Penggunaan implan untuk regenerasi tulang masih menjadi daya tarik di kedokteran gigi. Kebanyakan pasien yang membutuhkan restorasi gigi menggunakan implant, memiliki tulang yang lebih tipis dan lebih pendek karena hilangnya gigi, penyakit degeneratif, atau kecelakaan. Begitu juga pasien dengan tulang yang cukup, masih diperlukan pertimbangan cara untuk menghentikan hilangnya tulang setelah operasi.
Meskipun penggunaan klinis biomaterial untuk regenerasi tulang rahang telah berkembang pesat, namun cara yang paling efektif yaitu dengan melakukan pengisian defek lubang pada tulang, di mana masih ada dinding jaringan mineralisasi untuk mendukung perbaikan tulang. Perbaikan tulang vertikal sulit dilakukan di klinik dan kadang-kadang terjadi kesalahan. Jaringan tulang membutuhkan perencanaan yang komplek untuk memulihkan struktur dan fungsinya mengikuti cara kerja biologis dan mekanisnya.
Tulang memiliki desain yang sederhana dan harus stabil meskipun merupakan jaringan hidup. Sel osteoklas terus-menerus akan meresorbsi tulang, dan osteoblas akan membangun kembali. Secara umum upaya pemperbaiki permasalahan utama tulang masih rumit, namun pada defek/ trauma tulang yang kecil, jaringan tulang dapat sembuh dan normal kembali. Penyembuhan tulang adalah proses yang disebut signaling cascade yang melibatkan sel-sel yang melepaskan sitokin, faktor pertumbuhan, dan mediator inflamasi di tempat kerusakan. Mediator kimia ini akan menarik sel induk terdekat untuk berpindah ke area defek, lalu merangsang pertumbuhan dan mengubahnya menjadi osteoblas.
Ketika tubuh tidak dapat sepenuhnya memulihkan jaringan yang rusak, scaffold fungsional bioaktif dapat digunakan untuk membantu perbaikan tulang. Defek tulang di kedokteran gigi merupakan kerusakan pada maxillofacial yang umum terjadi, mengakibatkan disfungsi mandibular yang berakibat menjadi beban psikologis yang besar bagi pasien.
Mengingat kontaminasi dari rongga mulut merupakan kejadian rutin dan restorasi estetika struktur wajah, perawatan klinis saat ini terbatas dan tidak mampu membangun kembali integritas struktural dan regenerasi, sehingga mendorong kebutuhan untuk rekayasa jaringan tulang gigi dengan biaya hemat.
Penggunaan klinis scaffold bioaktif untuk perbaikan tulang vertikal wajah masih menghadapi beberapa tantangan. Agar dapat bekerja dengan baik, scaffold harus memiliki sifat sebagai osteoinduksi dan osteokonduksi. Osteoinduksi melepaskan molekul bioaktif secara perlahan yang merangsang sel induk mesenkim untuk berdiferensiasi dan menyimpan matriks tulang yang termineralisasi.
Osteokonduksi akan mendukung pembentukan sel tulang dan mencegah pertumbuhan pembuluh darah baru, menyediakan nutrisi untuk lingkungan mikro yang unik. Selain itu, struktur osteon yang dikontrol secara tepat pada tulang alami menunjukkan bahwa jumlah, jenis, dan jarak sel sangat penting dalam merancang dan memproduksi scaffold.
Pada awal 1990-an, rekayasa jaringan berbasis scaffold digadang untuk mengatasi permasalahan bahwa sel-sel yang disuntikkan atau diaplikasikan langsung ke area defek untuk terapi berbasis sel tidak dapat bekerja dengan baik karena sel tidak tetap di tempat luka. Oleh karena itu dikembangkan scaffold dari biomaterial 3 dimensi (3D) untuk mendukung lingkungan pertumbuhan sel.
Pada awal penggunaan, autograft tulang dianggap sebagai cara terbaik untuk mengobati regenerasi tulang, tetapi kegunaannya terbatas dikarenakan sulit untuk didapat dan menyebabkan defek lain pada lokasi donor. Sebagai alternatif adalah allograft yang mudah diperoleh dan digunakan, tetapi dapat menyebabkan peradangan sebagai respon biomaterial asing. Pengembangan graft tulang sintetis akhir-akhir ini telah menjadi daya tarik untuk dapat mengembalikan dan memperbaiki jaringan tulang.
Hidrogel dapat membantu pembentukan kembali tulang dalam beberapa cara. Biomaterial ini adalah sebagai tempat di mana sel-sel dapat tumbuh sendiri. Mereka terdiri dari rantai hidrofil yang saling terhubung dalam jaringan polimer yang memberikan kekuatan. Kebanyakan hidrogel tidak larut dalam air dan dapat menyerap air atau cairan organik sebelum perlahan-lahan terdegradasi. Ikatan silang secara fisik atau kimia, akan menjaga struktur hidrogel stabil dalam air.
Sistem hidrogel memiliki keunggulan besar untuk rekonstruksi jaringan tulang gigi dengan melibatkan sel dan faktor bioaktif yang tepat. Hasil yang ditunjukkan pada ulasan ini bahwa hidrogel pada umumnya digunakan bersama-sama untuk meningkatkan sifat masing-masing biomaterial.
Secara in vitro dan in vivo, studi tentang scaffold berbasis hidrogel untuk regenerasi tulang menunjukkan hasil yang menjanjikan dalam diferensiasi osteoblastik dengan scaffold yang berbeda secara komposisi dan bentuk, teknologi, biofungsional, dan dapat memberikan sinyal pada molekul untuk mendorong diferensiasi sel. Terlepas dari semua itu penelitian dan publikasi ilmiah berdampak tinggi, masih diperlukan beberapa pandangan yang harus diatasi sebelum biomaterial berbasis hidrogel dapat digunakan sebagai augmentasi tulang vertikal di klinik.
Sistem hidrogel yang representatif mewakili beberapa material baru yang muncul akibat kebutuhan mendesak di bidang kedokteran gigi khususnya rekonstruksi tulang untuk meningkatkan kapasitas regeneratif dan pemulihan fungsional. Pemahaman secara komprehensif tentang regenerasi tulang maksilofasial dan strategi desain hidrogel sangat penting untuk mengembangkan strategi terapi inovatif dengan efikasi yang lebih baik. Seperti yang ditunjukkan bahwa hidrogel mampu mempercepat pembentukan tulang, serta adanya sinkronisasi antara biodegradasi dan pertumbuhan tulang baru.
Autologous sel punca gigi merupakan hal yang menjanjikan untuk sistem hidrogel karena kemudahan aksesibilitas dan pemeliharaan. Hidrogel yang ideal diharapkan memiliki peningkatan sifat mekanik, kemampuan antibakteri, dalam bentuk suntikan melalui intervensi bedah invasif minimal, atau terutama yang dapat diprogram dan dicetak secara 3D agar sesuai dengan defek tulang maksilofasial dalam berbagai penyebab.
Penulis: Prof. Dr. Hendrik Setia Budi, drg., M.Kes.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
Budi HS, Jameel Al-azzawi MF, Al-Dolaimy F, Alahmari MM, Abullais SS, Ebrahimi S, et al. Injectable and 3D-printed hydrogels: State-of-the-art platform for bone regeneration in dentistry. Inorg Chem Commun. 2024 Mar 1;161:112026
