Jurnal Kedokteran Unram 2017, 6(1): 9-13ISSN 2301-5977, e-ISSN 2527-7154

Karakterisasi Hydroxyapatite Alami yang Dibuatdari Tulang Sapi dan Cangkang Telur sebagaiBahan untuk Donor Tulang (Bone Graft)Ahmad Taufik, Arif Zuhan, Sigit Kusdaryono, Rohadi

AbstrakLatar Belakang: Penanganan terhadap komplikasi trauma tulang seperti delayed union, nonunion,malunion dan keadaan hilangnya sebagian dari tulang (defek) masih menjadi masalah. Diperlukandonor tulang (bone graft) untuk mengisi defek atau kekosongan pada tulang yang hilang agar terjadipenyambungan.Tujuan: Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui karakterisasi hydroxyapatite yang dibuat darisumber alami yaitu dari tulang sapi dan cangkang telur sebagai bahan untuk cangkok tulang (bonegraft) dalam tindakan kedokteran.Metode: Tulang panjang sapi Bali dan sapi Brahman dipotong 5x5x5 mm untuk selanjutnya dikalsinasipada suhu 800oC dan 1000oC. Hydroxyapatite yang dihasilkan diukur kadar kalsium dan fosfornyadengan metode spektrofotometer, kemudian dibandingkan dengan kadar kalsium dan fosfor padatulang manusia.Hasil Penelitian: Hydroxyapatite dihasilkan baik dari tulang sapi Bali atau sapi Brahman memilikikadar kalsium rata-rata 28 – 35%, kadar fosfor rata-rata 12- 15%. Kadar kalsium dan fosfor lebih tinggipada tulang kortikal dibandingkan trabekular. Dibandingkan dengan kadar kalsium dan fosfor padatulang manusia tidak berbeda bermakna (p<0,005). Kadar kalsium paling tinggi didapatkan padacangkang telur (64%).Pembahasan: Kadar kalsium dan fosfor baik pada tulang sapi Bali atau sapi Brahman mempunyaikadar yang hampir sama dengan manusia. Ini karena setiap tulang mamalia mempunyai komposisimineral dan air yang sama.Kesimpulan: Hydroxyapatite (HA) dari tulang sapi Bali, sapi Brahman dan cangkang telur mempunyaikarakteristik yang hampir sama dengan tulang manusia dan bisa digunakan sebagai bahan untukdonor tulang.

Katakuncihydroxyapatite, kadar kalsium, kadar fosfor

Fakultas Kedokteran Universitas Mataram*e-mail: taufik.unram@gmail.com

1. Pendahuluan

Penanganan terhadap kondisi tulang tertentu setelah tra-uma seperti delayed union, nonunion, malunion dankeadaan lain yang berkaitan dengan hilangnya sebagiandari tulang (defek) masih menimbulkan tantangan ter-sendiri. Pada umumnya penderita trauma adalah orangmuda sehingga beban biaya yang dikeluarkan untukkesehatan dan dampak sosial ekonominya menjadi ting-gi. Walaupun mayoritas patah tulang dapat sembuhnormal tetapi 5%-10% menyisakan masalah pada pro-ses penyembuhannya. Kunci kesuksesan penyembuhantulang adalah stabilitas biomekanik dan fungsi biolo-gis dari tulang. Banyak kondisi yang dapat menggang-gu proses penyembuhan seperti kondisi vaskularisasiyang kurang baik, infeksi, ketidakstabilan mekanik danpenyakit-penyakit sistemik.1

Untuk mendapatkan stabilitas mekanik, pada seba-

gian besar kasus cukup dengan mengembalikan panjangtulang (alignment) dan fiksasi stabil pada tulang namunpada sebagian yang lain diperlukan donor tulang (bonegraft) atau bahan pengganti donor tulang (bone-graftsubstitutes) untuk mengisi defek atau kekosongan padatulang yang hilang.2,3 Pilihan lain dapat menggunakanteknik bone callus distraction atau yang lebih populerdengan istilah teknik Ilizarov.4

Permintaan donor tulang tampaknya akan semakinmeningkat seiring dengan semakin luasnya indikasi peng-gunaannya. Donor tulang dapat mengurangi angka mor-biditas pada pasien akibat nonunion dan delayed uniondan menjadi salah satu alternatif pemecahan masalahyang berkaitan dengan defek tulang akibat trauma atausetelah reseksi tumor. Selain itu donor tulang dapatjuga berperan dalam arthrodesis persendian sehinggapada keadaan hilangnya sebagian tulang tetapi jaring-an ekstremitas dinilai masih hidup (viabel), tindakanamputasi dapat dihindari.5 Dengan demikian dapat me-

