Artikel Terkait
Majalah Farmasetika – Implan dalam bidang orthopedic digunakan dalan beberapa kasus, diantaranya untuk pengobatan infeksi tulang atau osteomyelitis dan memperbaiki jaringan tulang yang rusak atau patah tulang yang bisa terjadi akibat kecelakaan, trauma dan cedera. Sediaan implan konvensional dan non-biodegradable yang digunakan untuk pengobatan kersusakan tulang memeiliki kekurangan yaitu harus dilakukannya pembedahan kedua untuk mengeluarkan implan yang dapat menyebabkan trauma dan infeksi berulang.
Implant Antibiotika Biodegradable Untuk Pengobatan Infeksi Tulang (Osteomyelitis)
Pada ostemyelitis kronis umumnya terdapat masalah seperti pembentukan suatu area tulang mati yang terinfeksi akibat kontaminasi bakteri pascatrauma, sehingga aliran darah menjadi terganggu dan menyulitkan obat untuk dihantarkan secara sistemik sehingga menjadi keterbatasan pada penatalaksanaan terapi osteomyelitis kronis. Keterbatasan lain dalam penghantaran antibiotik secara sistemik meliputi kelarutan obat yang rendah, kurang selektif, farmakokinetik yang tidak terkontrol, dan efek samping yang membahayakan pada jaringan non target, maka diperlukan sistem penghantaran obat yang memadai dengan pengiriman antibiotik secara implant. Polimer poly(methyl methacrylate) (PMMA) merupakan gold standard pada pengobatan osteomyelitis kronis, PMMA memiliki kekurangan diantaranya non-biodegradable dan diperlukan pembedahan kedua, sehingga penggunaan polimer biodegradable pada sediaan implant dikembangkan untuk permasalahan ini.
Polimer biodegradable menghindarkan kemungkinan dosis tertinggal pada tubuh, polimer yang terdegradasi akan dipecah menjadi molekul biologis yang dapat dieksresikan oleh tubuh melalui rute normal. Polimer biodegradable dikelompokan menjadi polimer alami dan polimer sintetis.
Polimer Alami dalan Implant Antibiotika Biodegradable
Polimer alami memiliki bioaktivitas dan biokompatibilitas yang tinggi karena berasal dari hewan atau manusia, namun demikian dikhawatirkan ada kemungkinan kontaminasi pirogen dan pathogen . Kolagen merupakan polimer alami telah banyak diteliti seperti unggul dalam biokompatibilitas, biodegradabilitas, adhesi, dan sifat osteogenik, namun kolagen memiliki sifat mekanik yang buruk, sehingga dibutuhkan modifikasi bahan atau penambahan biomaterial lain supaya memaksimalkan potensinya pada perbaikan tulang. Contoh polimer lain yaitu kitosan. Kitosan memiliki sifat antibakteri, dan mendukung pertumbuhan sel, tetapi memiliki kekurangan yaitu tidak dapat larut pada pH netral, kekurangan ini dapat diatasi dengan garam kitosan seperti kitosan hidroklorida atau kitosan glutamat yang menunjukkan kelarutan bebas pH, selain itu juga sedikit toksik karena adanya muatan positif dari gugus asam amino. Polimer alami lainnya yang sering digunakan adalah alginate. Alginat memiliki biokompatibilitas dan biodegradabilitas tinggi, mudah dibentuk menjadi gel, menginisiasi regenerasi tulang akan tetapi bioaktivitas dan stabilitas dalam tubuh kurang baik, sifat mekanik buruk
Polimer Sintetis dalam Implant Antibiotika Biodegradable
Polimer sintesis dikenal dengan sifat mekaniknya yang baik dan dapat dirancang sesuai dengan kebutuhan, namun polimer jenis ini lemah dalam membangun sinyal biologis dan respons sel sehingga seringkali menjadi masalah kritis. Poliester merupakan salah satu polimer sintetik yang sudah digunakan secara luas dan tersedia dalam berbagai macam seperti poly(ɛ-caprolactone) (PCL), polyglycolic acid (PGA), dan polylactic acid (PLA), serta kopolimer PGA dan PLA yaitu poly(glycolic acid) (PLGA). PLGA dirancang sebagai biomaterial untuk memperpanjang periode elusi antibiotik dengan cara terhidrolisis membengkak di dalam saluran pori dan memungkinkan lewatnya obat dan metabolit secara lambat melalui jaringan semi-pori sementara itu, PCL memiliki sifat mekanik yang baik akan tetapi bidegrabilitas berjalan lambat.
