Perpustakaan Digital ITB

Periodontitis menyebabkan kerusakan tulang alveolar di sekitar gigi oleh karena itu diperlukan perawatan komprehensif, yang memperbaiki kerusakan tulang dengan terapi regenerasi. Membran Guided Bone Regeneration (GBR) adalah salah satu material yang digunakan untuk memulihkan dan meregenerasi jaringan gigi fungsional melalui pendekatan inovatif, termasuk penggunaan membran dan molekul sinyal tertentu. Membran GBR harus memiliki sifat biokompatibilitas, osteoinduktif, dan osteogenik. Namun, kenyataannya membran yang umum digunakan yaitu kolagen masih memiliki kekurangan yaitu cepat terdegradasi dan tidak terkontrol, serta kekuatan mekanik rendah, sehingga menggunakan biomaterial lain yang berpotensi osteogenik. Potensi osteogenik inilah dijadikan alasan utama biosilika dipilih menjadi bahan dasar scaffold untuk tulang dan membran GBR. Spons merupakan hewan laut yang memiliki kelimpahan dalam jumlah besar di perairan. Salah satu kandungan dari spons adalah biosilika yang merupakan mineral penting untuk menginduksi proses mineralisasi sel –sel osteogenik. Spons yang akan digunakan adalah spesies Melophlus sarasinorum (MS) dan Xetospongia testudinaria (XT), karena memiliki kandungan biosilika tertinggi. Silika sebagai bahan dasar komponen pembentukan tulang berpotensi osteogenik, karena berperan sebagai substrat kalsium yang penting bagi proses mineralisasi tulang. Biosilika yang berasal dari spons tidak dapat digunakan secara mandiri dikarenakan sifat biokompatibilitas dan sifat mekanis yang kurang baik, sehingga dicampurkan dengan material lain yaitu Polycaprolactone (PCL) dan chitosan. PCL merupakan polimer yang biodegradabel, biokompatibel, dan memiliki sifat mekanis baik. PCL bersifat hidrofobik, sehingga sering dikombinasikan dengan polimer hidrofilik seperti chitosan untuk meningkatkan interaksi dengan sel dan jaringan. Campuran biomaterial antara Poly E-caprolactone (PCL) dan chitosan digunakan sebagai komposit yang berperan sebagai bahan osteokonduktif, biokompatibel, dan fleksibilitas tinggi bersama dengan biosilika. Sebanyak 2 spesies spons laut dari Sangihe, Sulawesi Utara, yaitu MS dan XT, dikarakterisasi fisik dan kimiawi,digunakan sebagai bahan utama penelitian, kemudian pada tahap akhir dipilih satu spesies spons yang dibuat menjadi membran GBR. Sel punca mesenkim diketahui memiliki potensi proliferasi yang luas dan kemampuan untuk berdiferensiasi dalam berbagai jenis sel. Sel punca yang digunakan adalah sel human Wharton’s Jelly-MSCs (hWJ-MSCs) yang berasal dari tali pusar bayi baru lahir dengan sectio caesarian. Ekstrak biosilika yang berasal dari spons ini kemudian digunakan sebagai biomaterial scaffold, scaffold dibuat dengan metode salt leaching dan freezedrying, serta diujikan dengan sel hWJMSC. Hasil fabrikasi scaffold kemudian dievaluasi untuk kemudian dikembangkan menjadi membran GBR. Adapun tahap penelitian mencakup dua kajian yaitu: 1. Pengujian potensi (biokompatibilitas) biosilika dari dua spesies spons dengan karakterisasi fisik, kimia dan biologis, kemudian dilakukan fabrikasi scaffold dengan metode salt leaching, 2. Pembuatan membran GBR berdasarkan hasil tahap penelitian awal. Sel punca yang digunakan dalam penelitian ini berasal dari tali pusat (Wharton's Jelly) yang diperoleh di Rumah Sakit Bersalin Bandung (RSKIA) Bandung, dan protokol penelitian ini disetujui oleh institusi yang sama (No. KE-FK-0342-EC-2021). Sampel kemudian dibersihkan dalam larutan yodium 10%. Kultur primer hWJ-MSCs dilakukan dengan metode enzimatik. Sampel tali pusat dipotong-potong dengan ukuran 3-5 cm, dan vena serta arteri dikeluarkan dari Wharton's