10 Taufik, dkk

Gambar 1. Tulang sapi Bali dan sapi Brahman

nurunkan angka kecacatan yang akan berdampak padanilai produktivitas ekonomi. Peningkatan permintaanterhadap donor tulang dapat dilihat di USA, tahun 1994lebih dari 5.000 kemudian pada tahun 2001 prosedurini meningkat sampai kira-kira 22.000. Perkiraan biayayang dikeluarkan untuk prosedur ini sampai tahun 2002diperkirakan telah mencapai lebih dari 600 juta dolar6

(AAOS, 2003). Di RSUD dr. Soetomo sendiri tercatatperkembangan produksi allograft tulang beku kering(freeze dried) menunjukkan peningkatan dari tahun ketahun. Pada tahun 2001 telah diproduksi sebanyak 148sediaan dari beberapa jenis jaringan dan pada tahun2006 mencapai jumlah 199 sediaan.7

Ada banyak pilihan donor tulang yang dapat digu-nakan antara lain autograft trabekular atau kortikal danallograft beku kering (freeze-dried) dari tulang kada-ver. Autograft trabekular memenuhi semua persyaratandonor tulang yaitu osteokonduktif, osteoinduktif danosteogenesis namun mengingat keterbatasan kekuatanstruktural dan kemampuan untuk mempertahankan fiksa-sinya. Autograft kortikal sebaliknya dapat memberikanintegritas struktural tetapi kemampuan penyatuan (in-corporation) lebih lambat dibandingkan dengan tulangtrabekular. Allograft beku kering (freeze dried) membe-rikan kemudahan penggunaannya, mudah didapat danmemberikan jumlah yang lebih besar tetapi masih mem-punyai risiko terjadinya transmisi penyakit dan reaksihipersensitivitas. Oleh karena itu penggunaan autograftkortikotrabekular dari tulang krista iliaka masih meru-pakan standar emas. Namun demikian sebuah penelitianmeta-analisis menemukan 40% pasien setelah operasimasih mengeluh nyeri sampai 5 tahun sesudahnya. Un-

tuk alasan inilah muncul pengganti donor tulang (bonegraft substitutes) untuk menambah maupun meningkat-kan prosedur donor tulang.8 Donor tulang penggantiyang ideal diharapkan mempunyai kemampuan osteoin-duksi dan osteokonduksi untuk regenerasi tulang tetapitidak menimbulkan efek samping.9

Bahan pengganti donor tulang yang sudah dikenaldapat digolongkan menjadi tiga kelompok utama, yaitudemineralized bone matrix (DBM), keramik dan materi-al komposit.10 Salah satu alternatif donor tulang peng-ganti adalah menggunakan allograft demineralized bonematrix (DBM). Teknik ini berdasarkan pada penemuanawal bahwa matrik organik tulang masih mengandungsejumlah protein yang mampu merangsang osteogenesisheterotopik dengan mekanisme osifikasi endokondral.Protein matrik ini disebut Bone Morphogenetic Protein(BMPs). DBM juga dikatakan mempunyai risiko keciluntuk transmisi penyakit oleh karena mengalami pemro-sesan lebih lanjut dari allograft beku kering.11

Di masa mendatang tampaknya penggunaan donortulang demineralized bone matrix (DBM) akan semakinpopuler dan terus berkembang. Hal ini karena kemam-puannya membentuk tulang baru melalui dua mekanis-me yaitu osteokonduksi dan osteoinduksi.3 Penggunaanbahan ini sebenarnya telah lama popular terutama dibidang maxillo-fasial. Namun demikian penggunaandi bidang ortopedi masih terbatas karena kemungkinanhasil yang diharapkan terlalu tinggi dan adanya meto-de alternatif yang lebih dulu populer seperti autograftdan perangsangan pertumbuhan tulang melalui teknikIlizarov.12

