Osteoporosis penyebab utama fraktur tulang, yang menurut World Health Organization (WHO) menyerang sekitar 1 dari 3 wanita kelompok usia di atas 45 tahun ditandai dengan adanya kerusakan mikroarsitektur tulang dan penurunan massa tulang yang prevalensinya meningkat seiring pertambahan usia. Salah satu metode penanganan fraktur adalah dengan perbaikan tulang melalui penggunaan bone graft, baik autograft, allograft, maupun xenograft. Namun, metode ini menghadapi sejumlah tantangan, seperti risiko infeksi, keterbatasan ketersediaan tulang, reaksi imun, hingga potensi penularan penyakit sehingga dikembangkan penggunaan scaffold sebagai perancah regenerasi jaringan tulang.
Scaffold adalah biomaterial tiga dimensi yang berfungsi sebagai kerangka tempat sel melekat, bertumbuh, berdiferensiasi, dan berproliferasi untuk membentuk jaringan baru. Scaffold yang ideal harus memiliki porositas tinggi, interkoneksi antar pori, biokompatibilitas, kemampuan biodegradasi, dengan sifat mekanik yang mendekati karakteristik tulang alami. Scaffold tulang yang optimal membutuhkan kekuatan tekan sebesar 100“230 MPa, Modulus Young 7“30 GPa, kekuatan tarik 50“151 MPa, serta porositas 60“90% dengan ukuran pori di atas 150 µm.
Pembuatan scaffold kini dapat dilakukan menggunakan teknik 3D printing. Metode Fused Deposition Modelling (FDM) menjadi salah satu teknik yang paling banyak digunakan karena kemudahannya, dimana filamen termoplastik, seperti Polylactic Acid (PLA), diekstrusi lapis demi lapis. Biopolimer alami PLA yang bersifat biodegradable, umum digunakan dalam aplikasi biomedis seperti jahitan, sekrup fiksasi, hingga drug delivery system. Pengembangan scaffold 3D printing, dengan menambahkan Injectable Bone Substitute (IBS) berbentuk pasta sebagai bahan pengisi scaffold dan penambahan obat alendronate, berfungsi mempercepat regenerasi jaringan tulang dan mendukung drug delivery. Alendronate pada IBS mampu meningkatkan afinitas terhadap kalsium, memperkuat ikatan antar bahan pembentuk IBS, dan membantu menghambat aktivitas osteoklas. Scaffold PLA dengan desain hexagonal variasi pori 600 µm, 800 µm, 1000 µm, dan 1200 µm berhasil dilakukan. Scaffold 3D printing ditambahkan pasta IBS dengan komposisi hidroksiapatit (HA) dan gelatin sebesar 45:55 (w/w), dengan HPMC 2% sebagai pengikat dan alendronate sebesar 10% dari massa total HA dan dilakukan serangkaian uji kinerja fisik, kimia, dan mekaniknya.
Hasil cetak scaffold 3D Printing dengan pori berbentuk hexagonal dengan hasilcukup akurat. Injeksi IBS mengurangi ukuran pori akibat terisinya ruang kosong oleh pasta. Kuat tarik dari scaffold menunjukkan hasil kuat tarik yang semakin kecil pada ukuran pori yang makin besar dan penambahan IBS berpengaruh pada peningkatan kuat tarik pada seluruh ukuran pori dengan kuat tarik memenuhi kisaran trabecular bone (2-12 MPa). Penambahan pasta IBS meningkatkan nilai elongation dan modulus elastisitasnya pada setiap variasi pori, namun semakin besar pori nilai elongation dan modulus elastisitasnya makin menurun. Penambahan pasta IBS meningkatkan kuat tekan karena pasta mengisi ruang kosong dalam scaffold. Nilai kuat tekan scaffold berpasta IBS berada dalam rentang kuat tekan tulang kortikal (100“230 MPa). Nilai porositas scaffold dengan pori 600 μm mendekati tulang kortikal (5“15%), sedangkan pori 800“1200 μm sesuai dengan tulang trabekular (40“95%). Pengujian degradasi untuk mengetahui kestabilan scaffold berpasta IBS dalam larutan SBF (pH 7,4) pada suhu ruang dengan penggantian larutan setiap minggu selama 4 minggu, diperoleh persentase degradasi tertinggi dicapai oleh scaffold berpori 1200 μm sebesar 25% yang berarti pasta IBS dengan alendronat terdegradasi dan bertahan 4 minggu menyisakan 75% pasta. Secara keseluruhan, karakterisasi Scaffold 3D printing desain pori hexagonal berpasta IBS hidroksiapatit-gelatin dengan penambahan alendronat berpotensi sebagai kandidat material untuk aplikasi rekayasa jaringan tulang sekaligus drug delivery.
Penulis: Dyah Hikmawati, S.Si., M.Si.
Informasi selengkapnya dapat dibaca pada artikel di bawah ini.
Nabila Safitri; Dyah Hikmawati* ; Aniek Setiya Budiatin, 2025, The effect of pore size design of polylactic acid scaffold with hexagonal geometry using the 3D printing method, AIP Conf. Proc. 3346, 040004 (2025)
Link
