Bayangkan sebuah lembaran tipis, hanya sekitar seratus mikrometer tebalnya, yang bisa ditanamkan di area tulang rahang yang rusak akibat periodontitis. Lembaran ini bukan sekadar penopang pasif. Ia melepaskan mineral kalsium secara terukur, menyambut sel-sel tulang untuk menempel, dan bertahan cukup lama hingga jaringan baru terbentuk — lalu luruh dengan sendirinya. Inilah yang dicoba diwujudkan oleh Dr. drg. Retno Ardhani, M.Sc. dari Departemen Biomedika Kedokteran Gigi Fakultas Kedokteran Gigi Universitas Gadjah Mada, bersama tim peneliti lintas institusi dari Indonesia dan Jerman, dalam riset yang dipublikasikan di International Journal of Polymer Analysis and Characterization pada tahun 2022. Riset ini menjawab pertanyaan mendasar: bagaimana cara mengendalikan sifat-sifat scaffold biologis secara presisi, menggunakan cahaya ultraviolet sebagai pemicunya?
Mengapa Scaffold Gelatin Saja Tidak Cukup
Dalam prosedur guided bone regeneration (GBR), yakni teknik regenerasi tulang terpandu yang digunakan pada kasus periodontitis parah, dokter gigi membutuhkan membran penghalang yang bisa mengarahkan pertumbuhan tulang baru sambil mencegah jaringan lunak mengisi celah lebih dulu. Gelatin, protein alami turunan kolagen, sudah lama digunakan sebagai bahan dasar scaffold karena mudah terurai secara biologis dan mendukung perlekatan sel. Namun gelatin punya kelemahan serius: ia terlalu cepat terdegradasi dan secara mekanis terlalu lemah untuk bertahan di lingkungan mulut yang dinamis.
Berbagai upaya modifikasi telah dilakukan sebelumnya, mulai dari pencampuran dengan polimer lain, penggunaan reaksi kimia carbodiimide, hingga penyinaran cahaya. Namun sebagian besar metode kimia konvensional membutuhkan dua komponen reaktif yang harus saling mendekati dan bereaksi, proses yang menjadi sangat lambat ketika material berada dalam kondisi kering dan padat. Di sinilah tim peneliti melihat celah yang selama ini belum dimanfaatkan.
Reaksi C,H-Insertion: Sinar UV Sebagai Perekat Molekuler
Strategi yang dipilih tim Dr. drg. Retno Ardhani, M.Sc. adalah memanfaatkan reaksi C,H-insertion, sebuah mekanisme kimia di mana gugus benzofenon yang terpapar sinar UV akan “menyisip” ke dalam ikatan C-H terdekat, membentuk ikatan kovalen baru tanpa memerlukan pasangan reaktif yang spesifik. Karena gelatin sebagai polipeptida mengandung banyak sekali ikatan C-H, ia menjadi substrat yang ideal.
Tim mensintesis serangkaian polimer fotoaktif yang diberi nama P(DMAA-n%MABP-OH), yakni kopolimer dari N,N-dimetilakrilamid (DMAA) dan 2-hidroksi-(4-metakriloksibenzofenon) dengan variasi kandungan benzofenon sebesar 1%, 5%, dan 10%. Polimer ini kemudian dilapiskan ke scaffold CHA/gelatin, yaitu komposit dari carbonated hydroxyapatite (CHA, mineral yang menyerupai komponen alami tulang) dan gelatin, dengan cara pencelupan singkat lalu penyinaran UV selama total 180 menit. Hasilnya, jaringan hidrogel PDMAA terbentuk dan sekaligus melekat secara kovalen ke scaffold, bukan sekadar menempel secara fisik.
Struktur kimia polimer dikonfirmasi menggunakan spektroskopi NMR, sedangkan reaktivitas benzofenon terhadap paparan UV dipantau dengan spektroskopi UV-Vis. Hasil pengamatan menunjukkan bahwa intensitas serapan benzofenon menurun seiring bertambahnya waktu penyinaran, mengonfirmasi bahwa reaksi fotokimia berlangsung dan ikatan C-C baru terbentuk.
Sifat yang Bisa Disetel, Bukan Sekadar Diperbaiki
Temuan paling menarik dari penelitian ini adalah kemampuan untuk menala sifat scaffold hanya dengan mengubah kandungan benzofenon dalam polimer fotoaktif. Semakin tinggi nilai n (kandungan MABP-OH), semakin rapat jaringan silang yang terbentuk, dan semakin besar perubahan sifat yang dihasilkan.