Meskipun DBM telah secara luas diterima sebagai

Jurnal Kedokteran Unram

Karakterisasi Hydroxyapatite Alami untuk Donor Tulang 11

Gambar 2. Tulang sapi setelah dilakukan proses kalsinasi

salah satu donor tulang pengganti di klinik, tetapi ke-mampuan induksinya masih dipertanyakan. Pada be-berapa penelitian secara histologi menampakkan pem-bentukan tulang baru lebih disebabkan oleh proses os-teokonduksi daripada osteinduksi. Regenerasi tulangterjadi oleh pertumbuhan sel-sel tulang dari inang danDBM bertindak sebagai scaffolding daripada secara denovo merangsang diferensiasi sel-sel mesenkimal.13

Hydroxyapatite akan digunakan sebagai bahan untukcangkok tulang (Bone graft) dalam tindakan kedokteran.Berdasarkan pada keadaan di atas, maka penelitian inibertujuan untuk mengetahui karakterisasi hydroxyapati-te yang dibuat dari sumber alami yaitu dari tulang sapidan cangkang telur dibandingkan dengan hydroxyapa-tite dari tulang manusia (human bone) sebagai bahanuntuk cangkok tulang (Bone Graft).

2. MetodePenelitian ini merupakan penelitian eksperimental labo-ratoris karena semua kelompok mendapatkan perlaku-an, dengan menggunakan rancangan penelitian cross-sectional. Penelitian ini menggunakan bahan tulangpanjang sapi Bali, tulang Brahman dan cangkang telur.Tulang sapi dipotong dengan ukuran 5 x 5 x 5 mm se-lanjutnya dibuang semua protein yang menempel secaramekanik dan kimia dengan HCL dan NaOH. Potong-an tulang tersebut selanjutnya dilakukan kalsinasi padasuhu 800 dan 1000oC. Hasil yang didapatkan berupaHydroxyapapatite dengan bentuk kubus dan warna putih.Pada penelitian ini diukur kadar kalsium (Ca) dan fosfor(P) yang terdapat pada hydroxyapatite. Kadar kalsiumdiukur dengan metode Spektrofotometri Serapan atom(SSA). Kalsium dan magnesium diukur dengan metodeabsorpsi. Kadar fosfat ditentukan dengan menggunakanpengekstrak HCl 25%. Pengekstrak ini akan melarut-kan senyawa fosfat dan kalium mendekati kadar totalion P dan K. Ion fosfat dalam ekstrak akan bereaksi

menghasilkan larutan berwarna biru. Intensitas warnabiru larutan dapat diukur dengan spektrofotometer padapanjang gelombang 889 nm. Data penelitian ini akanditampilkan dalam bentuk tabel dan grafik mengenaidata karakteristik hydroxyapatite berupa rata-rata kadarkalsium dan fosfor dari tulang sapi dan cangkang telur.

3. HasilPada penelitian ini bahan untuk pembuatan hydroxyapa-tite diambil dari tulang panjang (tulang paha) sapi Bali,sapi Brahman dan cangkang telur. Tulang sapi tersebutdibersihkan dari otot dan ligamen yang menempel se-cara mekanik dan secara kimia. Pembuangan proteinyang tersisa yang menempel pada tulang menggunakanHCl 1 (N) (35%) selama 24 jam pada suhu 25oC. Tulangpanjang selanjutnya dipotong-potong menjadi ukuran1x1x1 cm, dicuci kembali dan dikeringkan pada suhu50 - 60oC. Bahan yang diproses selanjutnya hanya ba-gian kortikotrabekular (campuran tulang trabekular dantulang kortikal) yang terletak di dekat persendian.

Tulang panjang yang telah dipotong-potong dankering selanjutnya dikalsinasi pada suhu 800oC dan1000oC selama 3 jam dan dinginkan secara perlahan.Hasil terakhir didapatkan tulang berubah dari kecoklat-an menjadi putih dan menjadi lebih ringan. Kandunganair pada tulang dihilangkan dengan proses kalsinasi ini.Tulang juga menjadi lebih rapuh dan mudah untuk di-hancurkan. Untuk cangkang telur langsung diproseskalsinasi setelah dibersihkan dan dipecah-pecah ke ukur-an 1x1 cm.

