Ilmuwan Korea Mengembangkan Bahan Baru “Perban Tulang” untuk Tulang yang Patah

Regenerasi tulang adalah prosedur yang kompleks, dan pendekatan yang ada saat ini untuk memfasilitasi regenerasi ini, seperti cangkok dan penerapan faktor pertumbuhan, menghadapi tantangan seperti biaya tinggi. Namun terobosan telah dilakukan dengan terciptanya bahan piezoelektrik yang memiliki kemampuan meningkatkan perkembangan jaringan tulang.

Tim peneliti KAIST yang dipimpin oleh Profesor Seungbum Hong dari Departemen Sains dan Teknik Material (DMSE) mengumumkan pada tanggal 25 Januari pengembangan perancah biomimetik yang menghasilkan sinyal listrik pada penerapan tekanan dengan memanfaatkan kemampuan osteogenik unik hidroksiapatit (HAp). Penelitian ini dilakukan bekerja sama dengan tim yang dipimpin oleh Profesor Jangho Kim dari Department of Convergent Biosystems Engineering di Chonnam National University.

HAp merupakan bahan dasar kalsium fosfat yang terdapat pada tulang dan gigi. Zat mineral biokompatibel ini juga dikenal dapat mencegah kerusakan gigi dan sering digunakan dalam pasta gigi.

Terobosan dalam Regenerasi Tulang

Penelitian sebelumnya mengenai perancah piezoelektrik mengkonfirmasi efek piezoelektrik dalam mendorong regenerasi tulang dan meningkatkan fusi tulang dalam berbagai bahan berbasis polimer, namun terbatas dalam mensimulasikan lingkungan seluler kompleks yang diperlukan untuk regenerasi jaringan tulang yang optimal. Namun, penelitian ini menyarankan metode baru untuk memanfaatkan kemampuan osteogenik unik HAp untuk mengembangkan bahan yang meniru lingkungan jaringan tulang dalam tubuh makhluk hidup.

Tim peneliti mengembangkan proses manufaktur yang menggabungkan HAp dengan film polimer. Perancah fleksibel dan berdiri bebas yang dikembangkan melalui proses ini menunjukkan potensi luar biasa dalam mendorong regenerasi tulang melalui percobaan in-vitro dan in-vivo pada tikus.

Memahami Prinsip Regenerasi Tulang

Tim juga mengidentifikasi prinsip-prinsip regenerasi tulang yang menjadi dasar perancah mereka. Dengan menggunakan mikroskop kekuatan atom (AFM), mereka menganalisis sifat listrik perancah dan mengevaluasi sifat permukaan terperinci yang berkaitan dengan bentuk sel dan pembentukan protein perancah sel. Mereka juga menyelidiki pengaruh piezoelektrik dan sifat permukaan terhadap ekspresi faktor pertumbuhan.

Gambar 1. Desain dan karakterisasi perancah biomimetik piezoelektrik dan turunan topografi. (a) Representasi skematis dari peningkatan mekanisme regenerasi tulang melalui isyarat listrik dan topografi yang disediakan oleh perancah P (VDF-TrFE) yang menyatu dengan HAp. (b) Diagram skema proses fabrikasi. Kredit: Laboratorium Integrasi Pencitraan dan Material KAIST

Profesor Hong dari KAISTDMSE mengatakan, “Kami telah mengembangkan material komposit piezoelektrik berbasis HAp yang dapat bertindak seperti 'perban tulang' melalui kemampuannya untuk mempercepat regenerasi tulang.” Dia menambahkan, “Penelitian ini tidak hanya menyarankan arah baru dalam merancang biomaterial, namun juga signifikan dalam mengeksplorasi efek piezoelektrik dan sifat permukaan pada regenerasi tulang.”

Referensi: “Perancah yang Direkayasa Secara Piezoelektrik dan Topografi untuk Mempercepat Regenerasi Tulang” oleh Soyun Joo, Yonghyun Gwon, Soyeon Kim, Sunho Park, Jangho Kim dan Seungbum Hong, 4 Januari 2024, Bahan & Antarmuka Terapan ACS.
DOI: 10.1021/acsami.3c12575

Penelitian ini didukung oleh Tim Penelitian dan Pengembangan KAIST, Pusat Penelitian Bersama KUSTAR-KAIST, Proyek Singularitas Global KAIST, dan Proyek Penelitian Dasar dari National Research Foundation of Korea yang didanai pemerintah.