproline penting untuk formasi dari ikatan hydrogen intramolecular dan berkontribusi pada stabilitas triple helix. Beberapa dari hydroxylysines akan dimodifikasi lebioh lanjut melalui proses glikosilasi.
Panjang dari bagian triple helix berbeda antar kolagen. Ikatan helix Gly X-Y yang berulang adalah struktur yang mendominasi fibril forming collagens (I, II, III), dimana pada panjang 300nm, tersusun atas 1000 asam amino. Pada kolagen tipe lainnya, domain kolagen ini jauh lebih pendek dan mengandung struktur non-triple helix. Oleh karena itu, kolagen tipe VI atau X mengandung triple helix dengan 200- 460 asa amino. Walaupun triple helix adalah fitur kunci dari seluruh kolagen dan mewakili bagian utama dari fibril-forming collagen, domain non kolagen juga merupakan komponen structural yang penting. Oleh karena itu, C-propeptida memiliki peran yang pentiong dalam pembentukan triple helix¸dan N-propeptida berperan dalam regulasi diameter fibril primer. Telopeptida non helical terlibat dalam ikatan kovalen molekul kolagen dan juga ikatan struktur molekul dengan matriks disekitarnya(Gao et al. 2013)(Aela & De 2000) .
2.6.1. Fibril forming collagens – Kolagen tipe I, II, III, V, dan XI
Kolagen kolagen ini dikarakterisasi dengan kemampuannya untuk membentuk agregat supramolecular dengan karakteristik suprastruktur, dengan tipikal diameter quarter-staggered fibril-array diantara 25-400 nm (Gelse et al. 2003). Pada mikroskop electron, fibril didefenisikan sebagai pola banding dengan periodisitas sekitar 70 nm, berdasarkan susunan monomer kolagen individual (Gao et al. 2013)
Kolagen tipe I adalah tipe yang paling banyak dan tipe yang paling banyak di pelajarin. Kolagen tipe I membentuk lebih dari 90% dari struktur organic tulang dan merupakan kolagen utama dari tendon, kulit, ligamen, kornea dan jaringan konektif intersisial, dengan pengecualian beberapa jaringan seperti kartilago hialin, otak, dan badan vitreous. Triple Helix dari kolagen tipe I disusun oleh heterotrimer oleh dua rantai α-1 yang identic dan satu rantai α2. Fiber triple helix tersusun menjadi suatu komposit yang mengandung kolagen tipe III ( pada kulit dan jaringan reticular) atau kolagen tipe V ( pada tulang, tendon, kornea). Pada organ, khususnya tendon dan fascia, kolagen tipe I berperan dalam tensile stiffness, dan pada tulang berperan dalam biomekanisnya yang berhubungan dengan load bearing, tensile strength, dan torsional stiffness setelah proses kalsifikasi (Polewski et al. 2010).
Fibril forming kolagen tipe II didominasi oleh komponen kartilago hialin.
Akan tetapi, kolagen ini tidak spesifik terbatas pada kartilago, juga terdapat pada badan vitreous, epitelium kornea, notochord, nucleus pulposus, dan epithelial embrionik. Triple helix dari kolagen tipe II disusun oleh tiga rantai α1 yang membentuk molekul homotrimerik yang berukuran dan memiliki properti biomekanis yang sama dengan kolagen tipe I. Kolagen fibril pada kartilago mewakili heterofibril yang mengandung kolagen tipe II, juga tipe XI, dan IX, sehingga membatasi diameter fibril sekitar 15-50 nm. Dibandingkan dengan kolagen tipe I, rantai kolagen tipe II menunjukkan jumlah hydroxylysine yang lebih tinggi dan juga residu glucosyl dan galactosyl, yang memediasi interaksi dengan proteoglikan ( komponen dari matriks kartilago hialin.
Kolagen tipe III adalah homotrimer dari tiga rantai α 1 dan banyak terdapat pada jaringan yang mengandung kolagen tipe I, kecuali tulang. Kolagen ini merupakan komponen yang penting pada jaringan reticular pada jaringan intersisial dari paru paru, liver, dermis, limpa, dan pembuluh darah. Molekul homotrimerik ini juga berkontribusi dalam mixed fibril dengan kolagen tipe I dan banyak terdapat pada jaringan elastik.
Kolagen tipe V dan XI dibentuk oleh heterotrimer dari tiga rantai α yang berbeda, Kombinasi dari kolagen tipe V dan XI tampak pada berbagai jaringan.
Kolagen tipe V membentuk heterofibril dengan tipe I dan III dan berkontribusi dalam pembentukan matriks tulang organic, stroma kornea dan matriks intersisial dari otot, liver, paru paru, dan plasenta. Kolagen tipe XI banyak terdapat pada articular cartilage(Wallace et al. 2010; Gao et al. 2013).
2.7 Hubungan VEGF, Calcium Sulfat dalam Pembentukan Sel Osteoblas dan