Dalam beberapa tahun terakhir banyak penelitian yang berfokus pada pembuatan dan rekayasa scaffold berbasis polimer. Scaffold menjadi alternatif yang cocok untuk memperbaiki atau meningkatkan fungsi jaringan yang rusak dengan bantuan rekayasa jaringan. Scaffold yang terbuat dari nanofiber polimer electrospun yang berpori pada skala nano, dapat mensimulasikan struktur kimia dan fisik matriks ekstraseluler (ECM) pada tubuh manusia. Penggunaan untuk rekayasa jaringan tulang diharapkan tidak hanya pada interaksi yang sesuai antara berbagai komponen serat, tetapi juga nanokomposit yang dihasilkan harus memiliki toksisitas minimal, aktivitas antibakteri tinggi, dan hidrofilisitas yang tinggi. Polycaprolactone (PCL), sebagai polimer yang sepenuhnya dapat terurai dan tidak toksik, merupakan salah satu kandidat yang sering digunakan untuk preparasi scaffold yang digunakan dalam rekayasa jaringan tulang.
Telah dilakukan penelitian Kim et al., terkait sifat mekanik scaffold hidroksiapatit berpori (HA) berlapis PCL dan pelepasan tetrasiklin hidroklorida dari scaffold untuk aplikasi dalam rekayasa jaringan tulang. Imobilisasi tetrasiklin hidroklorida pada scaffold komposit PCL/kitosan memiliki kekuatan mekanik tinggi dan pelepasan obat yang terkontrol, dapat meningkatkan kemampuan osifikasi dalam aplikasinya pada rekayasa jaringan. Namun, PCL memiliki kelemahan seperti hidrofilisitas dan kekuatan mekanik yang rendah, ketidakmampuan untuk berfungsi dengan baik dengan molekul obat, dan konduktivitas yang rendah, menyebabkan pembatasan penggunaannya dalam banyak aplikasi untuk rekayasa jaringan. Gelatin merupakan dibuat dengan cara menghidrolisis kolagen dalam jaringan ikat atau tulang hewan. Gelatin memiliki beberapa keunggulan seperti biodegradabilitas, lebih murah dibandingkan dengan polimer sintetik, kurang dalam pembentukan antigen, biokompatibilitas tinggi, mengembang (swelling) tinggi secara in vivo, migrasi sel, percepatan adesi, dan memiliki kemampuan pembentukan kompleks polielektrolit. Nanofibers yang terbuat dari gelatin, seperti serat kolagen, hemat biaya dan juga memiliki sifat biologis, serta dapat meningkatkan kinerja sistem kekebalan tubuh. Oleh karena itu, gelatin dikombinasikan dengan polimer sintetik seperti PCL dapat digunakan untuk mempertahankan bentuk dan struktur serat.
Pada sistem penghantaran obat, scaffold selain disiapkan untuk aplikasi dalam rekayasa jaringan dan juga diupayakan harus dapat meminimalkan efek samping yang terkait dengan obat-obatan. Alendronat (Ald) merupakan salah satu obat bisphosphonate, jika digunakan dalam dosis tinggi dapat menyebabkan efek samping iritasi pada saluran pencernaan bagian atas, sehingga sangat membatasi penggunaannya dalam pemberian obat. Ald umumnya digunakan dalam pengobatan penyakit seperti osteoporosis, Paget檚 disease serta hiperkalsemia keganasan. Hasil penelitian sebelumnya menunjukkan bahwa Ald dapat meningkatkan sel punca mesenkim (MSC) dan osteogenesis osteoblas. Ald menghambat aktivitas osteoklas melalui supresi farnesyl diphosphate synthase, menyebabkan garam kalsium tetap berada di dalam tulang dan mengurangi proses osteoporosis. Ald dapat merangsang diferensiasi osteoblas dan proliferasi dalam MSC yang berasal dari sumsum tulang manusia.
Oleh karena itu, peneliti ingin membuktikan bahwa saffold nanofibrous yang dibuat dari polikaprolakton (PCL), gelatin (Gel) dan nanopartikel oksida graphene termodifikasi (GO NPs) untuk penggunaannya dalam rekayasa jaringan tulang, serta mengatur pelepasan alendronat (Ald).
Alendronat (Ald) sebagai salah satu obat bifosfonat, diimobilisasi secara kovalen (Gel/PCL-GO-Ald.) dan non-kovalen (Gel/PCL-GO*Ald.) pada permukaan GO yang termodifikasi. GO NPs yang dimodifikasi dikarakterisasi menggunakan analisa FTIR, XRD, XPS, FESEM, TEM, dan HRTEM. Penggabungan GO dalam scaffold nanofibrous meningkatkan konduktivitas elektrik, swellability, dan kekuatan mekanik serat. Sistem pelepasan obat alendronate dianalisa secara in vitro pada kedua kombinasi dan dianalisa berdasarkan uji kolorimetri. Gel/PCL-GO-Ald nanofibers hibrida menunjukkan biokompatibilitas yang baik pada penggunaan sel-sel osteosarkoma manusia, dan tidak memiliki toksisitas seluler selama diamati.
Kultur sel diamati menggunakan FESEM, XRD (sebelum dan sesudah kultur sel), dan dianalisis secara fluoresensi. Sel-sel yang tumbuh pada scaffold menunjukkan morfologi seperti spindel (spindle-like) dan luas, serta menutupi hampir seluruh permukaan berserat. Scaffold menunjukkan aktivitas antibakteri terhadap strain bakteri E. Coli dan S. aureus. Toksisitas dan biokompatibilitas scaffold dianalisis dengan menggunakan metode MTT. Serat nano Gel/PCL-GO menunjukkan sebagai kandidat yang menjanjikan untuk digunakan dalam rekayasa jaringan. Obat alendronat menunjukkan toksisitas minimal dengan pelepasan terkontrol dari scaffold. GO dan alendronat meningkatkan hidrofilisitas dan kekuatan mekanik scaffold. Scaffold dapat menghambat pertumbuhan bakteri secara bersamaan dengan viabilitas sel.
Penulis: Hendrik Setia Budi, Wanich Suksatan, Alla Davidyants, Mohammad Rudiansyah, Mohammad Javed Ansari, Mohammed Q. Sultan, Abduladheem Turki Jalil, Milad Kazemnejadi.
Informasi detail dari riset ini dapat dilihat pada tulisan kami di:
Alendronate reinforced polycaprolactone-gelatin-graphene oxide: A promising nanofibrous scaffolds with controlled drug release. Materials Today Communications. Volume 32, August 2022, 104108.