Implant Tulang Biodegradable Untuk Pengobatan Patah Tulang
Jaringan tulang yang rusak memiliki kemampuan untuk memperbaiki dirinya sendiri, namun jika ukuran kerusakannya sudah kritis yakni melebihi 2,5 cm maka dibutuhkan bantuan dari luar, sehingga seringkali diperlukan material pengganti tulang yang diimplan. Penggunaan implan untuk kasus patah tulang dimulai sejak tahun 1912 yang disebut dengan implan generasi pertama, implant dibuat dari plat yang dilapisi oleh logam. Pada tahun 1948 dilakukan perbaikan sebagai upaya untuk meningkatkannya ketahanan korosi pada plat. Hingga saat ini plat memiliki dua slot panjang dapat memungkinkan geser kepala sekrup. Umumnya, implan yang tidak dapat terurai secara hayati (permanen) perlu diangkat melalui operasi/pembedahan sekunder. Namun, selama operasi ini, ada kemungkinan kegagalan regenerasi tulang karena porosis kortikal dan refraksi. Ada banyak efek merugikan pada antarmuka tulang, salah satu masalah utamanya adalah pengeroposan tulang. Hal ini bisa dicegah dengan penggunaan implant tulang biodegradable.
Polimer biodegradable sebagai biomaterial pada sediaan implan dapat diandalkan untuk regenerasi jaringan. Porositas suatu polimer memegang peran penting dalam hal penghantaran obat. Ukuran pori terbagi menjadi 3 macam: makro (50-300 nm), meso (2- 50 nm), dan mikro (<2nm). Pori makro berfungsi dalam penetrasi sel dan pertumbuhan jaringan, sedangkan pori meso dan mikro berfungsi dalam transportasi nutrisi dan limbah produk metabolisme, pertumbuhan sel, serta pelepasan obat secara difusi. Kekuatan mekanis dan tindakan bedah dapat mengurangi porositas polimer, untuk mengantisipasinya dapat memilih biomaterial yang memiliki stabilitas struktural yang tinggi
Tantangan Dalam Design Implant Tulang Biodegradable
Tantangan implant tulang bidodegradabel diantaranya laju biodegradasi harus seiring dengan laju pembentukan tulang baru, degradasi material yang telalu cepat dapat mengakibatkan hilangnya implan sebelum proses konduksi tulang yang memadai, sedangkan degradasi material yang terlalu lambat dapat menghambat proses pematangan dan remodeling tulang yang baru dibentuk. Proses regenerasi tulang melibatkan pembentukan jaringan tulang baru dan pembuangan jaringan tulang lama (resorpsi). Pembentukan jaringan tulang baru melibatkan osteoblas, osteosit, dan sel pelapis, sedangkan resorpsi melibatkan komponen osteoklas. Apabila kedua aktivitas tersebut tidak seimbang maka dapat terjadi deformitas tulang seperti osteoporosis. Degradabilitas suatu biomaterial dipengaruhi oleh sifat mekaniknya yang memiliki efek perbaikan akhir dari implan, selain perannya dalam pembuatan produk biomaterial. Apabila suatu biomaterial memiliki sifat mekanik yang buruk maka tidak dapat mendukung regenerasi jaringan tulang secara memadai, sebaliknya jika sifat mekaniknya terlalu kaku dapat menghambat regenerasi jaringan tulang.
Pengembangan Biogradable Implant di Indonesia Dalam Bidang Orthopedi
Lembaga Kawasan Sains dan Teknologi IPB berhasil membuat inovasi dalam bidang biomedik dengan membuat implan komposit besi-biokeramik yang bisa digunakan di bidang orthopedic.
Implan komposit membantu proses persembuhan tulang dan hilang terserap tubuh setelah terjadi proses persembuhan. Pasien hanya sekali menjalani pembedahan sehingga menurunkan resiko kematian. Implan komposit besi-biokeramik memilki sifat biokompatibilitas, osteokonduktifitas, dan biodegradasi sangat baik yang teruji secara in-vitro dan in-vivo pada hewan coba. Maka, implan komposit Fe-biokeramik sangat berpotensi untuk digunakan sebagai biomaterial implan biomedis dalam bidang ortopedik.
Keunggulan :
- Implan ini memiliki tingkat biokompatibilitas, osteokonduktifitas, dan biodegradasi yang lebih baik jika dibandingkan dengan produk implan komersial.
- Implan ini telah teruji secara in-vitro dan in-vivo pada hewan domba.
- Implan mampu menyokong persembuhan kerusakan tulang hingga sembuh secara sempurna selanjutnya akan hilang dari tubuh oleh proses biodegradasi biologis dan terserap oleh tubuh.
