Polimetilmetakrilat (PMMA) telah lama digunakan sebagai bahan implan dalam traumatologi dan bedah ortopedi Hidroksiapatit (HA) merupakan mineral kalsium fosfat anorganik utama yang memiliki osteokonduksi, bioaktivitas, dan biokompatibilitas yang baik karena kemiripan komposisi HA dengan gigi dan tulang1. Sifat HA ini digunakan untuk melengkapi kekurangan PMMA sehingga dapat menjadi campuran polimetilmetraakrilat hidroksiapatit (PMMA-HA). Beberapa olahan yang mengandung HA adalah Good Manufacturing Practice yang dikenal dengan HAGMP dan HA yang dapat dibuat dari sumber daya alam (SDA), salah satunya adalah batu kapur.
Peran utama osteoblas dalam pembentukan tulang adalah mengekspresikan kemokin, prostaglandin, dan faktor pertumbuhan [misalnya, BMP, TGF-尾, faktor perangsang koloni-1 (CSF-1), faktor perangsang koloni granulosit (GCSF), pertumbuhan fibroblas dasar. faktor (FGF dasar), dan faktor pertumbuhan seperti insulin (IGF)] secara autokrin dan parakrin yang mengatur sel osteogenik dan osteoklastik2. BMP-2 mampu memicu diferensiasi sel induk mesenkim menjadi osteoblas. BMP-2 termasuk dalam superfamili TGF-尾 yang terlibat dalam berbagai fungsi seluler mulai dari embriogenesis dan perkembangan hingga penyembuhan tulang3.
Perbaikan Jaringan
Selain itu, FGF berperan penting dalam perbaikan jaringan, regenerasi dan pembentukan tulang. FGF-2 menginduksi aktivitas angiogenik dan proliferasi sel mesenkim yang tidak berdiferensiasi. Pada tahun 2001, FGF-2 pertama kali digunakan sebagai obat tukak dekubitus di Jepang6. Berdasarkan uraian di atas, peneliti ingin melakukan penelitian menggunakan Polymethylmethacrylate (PMMA) dengan Hydroxyapatite (HA) yang ditanamkan pada tikus wistar jantan dengan melihat ekspresi BMP-2 dan FGF-2 untuk mendeteksi proses osteointegrasi tulang secara in vitro.
Pengamatan kuantitatif ekspresi BMP-2 dan FGF-2 oleh sel osteoblas yang dipapar PMMA-HAPBBK dan PMMA-HAPGMP dilihat dari rata-rata pendaran warna terang (representasi warna coklat atau pewarnaan DAB) pada seluruh area foto dengan hasil nilai satuan (au) yang berubah-ubah. Nilai au menunjukkan ekspresi yang sedang dilihat. Nilai au yang lebih tinggi menunjukkan lebih banyak ekspresi BMP-2 dan FGF-2 pada sel osteoblas setelah diberikan sampel PMMA-HAPBBK dan PMMA-HAGMP, sedangkan nilai au yang lebih rendah menunjukkan bahwa ekspresi BMP-2 dan FGF-2 pada sel osteoblas lebih sedikit. setelah sampel PMMA-HAPBBK dan PMMA-HAGMP diberikan. Oleh karena itu, ekspresi secara tidak langsung menunjukkan peningkatan potensi osseointegrasi.
Polimetilmetakrilat
Polimetilmetakrilat (PMMA) merupakan polimer kaku yang memiliki biokompatibilitas dan sifat mekanik yang baik, namun bioaktivitasnya buruk dalam berikatan dengan tulang. Hidroksiapatit (HA) merupakan material gold standard yang telah banyak digunakan sebagai campuran biomaterial karena sifat non-toksik, non-inflamasi, biokompatibilitas, dan bioaktivitasnya4. HA adalah biokeramik berpori yang memungkinkan pertumbuhan kapiler dan pembuluh darah. Pori-pori pendukung besar perancah HA menstimulasi osteogenesis karena vaskularisasi yang lebih baik dan permeabilitas oksigen yang tinggi5.
Kontak antara tulang dan permukaan implan, yang dikenal dengan osseointegrasi, merupakan faktor penting dalam keberhasilan penempatan implan. Osseointegrasi mengacu pada penyatuan tulang dengan permukaan implan dimana tidak ada pergerakan antara implan dan tulang. Biokompatibilitas permukaan implan merupakan faktor penting dalam proses integrasi6. Penggunaan hidroksiapatit menunjukkan osseointegrasi antara tulang dan implan lebih besar dibandingkan tanpa hidroksiapatit. Hidroksiapatit yang bersifat konduktif menyebabkan morfogenisitas sel osteogenik menjadi kondusif, serta mempercepat pembentukan dan pematangan tulang7.