Karakterisasi hydroxyapatite bertujuan untuk me-ngetahui komposisi dan kadar yang terkandung padatulang kortikotrabekular tersebut. Standar yang digunak-an adalah komposisi dan kadar tulang manusia karenahydroxyapatite tersebut selanjutnya akan diaplikasikanpada tulang manusia. Terlihat pada Tabel 1 dan Tabel2 adalah kadar kalsium dan fosfor yang terdapat pada

Jurnal Kedokteran Unram

12 Taufik, dkk

Tabel 1. Kadar Kalsium dan Fosfor Hydroxyapatite Rata-rata pada Berbagai Sediaan pada Suhu 800oCKadar kalsium (%) Kadar fosfor (%)No Jenis Trabekular Kortikal Trabekular Kortikal

1 Sapi Bali 28,72 31,32 12,35 14,102 Sapi Brahman 32,52 34,78 14,01 15,133 Cangkang telur 64,28 - 10,13 -

Tabel 2. Kadar Kalsium dan Fosfor Hydroxyapatite Rata-rata pada Berbagai Sediaan pada Suhu 1000oCKadar kalsium (%) Kadar fosfor (%)No Jenis Trabekular Kortikal Trabekular Kortikal

1 Sapi Bali 32,52 36,33 14,75 15,322 Sapi Brahman 31,90 36,53 14,52 15,13

hydroxyapatite dari tulang sapi dan cangkang telur. Ka-dar kalsium paling tinggi didapatkan pada cangkangtelur, sedangkan kadar fosfornya lebih rendah diban-dingkan pada HA tulang sapi Bali dan sapi Brahman.

Pada tabel-tabel tersebut terlihat kadar kalsium danfosfor pada tulang trabekular dan tulang kortikal tidakjauh berbeda, baik pada pemanasan 800oC atau 1000oC.

4. PembahasanUntuk cangkok tulang (bone graft) lebih dipilih hydro-xyapatite yang dibuat dari kortikotrabekular karena be-berapa kelebihan. Pertama, graft ini lebih mudah diapli-kasikan karena strukturnya yang lebih lunak sehinggamudah dipotong dan diaplikasikan sesuai ukuran defekyang ada. Kedua, lebih mudah terjadi osteointegrasidengan tulang tubuh dan lebih mudah bagi sitokin se-perti BMP dan Interleukin untuk masuk ke dalam grafttersebut. Kelebihan ini tidak didapatkan pada tulang kor-tikal yang cenderung padat dan sulit untuk diaplikasikansesuai ukuran defek. Tulang terdiri dari elemen orga-nik dan inorganik, dimana 20% beratnya adalah air dansisanya merupakan inorganik kalsium fosfat (65-70%)dan matrik organik protein dan kolagen (30-35%). Kan-dungan inorganik tulang utama adalah kalsium fosfatdiikuti fosfat kalsium karbonat serta sedikit magnesium,fluorida, fosfor dan natrium. Tulang merupakan kerang-ka kolagen dimana mineral kalsium utamanya berupahydroxyapatite.

Donor tulang beku kering yang tidak mengalamidemineralisasi akan membentuk tulang baru secara os-teokonduksi seperti pada donor tulang beku segar (freshfrozen bone). Secara teoritis seharusnya donor tulangdemikian juga memiliki potensi osteoinduksi, oleh kare-na BMPs secara fisiologis akan dibuka oleh osteoklast.Tetapi hanya sedikit bukti histologis yang menunjukkandemikian. Penelitian lain menunjukkan bahwa donortulang yang tidak mengalami demineralisasi hanya ber-fungsi sebagai scaffolding untuk membentuk tulang barudengan cara osteokonduksi. Penelitian lainnya meng-ungkapkan bahwa mineralisasi mungkin dapat meng-hambat pembentukan tulang dengan cara mengganggupelepasan BMPs.

Berdasarkan bentuk dan ukuran bahan donor da-pat berupa serbuk tulang (bone powder) dengan ukuran

partikel 45-2500 µm ataupun balok kecil tulang (bonechips) dengan ukuran panjang 0,3-3 cm, tulang secarautuh maupun dekalsifikasi permukaan tulang saja. Ti-dak ada penelitian yang menunjukkan hasil yang samaantara ukuran partikel donor tulang dan potensi osteoin-duksi dari DBM. Suatu penelitian menemukan semakinkecil ukuran partikel semakin berkurang kemampuanosteoinduksinya karena rentan terjadi fagositosis, se-dangkan peneliti yang lain menemukan ukuran partikeltidak mempengaruhi kemampuan osteoinduksinya.14,15

Potensi osteoinduksi dari berbagai macam jaringantubuh yang didekalsifikasi ternyata berbeda. Bagiandiafisis tulang (humerus, femur, tibia dan fibula), dentindan plasenta menunjukkan kemampuan osteoinduksiyang tinggi sedangkan tulang dari kalvarium, skapula,pelvis dan kartilago menunjukkan osteoinduksi yangkurang bagus.16 Proses penyatuan donor tulang denganresipiennya adalah serupa dengan proses penyembuhantulang akibat fraktur pada tulang panjang. Penyembuhanfraktur mengembalikan jaringan seperti sifat-sifat fisikdan mekanik sebelumnya dimana faktor-faktor biokimia,mekanik, dan biofisikal terlihat dalam proses ini.