- Pasien cukup hanya sekali dalam menjalani pembedahan pemasangan implan dan tidak perlu pembedahan ulang untuk mengangkat implan sehingga resiko kesakitan dan kematian dari tindakan bedah dan pembiusan menjadi minimal.
Contoh Produk Implant Biodegradable
“GAMA-CHA” – Bone graft adalah suatu bahan yang digunakan dalam proses operatif pada pasien dengan kerusakan jaringan tulang. Pada jaringan tulang yang mengalami kerusakan, diperlukan suatu perancah (scaffold) yang akan berfungsi sebagai pengganti lingkungan mikro yang hilang selama proses kerusakan/ kehilangan jaringan tulang. Dengan fungsi memberikan lingkungan mikro yang sesuai dengan jaringan yang hilang, maka bone graft yang tepat akan membantu terjadinya rekruitmen sel (cellrecruitment) dan menjadi penghubung celah/ gap yang terjadi pada jaringan yang rusak atau hilang sehingga dapat membantu transportasi nutrisi, peredaran darah, dan zat-zat lain yang diperlukan untuk percepatan regenerasi jaringan.
Gama-CHA terbuat dari mineral-mineral yang mengandung kalsium dan fosfat, yang diubah menjadi karbonat apatit. Reaksinya menggunakan reaksi disolusi-presipitasi suhu tubuh. Keuntungannya, identik hasilnya dengan komponen tulang manusia karena prosesnya biomimetik. Gama-CHA dapat teresorbsi seluruhnya secara perlahan mulai minggu ke-4 dan habis pada minggu ke-12 saat tulang telah terbentuk sempurna, lalu mengalami maturasi hingga minggu ke-24.
Kesimpulan
Implan biodegradable banyak menjadi perhatian karena kebermanfaatannya yang tinggi serta kebutuhan di klinis meningkat. Keuntungan-keuntungan yang bisa diperhitungkan seperti dapat terdegradasi dalam tubuh, mampu menghantarkan obat secara terkontrol, biaya terjangkau, kuat, elastis, dan biokompatibel.
Referensi
Aravamudhan A., Ramos D.M., Nada A.A. and Kumbar S.G., 2014, Natural Polymers: Polysaccharides and Their Derivatives for Biomedical Applications, Natural and Synthetic Biomedical Polymers, 67–89.
Brosh T, Persovski Z, Binderman I. Mechanical properties of bone-implant interface: an in vitro comparison of the parameters at placement and at 3 months. Int J Oral Maxillofac Implants 1995;10(6):729–35.
Dorati R., Detrizio A., Modena T., Conti B., Benazzo F., Gastaldi G. and Genta I., 2017, pharmaceuticals Biodegradable Scaffolds for Bone Regeneration Combined with DrugDelivery Systems in Osteomyelitis Therapy, Pharmaceuticals, 10 (96), 1–20.
Minardi S., Taraballi F., Cabrera F.J., Van Eps J., Wang X., Gazze S.A., Fernandez-Mourev J.S., Tampieri A., Francis L., Weiner B.K. and Tasciotti E., 2019, Biomimetic hydroxyapatite/collagen composite drives bone niche recapitulation in a rabbit orthotopic model, Materials Today Bio, 2 (April), 100005.
Mistry S., Burman S., Roy S., Maitra N.J., Roy R. and Chanda A., 2021, Biological analysis of an innovative biodegradable antibiotic eluting bioactive glass/gypsum composite bone cement for treating experimental chronic MRSA osteomyelitis, Journal of Pharmaceutical Analysis
Ortega R. Remarks on the treatment of fractures. J Am Med Assoc 1897;(3):122–3.
Reddy M.S.B., Ponnamma D., Choudhary R. and Sadasivuni K.K., 2021, A comparative review of natural and synthetic biopolymer composite scaffolds, Polymers, 13 (7)
Srivastava A., Yadav T., Sharma S., Nayak A., Kumari A.A., Mishra N., Srivastava A., Yadav T., Sharma S., Nayak A., Kumari A.A. and Mishra N., 2015, Polymers in Drug Delivery, Journal of Biosciences and Medicines, 4 (1), 69–84.
Wang T., Weng Z., Liu X., Yeung K.W.K., Pan H. and Wu S., 2017, Controlled release and biocompatibility of polymer/titania nanotube array system on titanium implants, Bioactive Materials, 2 (1), 44–50.
Yang J., Yao J.L., Wu Z.Q., Zeng D.L., Zheng L.Y., Chen D., Guo Z.D. and Peng L., 2021, Current opinions on the mechanism, classification, imaging diagnosis and treatment of post-traumatic osteomyelitis, Chinese Journal of Traumatology – English Edition, 24 (6), 320–327.