Dari sisi mekanis, scaffold yang dilapisi P(DMAA-10%MABP-OH) menunjukkan kekuatan tarik basah dan modulus elastisitas tertinggi dibanding kelompok lain, membuktikan peran kerapatan ikatan silang dalam meningkatkan ketahanan mekanis. Dari sisi degradasi, scaffold tanpa lapisan polimer habis terdegradasi setelah 72 jam dalam larutan PBS dan 24 jam dalam HCl 0,1 N. Sementara scaffold dengan lapisan P(DMAA-10%MABP-OH) bertahan hingga sekitar 1.536 jam, atau sekitar 64 hari, dalam kondisi asam yang mensimulasikan lingkungan peradangan.
Pelepasan ion kalsium (Ca²⁺) dari CHA, yang penting untuk merangsang proliferasi osteoblas dan pertumbuhan jaringan tulang, juga bisa dikendalikan. Scaffold berlapis polimer melepaskan Ca²⁺ secara lebih lambat dan teratur dibanding scaffold tanpa lapisan, memberi potensi untuk menyesuaikan kecepatan pelepasan mineral sesuai kebutuhan klinis.
“Kombinasi strategi ganda ini, di mana dalam satu langkah proses bagian dalam material dimodifikasi sekaligus permukaannya dilapisi, memungkinkan penalaan sifat scaffold sekaligus pengendalian pelepasan senyawa aktif.” — Retno Ardhani et al., International Journal of Polymer Analysis and Characterization, 2022
Indeks swelling, ukuran kemampuan scaffold menyerap cairan dan mengembang seperti lingkungan matriks ekstrasel, juga menunjukkan pola yang dapat dikendalikan. Scaffold dengan P(DMAA-5%MABP-OH) mencapai indeks swelling tertinggi, mendekati tujuh kali massa awalnya, dan secara mengejutkan justru menunjukkan adhesi sel terbaik, hampir dua kali lipat dibanding scaffold tanpa lapisan.
Sel Hidup, Sel Menempel: Uji Biokompatibilitas
Pertanyaan kritis dalam pengembangan material implan adalah apakah material tersebut aman bagi sel hidup. Tim menguji toksisitas menggunakan sel pericoronal gigi primer (sel yang melapisi mahkota gigi yang belum erupsi), yang diperoleh dari Departemen Ilmu Penyakit Mulut FKG UGM. Seluruh varian scaffold, baik yang dilapisi maupun tidak, menunjukkan viabilitas sel di atas 80%. Angka ini melampaui ambang batas keamanan yang ditetapkan oleh standar ISO 10993-5, sehingga seluruh material diklasifikasikan sebagai tidak bersifat sitotoksik.
Uji perlekatan sel menggunakan sel praosteoblas MC3T3E1 menunjukkan bahwa penambahan lapisan polimer fotoaktif meningkatkan adhesi sel pada scaffold. Scaffold dengan P(DMAA-5%MABP-OH) memberikan nilai adhesi sel tertinggi. Fenomena ini dikaitkan dengan kemampuan hidrogel yang mengembang untuk mencegah adsorpsi protein nonspesifik, sekaligus memfasilitasi interaksi spesifik antara sekuens peptida RGD dalam gelatin dan reseptor sel. Mineral CHA turut berkontribusi dengan menyediakan kalsium dan fosfor yang dibutuhkan sel tulang untuk tumbuh.
Riset ini membuktikan bahwa kombinasi CHA sebagai senyawa anorganik bioaktif, gelatin sebagai polimer alami yang mendukung perlekatan sel, dan PDMAA sebagai polimer sintetis yang bersifat biopassif, dapat menciptakan scaffold multifungsional yang menjanjikan untuk aplikasi GBR. Hasilnya bukan sekadar scaffold yang “lebih baik”, melainkan scaffold yang sifat-sifatnya bisa dirancang sejak awal sesuai kebutuhan, dengan cahaya sebagai alat kontrolnya.
Penulis: drg. Achmad Zam Zam Aghasy, M.Kes, Hazra Alifia Muharam
Photo: Freepik
Sumber DOI: https://doi.org/10.1080/1023666X.2022.2076012
