BIOMATERIAL HIDROKSIAPATIT

1.1       Biomaterial

Biomaterial Secara umum biomaterial diartikan sebagai material yang ditanam di dalam tubuh manusia untuk mengganti jaringan organ tubuh yang terserang penyakit, rusak atau cacat (Widyastuti, 2009).

Sedangkan menurut Larsson et al (2007), biomaterial adalah suatu material dengan sifat baru yang digunakan sebagai perangkat medis dan mampu berinteraksi dengan sistem biologis. Biomaterial merupakan bidang dengan berbagai disiplin ilmu yang membutuhkan pengetahuan dan pemahaman mendasar dari sifat-sifat material secara umum dan interaksi material dengan lingkungan biologis. Biomaterial alami yaitu; allograft (tulang manusia), xenograft (tulang sapi), dan autograft (tulang dari pasien yang sama) (Dewi, 2009). Menurut Ylien (2006), biomaterial diklasfikasikan ke dalam 4 kelompok kimia antara lain polimer, komposit, logam, dan keramik. Sementara menurut Lobo and Arinzeh (2010), biomaterial diklasifikasikan ke dalam 3 kelompok dalam penggunaanya antara lain biokompabiliti, bionert, dan bioaktif. Biokompabiliti merupakan material yang dapat bertahan tanpa memberikan efek atau kerusakan pada jaringan tubuh (stainless steel), Bioinert merupakan 7 material yang mempunyai lapisan oksida pada permukaan (alumunium zirkonium, titanium, dan material karbon), dan Bioaktif yaitu ketika terdapat ikatan langsung secara biokimia dan biologi. Biomaterial dengan tulang induk melalui pembentuk suatu lapisan apatit pada permukaan biomaterial (keramik kalsium fosfat dan keramik gelas).

1.2       BioKeramik

            Biokeramik Biokeramik adalah keramik yang secara khusus dimanfaatkan untuk memperbaiki dan merekoinstruksi bagian tubuh yang terkena penyakit atau cacat. Menurut Herliansyah dkk (2010), biokeramik merupakan salah satu jenis bahan keramik yang baik sebagai produk yang digunakan dalam kedokteran dan industri, terutama sebagai implant ataupun organ pengganti. Biokeramik memiliki sifat biokompabilitas, stabilitas kimia, ketahanan aus yang tinggi dan memiliki komposisi yang sama dengan bentuk mineral dari jaringan keras dalam tubuh (tulang dan gigi). Berdasarkan adaptasinya biokeramik dibedakan menjadi empat, yaitu; Biokeramik bionert, biokeramik terserap ulang, biokeramik bioaktif, dan biokeramik berpori. Biokeramik bionert biokeramik yang tebal daerah permukaan yang rendah dan antar permukaan biokeramik dengan tebal daerah permukaan tidak terikat secara kimia maupun biologis sehingga sistem pelekatan biasanya hanya secara mekanis. Pada lapisan permukaan akan terbentuk suatu kapsul berserat yang tidak terikat secara baik pada jaringan keras maupun jaringan lunak (alumina dan zirkonia). Biokeramik terserap ulang dirancang untuk resorbsi secara berlahan dalam jangka waktu tertentu secara 8 bersamaan akan digantikan oleh jaringan alamiah baru dengan lapisan antara permukaan yang sangat tipis menstimulas tulang untuk tumbuh pada bahan keramik dan melalui pori-porinya melanjutkan transformasi secara total dari bahan-bahan yang masuk kedalam tulang yang tinggal (trikalsium fosfat). Biokeramik bioaktif memiliki respon biologis khas pada antar permukaan sehingga terbentuk ikatan antar jaringan dan bahan tersebut. Kehasanya adalah dasar materi yang meyerupai komponen inorganik bagian tulang disertai kempuan melarut yang dapat memberian ikatan secara langsung terhadap implant (hidroksiapatit, bioaktif, dan gelas keramik), dan Biokeramik berpori untuk pertumbuhan dalam jaringan yang dikenal biokeramik inert mikropori pada daerah permukaan memiliki pori-pori dalam ukuran mikro dimana terjadi pertumbuhan dan jaringannya ke pori permukaan atau keseluruhan implanasinya (logam berlapis HA). Biokeramik dapat berupa kristal tunggal seperti saffir, polikristal (alumina atau HA, gelas keramik, komposit seperti baja- stailees-gelas diperkuat serat atau politilen HA).

1.3       Hidroksiapatit

            Hidroksiapatit Hidroksiapatit adalah kalsium fosfat yang mengandung hidroksida, anggota dari kelompok mineral dalam tulang (Berlianty, 2011). Hidroksiapatit memiliki kandungan kalsium dan fosfat yang terdapat pada tulang dan gigi, karena memiliki sifat biokompabilitas yang baik pada jaringan manusia serta komposisi kimianya hampir sama dengan tulang (Mondal et al, 2012).