Jelly. Bagian Wharton's Jelly dipotong-potong menjadi 1 cm x 1 mm, kemudian ditempatkan dalam cawan 100 mm dan diinkubasi pada suhu kamar untuk menempelkan jaringan. Sel hWJ-MSCs kemudian dikultur hingga pasase ke-5 dan dipanen. Sebanyak 5000 sel hWJMSC/sumur ditanam diatas scaffold biosilika, diinkubasi pada 37 °C, 5% CO2 dalam medium 100 ?m Dulbecco's modified eagle medium (DMEM). Sel hWJMSC dikultur selama 21 hari, dan pada hari ke 7, 14, 21 sampel diambil untuk diperiksa beberapa parameter uji. Uji kualitatif dan kuantitatif dilakukan meliputi uji biokompatibilitas, uji proliferasi dan uji toksisitas sel telah dilakukan. Uji kualitatif yaitu pewarnaan dengan Alizarine Red Staining, dan uji imunositokimiawi berupa marker osteogenesis diperiksa meliputi kolagen tipe 1, osteocalcin (OCN) dan osteopontin (OPN) masing masing pada hari ke 7, 14, dan 21. Penelitian tahap awal telah dilakukan dengan membuat 7 kombinasi scaffold dari 2 species tersebut yaitu Polycaprolactone (PCL), PCL+Si 33 (Si33), PCL+Si 50 (Si50), PCL+MS33 (MS33), PCL+MS50 (MS50), PCL+XT33 (XT33), dan PCL+XT50 (XT50). Dilanjutkan dengan uji karakteristik fisik dan kimiawi, yaitu uji SEM, uji FTIR, uji sudut kontak dan uji daya serap. Adapun tahap kedua penelitian yaitu pengembangan scaffold ke membran GBR, dimulai dengan fabrikasi membran menggunakan metode freeze-dry. Serbuk biosilika dilarutkan dalam asam asetat 2% (v/v) dengan perbandingan rasio 0,933 g serbuk biosilika: 1 ml asam asetat 2% (v/v) diaduk selama 24 jam. Larutan kitosan dibuat dengan melarutkan 4 w/t% kitosan pada larutan asam asetat 2% (v/v) kemudian diaduk selama 8 jam pada temperatur 60°C. Berikutnya, larutan kitosan dengan larutan biosilika dicampur dengan perbandingan 2:1 dan diaduk selama 30 menit, lalu dilakukan freeze drying selama 48 jam untuk memperoleh membran GBR. Penelitian tahap awal diperoleh hasil bahwa scaffold kelompok MS33 dan XT50 memiliki sifat biokompatibilitas yang lebih baik dibandingkan dengan scaffold kontrol (PCL, Si33 dan Si50), memiliki sifat karakteristik fisik (SEM, pori, sudut kontak) dan kimiawi (daya serap, FTIR, biodegradasi) lebih baik daripada scaffold X.testudinaria dan dapat dikembangkan menjadi membran GBR. Proliferasi sel meningkat hingga hari ke-14 untuk scaffold MS33 dan XT50, jika dibandingkan dengan scaffold PCL, namun mengalami penurunan jumlah sel pada scaffold Si33 dan scaffold Si50 pada hari ke-14 perlakuan. Gambaran struktur SEM scaffold biosilika yang menunjukkan kristal yang berbentuk jarum memanjang dengan tipe oxea, memungkinkan perlekatan sel pada scaffold yang memiliki luas permukaan yang lebih besar, bila dibandingkan dengan scaffold Si33 dan Si50 yang memiliki struktur kristal yang membulat dan luas permukaan yang lebih kecil. Scaffold MS50 dan XT50 menunjukkan proliferasi sel yang mengalami peningkatan yang signifikan di hari ke-14 dibandingkan dengan scaffold biosilika lainnya. Hasil ini menunjukkan bahwa scaffold XT50 tidak toksik dan mendukung proliferasi sel hWJ-MSC. Namun demikian, berdasarkan hasil biodegradasi dan bentuk fisik scaffold yang agak rapuh (fragile), dipilih M.sarasinorum yang akan digunakan untuk pengembangan ke guided membrane regeneration (GBR). Berdasarkan hasil karakteristik FACS, sel hWJ-MSCs menunjukkan penanda positif CD90, CD73, dan CD105 dengan rata-rata >90%, sementara untuk penanda negatif (Linnegatif) yang diperoleh sebanyak 0%. Hasil uji multipotensi, hWJ-MSCs dapat berdiferensiasi menjadi sel lini : adiposit, kondrosit, dan osteosit. Berdasarkan hasil investigasi kajian mengenai membran GBR ini dihasilkan bahwa : gambaran SEM menunjukkan bahwa sel hWJ-MSCs mengalami