Bahan PMMA-HA ini akan merangsang sel osteoblas melepaskan BMP-2 yang berfungsi mengubah sel Mesenchymal Stem Cell (MSC) menjadi osteoblas matang. Osteoblas melepaskan BMP-2 dan berikatan dengan reseptor BMP untuk mengirimkan sinyal melalui jalur Smad. Smad1/5/8 beserta Smad4 yang diaktifkan. Aktivasi Smad mengatur faktor transkripsi Faktor transkripsi terkait runt 2 (RUNX2), mengaktifkan Osterix (OSX) yang menyebabkan peningkatan ekspresi protein spesifik osteoblas seperti BMP-2 dan FGF-2. Ekspresi ini akan meningkatkan proliferasi dan diferensiasi osteoblas yang menyebabkan osteogenesis lebih baik dan mendukung proses osseointegrasi8.
Ekspresi BMP-2 dan FGF-2
Kehadiran BMP-2 akan mempercepat penyembuhan tulang, meningkatkan mineralisasi, remodeling dan kekakuan biomekanik9. Sekresi BMP-2 selama 4 hari pertama tidak cukup untuk menginduksi diferensiasi MSC. Pada hari ke 5-6 ekspresi BMP-2 baru sudah cukup untuk memicu diferensiasi MSC dan memicu pembentukan tulang dan ekspresi ini akan mencapai puncaknya pada hari ke 2112. BMP-2 merupakan kunci diferensiasi sel osteoblas10. Hal ini sesuai dengan hasil penelitian penelitian ini dimana terjadi peningkatan nilai ekspresi BMP-2 pada hari ke 7 sampai ke 14 pada kelompok kontrol, disusul dengan peningkatan nilai yang signifikan antara kelompok kontrol dengan kelompok PMMA-HAPBBK dan PMMA-HAPGMP.
FGF-2 merupakan pemain utama dalam perkembangan tulang, pembentukan tulang, dan perbaikan patah tulang15. FGF-2 mempercepat proliferasi sel fibroblas, meningkatkan angiogenesis, meningkatkan ekspresi BMP-2 dan merupakan penanda diferensiasi osteoblas yang berarti peningkatan deposit tulang11. Aktivasi jalur MAPK (Mitogen-activated protein kinase), sebagai respons terhadap sinyal FGF-2, adalah kunci dalam menentukan aktivitas RUNX2, sebuah faktor transkripsi utama dalam pembentukan tulang. FGF-2 meningkatkan proliferasi dan diferensiasi osteoblas, melalui aktivasi jalur ERK1/2 (Extraseluler signal- regulated kinase) dan peran penting jalur ini telah diidentifikasi dalam diferensiasi osteoblas15. FGF2 pada saat pelepasan berkelanjutan hingga 21 hari17. Temuan ini sejalan dengan hasil penelitian ini dimana pada hari ke 7 dan 14 terjadi peningkatan nilai ekspresi FGF-2 baik pada PMMA-HAPBBK maupun PMMA-HAPGMP kelompok dibandingkan dengan kelompok kontrol.
Peningkatan Ca2+ mendukung fosforilasi jalur SMAD yang berfungsi menginduksi ekspresi BMP-2 secara langsung. Ion Ca2+ dan BMP-2 bekerja sama dalam proses berkelanjutan pembentukan tulang autokrin dan parakrin. Peningkatan Ca2+ juga meningkatkan ekspresi FGF-2. FGF-2 bertanggung jawab atas translokasi nuklir yang diinduksi BMP dan akumulasi RUNX2 serta fosforilasi jalur SMAD 1/5/81112. Hal ini menjelaskan bahwa ekspresi BMP-2 dan FGF-2 lebih tinggi pada PMMA-HA (GMP) jika dibandingkan dengan PMMA-HA (BBK).
Berdasarkan hasil penelitian ditemukan bahwa ekspresi penanda BMP-2 dan FGF-2 meningkat pada sel osteoblas yang dipapar PMMA-HAPBBK dan PMMA-HAPGMP. Peningkatan ekspresi penanda tersebut menunjukkan adanya potensi peningkatan osseointegrasi oleh bahan PMMA-HAPBBK dan PMMA-HAPGMP. Dengan demikian, kedua material ini dapat dikembangkan lebih lanjut sebagai kandidat implan.
Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut mengenai penambahan bahan lain dan dosis PMMA-HA (GMP) dan PMMA-HA (BBK) yang optimal agar penerapan klinisnya dapat maksimal diterapkan sebagai bahan alternatif implan pada manusia.
Penulis: Prof Dr Chiquita Prahasanti Sdrg SpPerio
Informasi detail artikel:
