Cedera ligamen anterior cruciate atau ACL merupakan salah satu cedera paling sering dialami, terutama pada atlet olahraga yang melibatkan gerakan mendadak seperti lompatan, perubahan arah, atau benturan langsung. Peran ACL sangat vital dalam menjaga kestabilan sendi lutut. Ketika ligamen ini putus, pasien sering mengalami rasa nyeri, instabilitas, hingga keterbatasan gerak yang berpengaruh terhadap kualitas hidup. Metode rekonstruksi ligamen hingga kini masih menjadi tantangan, sebab penggunaan cangkok jaringan alami memiliki keterbatasan, antara lain ketersediaan donor, risiko penolakan, dan proses pemulihan yang panjang.
Dalam dekade terakhir, penelitian berfokus pada pengembangan scaffold berbasis polimer biokompatibel sebagai pengganti jaringan ligamen. Dua bahan yang banyak digunakan adalah polylactic acid (PLA) dan polycaprolactone (PCL). Keduanya memiliki keunggulan dari sisi biodegradabilitas, kemampuan diproses dengan teknik 3D printing, serta sifat mekanik yang dapat disesuaikan dengan kebutuhan. PLA lebih kaku dan memiliki kekuatan mekanik tinggi, sedangkan PCL lebih elastis dengan degradasi yang lebih lambat. Kombinasi keduanya membuka peluang untuk merancang scaffold yang meniru struktur dan fungsi ligamen alami.
Salah satu aspek penting dalam pengembangan scaffold adalah arah serat (fiber orientation) pada permukaan dan bagian dalam struktur cetakan. Ligamen asli tersusun atas berkas kolagen dengan arah orientasi tertentu yang memungkinkan ligamen menahan beban tarik dari berbagai arah. Dengan meniru orientasi serat tersebut, diharapkan scaffold hasil cetak 3D dapat mendukung regenerasi jaringan dan memberikan respons mekanik yang lebih alami.
Dengan teknik 3D printing berbasis fused deposition modeling (FDM), arah serat dapat diatur secara presisi sesuai rancangan digital. Berbagai variasi arah serat mulai dari arah 0 derajad, 45 derajad dan 90 derajad telah dibuat. Hasilnya mengungkapkan bahwa bahan sacffold PLA menunjukkan nilai Ultimate Tensile Strength (UTS) dan modulus elastis yang dihasilkannya masih di bawah nilai ACL asli. Uji sudut kontak menunjukkan bahwa bahan PLA dan PCL dapat disesuaikan untuk rekonstruksi ACL karena sifat hidrofiliknya. Selain itu, semua sampel PLA-PCL dapat terdegradasi dalam waktu 6 bulan. Singkatnya, hasil karakterisasi mengungkapkan bahwa semua sampel telah memenuhi kriteria untuk rekonstruksi ACL kecuali untuk kekuatan mekanik. Orientasi serat secara signifikan mempengaruhi uji tarik, dengan serat ke arah yang sama menunjukkan peningkatan daya dukung beban, sedangkan orientasi serat arbitrer menghasilkan kekuatan tarik yang lebih lemah. Sementara itu, uji sudut kontak dan degradasi terutama ditentukan oleh pemilihan material.
Variasi arah serat juga mempengaruhi interaksi biologis. Permukaan dengan pola teratur dapat mengarahkan orientasi sel fibroblas dan sel punca mesenkimal, sehingga mereka tumbuh mengikuti arah serat. Fenomena ini dikenal sebagai contact guidance, yakni mekanisme di mana sel merespons topografi permukaan untuk menentukan arah migrasi dan diferensiasi. Dengan demikian, scaffold dengan orientasi serat yang tepat bukan hanya berfungsi sebagai penopang mekanik, tetapi juga sebagai pemandu regenerasi jaringan baru.
Dalam konteks rekonstruksi ACL, pemilihan arah serat menjadi kunci untuk mendapatkan scaffold yang memiliki kombinasi optimal antara kekuatan tarik, fleksibilitas, dan bioaktivitas. PLA dapat memberikan kontribusi kekakuan awal, sementara PCL menjaga elastisitas serta degradasi yang lebih lama agar scaffold tetap mendukung selama proses penyembuhan. Kombinasi keduanya, dipadu dengan desain arah serat yang biomimetik, menawarkan solusi baru yang lebih mendekati fungsi ligamen alami.
Dengan memanfaatkan kombinasi material PLA dan PCL serta pengaturan variasi arah serat, penelitian ini membuka jalan menuju scaffold yang lebih fungsional untuk setiap pasien. Inovasi ini tidak hanya berpotensi meningkatkan keberhasilan rekonstruksi ACL, tetapi juga mempercepat pemulihan pasien, mengurangi risiko komplikasi, serta menghadirkan paradigma baru dalam bidang rekayasa jaringan ortopedi.
Informasi selengkapnya dapat dibaca pada artikel di bawah ini.
Etik Wahyuni, Dyah Hikmawati, Sofijan Hadi, and Aminatun, 2025, Variation of Fiber Directions on the Surface of 3D-Printed Polylactic Acid and Polycaprolactone Based Scaffold for Anterior Cruciate Ligament Reconstruction, AIP Conf. Proc. 3346, 040006 (2025)