perlekatan dengan membran biosilika. Ukuran pori 50–250 ?m pada scaffold biosilika dengan kisaran ideal untuk osteogenesis (100-300 ?m), yang berkontribusi terhadap peningkatan penetrasi nutrien dan diferensiasi sel. Uji FTIR, didapatkan bahwa gugus Si-O-Si berperan penting dalam bioaktivitas permukaan yang mendukung adsorpsi protein dan perlekatan sel, sudut kontak yang diperoleh membran <900 yang menunjukkan bahwa membran dapat meningkatkan adhesi dan proliferasi sel, dan memfasilitasi osteogenesis antara lingkungan biologis dan material, hasil uji biodegradasi antar kelompok membran biosilika MS menunjukkan laju degradasi lebih baik hingga hari ke- 21 dibandingkan membran kontrol. Membran GBR mampu menginduksi proliferasi, mulai terlihat pada hari ke - 5 hingga hari ke - 14, proliferasi sel hWJ-MSC meningkat secara signifikan, peningkatan proliferasi kemungkinan disebabkan oleh ukuran pori yang sesuai untuk infiltrasi sel, serta sifat hidrofilik membran GBR yang ditunjukkan dari hasil uji sudut kontak (<900). Berdasarkan analisis dan karakterisasi dengan sifat mekanis, toksisitas, viabilitas, dan biodegradibilitas membran barrier, terlihat bahwa membran biosilika mendukung viabilitas, proliferasi dan diferensiasi sel hWJ-MSC diatas membran tanpa pemberian zat tumbuh lain, dan menginduksi sel hWJ-MSCs menjadi osteosit. Hasil uji kualitatif menunjukkan sel telah mengalami mineralisasi (deposit kalsium) dengan pewarnaan Alizarine, dan analisis imunositokimiawi yang dihasilkan juga sejalan yaitu ekspresi kolagen tipe 1 yang meningkat hingga hari ke-21, sementara ekspresi osteocalcin (OCN) mulai meningkat pada hari ke-14 hingga hari ke-21, dan OPN yang menunjukkan ekspresi paling kuat pada hari ke-21. Hasil studi kajian pertama menunjukkan bahwa scaffold biosilica bersifat biokompatibel dan mendukung pertumbuhan sel hWJ-MSCs. Di antara tujuh komposit scaffold, PCL+MS50 dan PCL+XT50 mendukung pertumbuhan sel hWJ-MSC. scaffold biosilika PCL+MS50 dan PCL+XT50 yang dibuat dari dua spesies spons, M. sarasinorum dan X. testudinaria adalah scaffold 3D yang menjanjikan untuk aplikasi potensial dalam rekayasa jaringan tulang. Hasil investigasi tahap kedua mengenai membran GBR ini dihasilkan bahwa membran GBR mampu menginduksi proliferasi, mulai terlihat pada hari ke - 5 hingga hari ke - 14, proliferasi sel hWJ-MSC meningkat secara signifikan, peningkatan proliferasi kemungkinan disebabkan oleh ukuran pori yang sesuai untuk infiltrasi sel, serta sifat hidrofilik membran GBR yang ditunjukkan dari hasil uji sudut kontak (<900). Hasil uji sudut kontak juga sejalan dengan hasil proliferasi sel, menunjukkan bahwa membran GBR bersifat hidrofil, yang menunjukkan bahwa membran biosilika dapat meningkatkan adhesi dan proliferasi sel, dan memfasilitasi osteogenesis antara lingkungan biologis dan material. Berdasarkan analisis dan karakterisasi dengan sifat mekanis, toksisitas, viabilitas, dan biodegradibilitas membran GBR, terlihat bahwa membran biosilika mendukung viabilitas, proliferasi dan diferensiasi sel hWJ-MSC diatas membran tanpa pemberian zat tumbuh lain, dan menginduksi sel hWJ-MSCs menjadi osteosit. Hasil analisis kualitatif diperkuat dengan hasil analisis imunositokimia menunjukkan bahwa membran GBR yang berasal dari biosilika M.sarasinorum bersifat osteogenik mendukung proses mineralisasi (deposit kalsium), dan berpendarnya fluoresense warna sebagai ekspresi protein marker kolagen tipe 1 (hijau), osteocalcin (merah), dan osteopontin (magenta), hal ini menandakan bahwa sel hWJ-MSCs yang ditumbuhkan diatas membran GBR biosilika dapat menginduksi proliferasi dan menginisiasi diferensiasi osteogenik.