            Hidroksiapatit juga memiliki rumus kimia Ca10(PO4)6(OH)2 dan mempunyai struktur heksagonal dengan parameter kisi a= 9.443Å dan c= 6.875Å serta nisbah Ca/P sekitar 1.67. Kristal apatit mengandung gugus karbon dalam bentuk karbon (Muntamah, 2011). Hidroksiapatit memiliki dua bagian struktur yaitu heksagonal dan monoklinik. Struktur heksagonal terdiri dari susunan gas PO4 tetrahedral yang diikat oleh ion-ion Ca, sedangkan struktur monoklinik dapat dijumpai apabila HA yang terbentuk benar-benar stoikometri. Rasio Ca/P dari HA adalah 1,67 dan densitasnya 3,19 g/ml (Ferraz et al, 2004). Menurut Darwis dan Warastuti (2008) dengan metode basah sekitar 34-37% (Ca) dan 16-20% (P) akan diperoleh rasio Ca/P berkisar antara 1,68 – 1,73 dengan rata-rata 1,69 dan kandungan Ca berkisar 35% dan Fosfat 20%. Dapat dilihat pada Gambar 1.

Gambar 1. Struktur Hidroksiapatit (Rivera-Monozq1, 2011). Struktur monoklinik

terjadi karena susunan OH- membentuk urutan OH-OH-OHOHyang membuat parameter kisi b menjadi 2 kali a (Gambar 2.b). Akan tetapi, struktur heksagonal juga dapat diperoleh pada kondisi stoikiometrik jika susunan OH- tidak teratur (Gambar 2.a) (Suryadi, 2011).

Gambar 2. (a) Struktur HA Heksagonal (b) Struktur HA Monoklinik (Corno et al, 2006).

Hidroksiapatit memiliki struktur heksagonal dan merupakan senyawa yang paling stabil diantara berbagai kalsium. Hidroksiapatit sebagai salah satu biokeramik yang dibuat dari bahan alami sebagai penganti tulang (Balgies dkk, 2011). Hidroksiapatit cukup aman digunakan sebagai bahan implant karena sifatnya yang non toxic, cepat membangun ikatan dengan tulang (bioaktif), memiliki biokompatibilitas dengan jaringan sekitar, tidak korosi, dan dapat mendorong pertumbuhan tulang baru dalam strukturnya yang berpori. Namun HA mempunyai kelemahan yaitu bersifat rapuh, tidak bersifat osteoikonduktif, sifat mekanik rendah dan memiliki ketidakstabilan struktur pada saat bercampur dengan cairan tubuh.

1.4       Sifat Hidroksiapatit

            Hidroksiapatit memiliki sifat biokompatibel dan bioaktif. Biokompatibel adalah kemampuan material untuk menyesuaikan dengan kecocokan tubuh penerima, sedangkan bioaktif adalah kemampuan material bereaksi dengan jaringan dan menghasilkan ikatan kimia yang sangat baik (Purnama dkk, 2006). Hidroksiapatit juga memiliki sifat biokompabilitas ke jaringan tulang sangat baik karena kandungan komposisi kimia yang serupa dengan mineral tulang dan gigi (Purmawargapratala, 2011) hidroksiapatit juga bersifat rapuh (Warsatuti dan Abbas, 2011). Menurut Suryadi (2011) sifat hidroksiapatit adalah biokompatibel, bioaktif dan bioserorable. Biokompatibel material yang banyak diaplikasikan pada proses penyembuhan jaringan keras (tulang) yang mengalami kerusakan, juga sebagai pelapis implant yang dimasukkan ke dalam tubuh manusia untuk meningkatkan sifat biokompabilitas. Bioaktif mampu berintegrasi dengan jaringan hidup melalui proses-proses aktif dalam penolakan kembali tulang yang sehat. Bioserorable material akan melarut sepanjang waktu (tanpa memperhatikan mekanisme yang menyebabkan pemidahan material) dan menginzinkan jaringan yang baru terbentuk dan tumbuh pada sembarang permukaan material. Fungsi bioserorable berperan penting dalam proses dinamis pembentuk dan reabsorbsi yang terjadi didalam jaringan tulang. Material bioserorable digunakan sebagai scaffolds atau pengisi (filler) yang meyebabkan mereka berinfiltrasi dan berganti ke dalam jaringan, sedangkan laju solusi dari hidroksiapatit yang memiliki sifat bioaktif dapat bergantung pada beragam faktor, seperti derajat kristalinitas, kuran kristalit, kondisi proses (temperatur, tekanan, dan tekanan parsial air), dan porositas. Hidroksiapatit yang larut dalam larutan asam dan sedikit pada larutan destilasi. Kelarutan pada destilasi meningkat seiring dengan penambahan elektrolit. Kelarutan hidroksiapatit juga akan berubah jika memiliki asam amino, protein, enzim dan senyawa organik lainnya. Sifat kelarutan yang dimiliki hidroksiapatit berhubungan dengan sifat biokompatibel. Laju kelarutan tergantung pada perbedaan bentuk, porositas, ukuran kristal, kristalinitas, dan ukuran kristalit. Hidroksiapatit bereaksi aktif dengan protein, lemak, dan senyawa organik ataupun non-organik lainnya.

