KARAKTERISTIK FISIS DAN MEKANIS MEMBRAN GELATIN HIDROGEL UNTUK APLIKASI REGENERASI SARAF TEPI

ANIK LINAWATI, drg. Ika Dewi Ana, Ph.D

2013 | Tesis | S2 IKD/Rekayasa Biomedis

Upaya mempercepat regenerasi saraf tepi tanpa menimbulkan jaringan parut sangat penting dilakukan, salah satunya dengan menggunakan sistem perancah. Material biodegradable pertama yang telah diuji sebagai perancah regenerasi saraf tepi adalah gelatin. Gelatin telah dikembangkan sebagai perancah dalam bentuk hidrogel. Penelitian ini bertujuan untuk memfabrikasi membran gelatin hidrogel yang berasal dari gelatin komersial dan gelatin lokal dengan proses dehydrothermal treatment crosslinking (DHT) dan mempelajari serta mengetahui karakteristik fisis dan mekanis membran gelatin hidrogel yang potensial untuk mendukung proses regenerasi saraf tepi. Fabrikasi membran gelatin hidrogel dilakukan dengan mencampurkan gelatin dan akuades dengan perbandingan 10%:90% berat kemudian dicetak dan dikeringkan pada suhu 4 0 C. Variasi konsentrasi gelatin komersial dan lokal yang digunakan yaitu 10% gelatin komersial (A); 7,5% gelatin komersial-2,5% gelatin lokal (B); 5% gelatin komersial-5% gelatin lokal (C); dan 2,5% gelatin komersial-7,5% gelatin lokal (D). Proses dehydrothermal treatment crosslinking (DHT) dilakukan pada suhu 140 0 C selama 48 jam menggunakan vacuum dessicator. Spektroskopi FT-IR digunakan untuk mengidentifikasi struktur molekul gelatin. Analisis elektroforesis menggunakan SDS- PAGE digunakan untuk mengetahui rentang berat molekul membran gelatin hidrogel. Karakteristik kekuatan mekanis diuji menggunakan Universal Testing Machine (UTM). Besarnya % age swelling dan weight loss membran gelatin hidrogel dihitung dengan selisih berat material setelah perlakuan perendaman menggunakan SBF (Simulated Body Fluid). Scanning Electron Microscope (SEM) digunakan untuk menganalisis bentuk morfologi membran gelatin. Hasil analisis gelatin komersial dan gelatin lokal menunjukkan adanya serapan khas gugus fungsi gelatin yaitu gugus hidroksil (OH), gugus karbonil (C=O), dan gugus amina (NH). Berat molekul membran gelatin hidrogel dari uji elektroforesis yang dihasilkan cukup besar yaitu membran gelatin hidrogel A, B, dan C memiliki rentang atas 150 kDa sedangkan membran gelatin hidrogel D berkisar antara 76–150 kDa sehingga mampu mengontrol proses difusi selama aplikasi membran gelatin hidrogel, meningkatkan kekuatan mekanis, dan sifat fisis membran. Kekuatan tarik membran gelatin hidrogel nilainya cukup besar untuk melindungi jaringan yang dituju yaitu antara 37,72-47,32 MPa. Persentase age swelling keempat membran gelatin hidrogel memiliki nilai yang besar antara 314,00-1219,33 % dan bersifat superabsorbent. Nilai weight loss berbanding terbalik dengan nilai % age swelling. Hasil uji menggunakan SEM menunjukkan bentuk morfologi membran gelatin hidrogel dapat diatur dengan variasi konsentrasi gelatin yang berbeda-beda. Sebagai kesimpulan adalah, membran gelatin hidrogel dengan campuran gelatin komersial dan gelatin lokal dapat difabrikasi dengan proses dehydrothermal treatment crosslinking (DHT) dan memiliki karakteristik fisis dan mekanis yang potensial apabila dikembangkan sebagai perancah untuk mendukung proses regenerasi saraf tepi ataupun kepentingan biomedika lainnya.

Acceleration of the regeneration of peripheral nerves without causing a scar tissue is very important; one of the method is the use of a scaffold. The first biodegradable materials that have been tested as a material for peripheral nerve regeneration is gelatin. Gelatin has been developed as a scaffold in the form of hydrogel. The objectives of this study is to fabricate gelatin hydrogel membranes derived from commercially available gelatin and local gelatin by dehydrothermal treatment crosslinking (DHT) process and to study the physical and mechanical characteristics of the gelatin hydrogel membranes with regard to the regeneration processes of peripheral nerves. Fabrication of gelatin hydrogel membranes was done by mixing gelatin and distilled water with a ratio of 10:90 weight%, continued by molding and drying at 4 o C refrigerator. Variations in the concentration of commercial and local gelatin used is 10% of commercial gelatin (A); 7,5% of commercial gelatin-2,5% of local gelatin (B); 5% of commercial gelatin-5% of local gelatin (C); and 2,5% of commercial gelatin-7,5% of local gelatin (D). DHT process was performed by using vacuum desiccator at 140 o C for 48 hours. FT-IR Spectroscopy was used to identify functional molecules of gelatin. Electrophoresis analysis using SDS-PAGE was employed to determine the range of the molecular weight of gelatin hydrogel membranes. Mechanical strength characteristics were tested using a Universal Testing Machine (UTM). Percentage of age swelling and weight loss of gelatin hydrogel membrane were calculated by the difference in weight of the material before and after immersion in SBF (Simulated Body Fluid). Scanning Electron Microscope (SEM) was used to analyze morphology of gelatin membrane. The result indicates that there was absorption of functional groups of gelatin i.e. hydroxyl groups, carbonyl groups, and amine groups. Based on the electrophoresis test, the molecular weight of gelatin hydrogel membranes A, B, and C was ranged around 150 kDa, while that of gelatin hydrogel membranes D was ranged between 76 to 150 kDa, which is considered to be able to control the diffusion process during gelatin hydrogel membrane application; as well as can improve mechanical strength and physical properties of the membrane. The tensile strength of gelatin hydrogel membranes was greater than that of the targeted tissues which is between 37,72 to 47,32 MPa. Percentage of age swelling of four gelatin hydrogel membranes with DHT method was around 314 to 1219% which are considered to be superabsorbent. The results of SEM show that the morphology of gelatin hydrogel membranes can be manipulated by varying the concentration of different gelatin. It is concluded that, gelatin hydrogel membrane with a mixture of commercially available gelatin and local gelatin can be fabricated with DHT process which results gelatin hydrogel membranes with potential to support peripheral nerve regeneration or to be used for other biomedical applications.

Kata Kunci : dehydrothermal treatment crosslinking (DHT), hidrogel, membran gelatin, sistem perancah