Penyatuan donor tulang dengan tulang sekitarnyajuga melalui proses dimana tulang yang nekrosis per-lahan diserap kemudian secara simultan diganti olehtulang baru. Proses penyatuan ini disebut creeping sub-stitution. Sel mesenkim primitif berdiferensiasi menjadiosteoblast yang memproduksi osteoid di tengah areanekrosis.

5. KesimpulanHydroxyapatite (HA) dari tulang sapi Bali, sapi Brah-man dan cangkang telur mempunyai karakteristik yanghampir sama dengan tulang manusia dari segi kadarkalsium dan fosfor dan bisa diaplikasikan pada defektulang secara tepat. Hydroxyapatite dengan bahan daritulang sapi dan cangkang telur bisa digunakan sebagaialternatif bahan untuk donor tulang yang lebih murahdan kemampuan yang sama.

Daftar Pustaka1. Termaat M, Den Boer F, Bakker F, Patka P, Haarm-

an HTM. Bone morphogenetic proteins. J Bone

Jurnal Kedokteran Unram

Karakterisasi Hydroxyapatite Alami untuk Donor Tulang 13

Joint Surg Am. 2005;87(6):1367–1378.

2. Finkemeier CG. Bone-grafting and bone-graft subs-titutes. J Bone Joint surg am. 2002;84(3):454–464.

3. Altundal H, Sayrak H, Delilbasi C. Effect of demi-neralized bone matrix on resorption of autogenouscortical bone graft in rats. Turkish Journal of Medi-cal Sciences. 2005;35(4):209–216.

4. DeCoster TA, Gehlert RJ, Mikola EA, Pirela-CruzMA. Management of posttraumatic segmental bo-ne defects. Journal of the American Academy ofOrthopaedic Surgeons. 2004;12(1):28–38.

5. Brown KL, Cruess RL. Bone and cartilage trans-plantation in orthopaedic surgery. A review. JBJS.1982;64(2):270–279.

6. American Academy of Orthopaedic S, et al. Bonegraft substitutes: facts, fictions & applications. In:American Academy of Orthopedic Surgeons 70thAnnual Meeting; 2003. p. 5–9.

7. Laporan tahunan bank jaringan Rumah Sakit DrSoetomo. Rumah Sakit Dr Soetomo Surabaya JawaTimur Indonesia. 2006;.

8. Malay D. Closer look at bone graft substitutes.Podiatry Today (18). 2005;18(1):28 – 34.

9. Kay JF, Vaughan LM. Proportional Osteoinductionof Demineralized Bone Matrix Donor tulang Materi-als. spartanmedspine. 2007;Available from: http://www.spartanmedspine.com/files/osteoinduction-100percent-human.pdf.

10. Beaman FD, Bancroft LW, Peterson JJ, KransdorfMJ, Menke DM, DeOrio JK. Imaging Characte-ristics of Bone Graft Materials 1. Radiographics.2006;26(2):373–388.

11. Society NAS. The Brochure for general informationand understanding. North American spine societyPublic education series. 2006;Available from: www.Spine.org.

12. Delloye C. The use of freeze-dried mineralisedand demineralised bone. In: Advances in TissueBanking. World Scientific; 1999. p. 45–65.

13. Groeneveld E, Burger E. Bone morphogenetic pro-teins in human bone regeneration. European journalof endocrinology. 2000;142(1):9–21.

14. Syftestad GT, Urist MR. Degradation of bone ma-trix morphogenetic activity by pulverization. ClinOrthop. 1979;141:281–6.

15. Kearney JN, Lomas RJ. Principles of freeze drying.World scientific publishing. 1997;3:243–60.

16. Yim CJ. Biology of The Demineralised Bone andIts Clinical Use: Chapter 2 Bone Allografts. In:Phillips GO, Strong DM, von Versen R, Nather A,editors. Advances in Tissue Banking. Singapore:World Scientific; 1999. p. 87–111.

Jurnal Kedokteran Unram