1.5       Metode Pembuatan Hidroksiapatit

            Menurut Thamaraiselvi et al (2006) sintesis hidroksiapatit dapat dilakukan enam metode yaitu metode basah, metode kering, metode hidrotermal, metode alkoksida, metode fluks, dan metode sol-gel.. Metode basah menggunakan reaksi cairan dari larutan menjadi padatan, metode ini digunakan karena sederhana dan menghasilkan serbuk hidroksiapatit dengan sedikit kristal atau amorf. Metode kering, menggunakan reaksi padat dari padatan menjadi padatan dan menghasilkan serbuk hidroksiapatit dengan butiran halus dan derajat kristalinitasnya tinggi. Metode hidrotermal, menggunakan reaksi hidrotermal dari larutan menjadi padatan dan menghasilkan hidroksiapatit dengan kristal tunggal. Metode alkoksida, menggunakan reaksi hidrolisa dari larutan menjadi padatan. Metode ini digunakan untuk membuat lapisan tipis (thin flm) dan hidroksiapatit yang dihasilkan mempunyai derajat kristalinitas tinggi. Metode fluks, menggunakan reaksi peleburan garam dari pelelehan menjadi padatan. Metode ini menghasilkan hidroksiapatit kristal tunggal yang mengandung unsur lain seperti; boron apatit, fluorapatit, dan kloroapatit, dan Metode sol-gel, menghasilkan serbuk hidroksiapatit dengan ukuran butir yang relatif homogen dan derajat kristalinitas. Metode yang digunakan dalam pembuatan hidroksiapatit mempengaruhi karakter-karater kristal hidroksiapatit yang diperoleh.

1.6       Aplikasi Hidroksiapatit

Hidroksiapatit (HA) dapat dimodifikasi menjadi berbagai jenis sediaan radiofarmaka sebagai pembawa unsur radionuklida untuk aplikasi terapi rheumatoid arthritis karena mempunyai kemiripan dengan fasa mineral pada matrik tulang (Setiawan dan Basit, 2011). Hidroksiapatit digunakan sebagai bahan pelapis logam yang diimplatasikan kedalam tubuh (Arifianto dkk, 2006). Penggunaan hidroksiapatit dalam aplikasi biomedik telah banyak digunakan antara lain sebagai pembawa obat, scaffold, tulang pengisi dan tulang pengganti. Hidroksiapatit dapat dimanfaatkan sebagai biomedik karena sifat yang dimiliki hidroksiapatit tidak beracun, biokompabilitas, non inflamasi, dan struktur mesori dari hidroksiapatit (Oner et al, 2011). Hidroksiapatit sintetik dapat diperoleh tidak hanya melalui reaski senyawasenyawa sintetik (Dahlan, 2013), dan dapat juga diperoleh dengan mereaksikan senyawa sintetik tersebut dengan senyawa alami (Amrina, 2008). Keunggulan dari hidroksiapatit sintetik adalah bahan yang  mempunyai karakter komposisi fasa dan struktur mikro yang hampir sama dengan tulang manusia (Purnama dkk, 2006). Hidroksiapatit sangat stabil dalam cairan tubuh serta diudara kering atau lembab hingga 1200°C

1.7       Tulang Sapi

            Tulang Sapi Tulang merupakan bagian tubuh atau organ dari suatu individu yang mulai tumbuh dan berkembang sejak masa embrional. Sistem pertulangan merupakan salah satu hasil perkembangan dari sel-sel mesoderm. Pola bangunan tubuh suatu individu ditentukan oleh kerangka yang disusun dari puluhan atau ratusan tulang. Tulang-tulang tersebut membentuk suatu susunan atau kelompok tulang yang disebut dengan kerangka. Tulang-tulang kerangka disebut juga skeleton dalam melaksanakan fungsinya dilengkapi dengan tulang rawan (cartilago) dan ligment (pita pengikat). Kerangka pada ternak termasuk dalam endoskeleton (Anonim A, 2013). Menurut Septimus (1961) tulang merupakan jaringan yang dinamis yang secara terus-menerus dapat diperbaharui dan direkonstruksi. Tulang mempuyai pembuluh darah, pembuluh limfe, dan syaraf. Tulang panjang seperti tulang paha (femur) memiliki bentuk silinder dengan bagian ujung yang membesar. Bagian yang berbentuk silinder disebut diafisis, sedangkan bagian ujung yang membesar terdiri dari tulang berongga dan disebut epifisis. Tulang kering terdiri dari bahan organik dan bahan anorganik dalam perbandingan 2:1. Zat organik oleh panas tidak menyebabkan perubahan stuktur tulang secara keseluruhan, tetapi akan mengurangi berat tulang. Tulang mempunyai dua fungsi utama yaitu sebagai penopang tubuh dan pendukung gerakan. Keduanya merupakan tempat cadangan mineral dan berkaitan dengan metabolisme tubuh, yang disimpan ataupun dikeluarkan setiap kali diperlukan oleh tubuh. Pada pembentukkan tulang, sel-sel tulang keras membentuk senyawa kalsium fosfat dan senyawa kalsium karbonat. Tulang merupakan jaringan hidup, sekitar 15% beratnya terdiri dari sel. Tulang cortical disusun 22% matrik organik, 90-96% kolagen, 69% mineral dan 9% air seperti pada Gambar 3. Mineral tulang biasanya sebagai senyawa kalsium hidroksiapatit dengan stokiometri sempurna. Bentuk utama mineralnya mengandung kalsium kristal apatit dan fosfat, menirukan struktur kristal hidroksiapatit Ca10(PO4)6(OH)2.

Gambar 3. Distribusi komponen penyusun tulang cortical (Liu, 1996).

 Tulang secara alami umumnya terdiri dari 70% mineral anorganik, 20% bahan organik dan 10% air (Toppe et al, 2007). Rangka tubuh sapi terdiri dari 191 hingga 193 ruas tulang (Suryanto, 2009). Tulang mempunyai mineral yang mengandung 35% senyawa organik dan 65% senyawa anorganik (Fakhrijadi, 2013). Tulang sapi memiliki karakteristik mendekati tulang manusia. Hal ini didukung oleh penelitian Aerssens et al (1998) yang membandingkan komposisi dan kepadatan tulang pada tujuh hewan vertebrata yang biasa digunakan dalam penelitian tulang (manusia, anjing, sapi, babi, domba, ayam dan tikus), diketahui bahwa sapi memiliki struktur komposisi yang paling mendekati tulang manusia. Indriyani (2011) juga melakukan penelitian mengenai karakteristik mekanik dan fisik tulang sapi berdasarkan berat hidup. Tulang yang digunakan adalah tulang belakang (metatarsus) sapi dari jenis sapi induk lokal pesisir yang diinseminasi dengan sapi simmental dengan rentang berat hidup 200 kg sampai 500 kg. Dari penelitian yang dilakukan disimpulkan bahwa berat hidup sapi dengan berat 500 kg memiliki kekuatan tarik rata-rata adalah 177,26 MPa. Pada berat yang sama regangan tarik rata-rata adalah 0,11 MPa, modulus elastisitas rata-rata adalah 1,61 GPa, dan ketangguhan rata-rata adalah 9,89 Mj/m3 . Kandungan tulang sapi terdiri dari 93% HA dan 7% β-TCP dengan perlakuan panas memakai suhu 400oC– 1200oC (Ooi et al, 2007). Hidroksiapatit berasal dari tulang sapi telah banyak digunakan untuk mencangkok, memperbaiki, mengisi, pergantian tulang dan pemulihan jaringan gigi karena biokompabilitas yang sangat baik dengan jaringan keras, bioaktivitas merenkonstruksi ulang jaringan tulang yang telah rusak dan di dalam jaringan lunak (Kusrini and Sontang, 2012). Unsur pokok anorganik tulang memiliki kesamaan dengan yang ada pada komposisi hidroksiapatit sintetik. Kristal hidroksiapatit yang berada pada tulang memiliki bentuk yang menyerupai jarum atau batang dengan panjang 40-60 nm, lebar 10-20 nm, dan ketebalan 1-3 nm (Mollazadeh et al, 2007). Materil pengganti tulang yang umum digunakan adalah autograft (pergantian sutu bagian tubuh dengan bagian tubuh dengan bagian tubuh lainya dalam satu individu), allograft (pergantian tulang manusia dengan tulang yang berasal dari manusia lain), xenograft (pergantian tulang manusia dengan tulang yang berasal dari hewan). Namun, pengganti tulang ini biasanya tersedia dalam jumlah terbatas (Sopyan et al, 2007).

 Referensi :

1.         http://digilib.unila.ac.id/11962/119/BAB%20II.pdf

2.         Suryadi, Sistesis dan Karakterisasi Biomaterial Hidroksiapatit dengan Proses Pengendapan Kimia Basah , Universitas Indonesia ,2011