PENGEMBANGAN KOMPOSIT POLIVINIL ALKOHOL (PVA)–HIDROKSIAPATIT BOVINE DENGAN PENGUAT CATGUT DAN GLUTARALDEHID SEBAGAI CROSSLINKER UNTUK MATERIAL FIKSASI PATAH TULANG RAHANG

MOCHAMMAD TAHA MA'RUF, Prof. Dr. drg. Widowati Siswomihardjo, M.S.; Prof. dr. Marsetyawan HNES., M.Sc., Ph.D.; Ir. Alva Edy Tontowi, M.Sc., Ph.D.

2014 | Tesis | S3 Bioteknologi

Penggunaan alat fiksasi patah tulang telah menjadi prosedur rutin dengan menggunakan material yang kaku dan rigid dari logam seperti titanium. Kekuatan dan kekakuan yang terlalu tinggi dari material logam ini menyebabkan atropi tulang di bawahnya. Beberapa kekurangan lainnya menyebabkan perlunya operasi pengambilan kembali material fiksasi patah tulang. Material fiksasi patah tulang yang bisa diserap tubuh (biodegradable) berkembang untuk mengatasi kekurangan material fiksasi dari logam dan menghindari operasi sekunder tersebut. Penggunaan Polivinil Alkohol (PVA) meningkat pada beberapa aplikasi biomedis yang tidak membutuhkan kekuatan mekanis yang tinggi. Catgut yang selama ini digunakan sebagai benang untuk penjahitan luka yang bisa diserap tubuh, pada penelitian ini dianyam sehingga dapat berperan sebagai penguat (reinforcement). Material pengisi (filler) yang digunakan adalah hidroksiapatit (HA) bovine yaitu suatu material bioaktif dan osteokonduktif serta memiliki biokompatibilitas yang baik. Untuk meningkatkan kekuatan mekanis digunakan juga glutaraldehid sebagai crosslinker terhadap PVA. Tujuan penelitian adalah untuk mengetahui apakah komposit Polivinil Alkohol (PVA)–HA bovine dengan penguat catgut dan glutaraldehid sebagai crosslinker memiliki kekuatan mekanis yang memadai dan stabil untuk material fiksasi patah tulang rahang serta memiliki biokompabilitas yang baik tanpa menimbulkan efek toksisitas dan hipersensitivitas pada hewan coba setelah uji biodegradasi selama 30 dan 60 hari. Metode penelitian dilakukan dengan pembuatan spesimen uji tarik dan tekuk dalam beberapa konsentrasi. Uji biodegradasi in vitro dilakukan dengan cara perendaman spesimen uji dalam larutan posphate buffer saline (PBS) pH 7,4 pada suhu 37 oC selama 30 dan 60 hari. Uji berat spesimen, uji tarik dan tekuk, uji karakterisasi meliputi pengamatan FT-IR dan SEM, dilakukan sebelum dan sesudah perendaman. Selanjutnya dilakukan uji biokompatibilitas in vivo meliputi uji hipersensitivitas kontak tipe IV dan uji toksisitas setempat. Hasil penelitian menunjukkan terjadi sedikit penurunan rerata berat massa spesimen pada semua kelompok karena terlarutnya polimer PVA. Uji mekanis menunjukkan komposit PVA–HA bovine (60:40) fraksi berat dengan penguat catgut dan glutaraldehid sebagai crosslinker memiliki rerata kekuatan mekanis tertinggi yaitu kekuatan tarik 43,06±0,18 MPa dan kekuatan tekuk 46,04±2,57 MPa sebelum perendaman. Terjadi penurunan kekuatan tarik dan tekuk setelah perendaman selama 60 hari. Kekuatan mekanis tersebut masih berada di atas kekuatan otot pengunyahan yang menyebabkan tarikan dan tekukan tulang pada mandibula yang patah, yaitu sebesar 25 MPa. Hasil penelitian menunjukkan bahwa komposit PVA–HA bovine (60:40) fraksi berat dengan penguat catgut dan glutaraldehid sebagai crosslinker memiliki kekuatan mekanis yang memadai dan stabil sebagai material fiksasi patah tulang rahang setelah uji biodegradasi selama 30 dan 60 hari. Pengamatan FT-IR menunjukkan terjadinya peningkatan gugus fungsional komposit. Pengamatan SEM menunjukkan perubahan gambaran morfologi komposit PVA–HA bovine (60:40) fraksi berat dengan penguat catgut dan glutaraldehid sebagai crosslinker. Pengamatan FT-IR dan SEM tersebut menunjukkan terjadinya proses biodegradasi setelah perendaman selama 30 dan 60 hari. Uji biokompatibilitas menunjukkan bahwa material komposit ini tidak menimbulkan reaksi hipersensitivitas dan toksisitas pada hewan coba. Dapat disimpulkan bahwa material ini dapat dikembangkan sebagai material fiksasi patah tulang rahang yang dapat diserap tubuh sebagai pengganti titanium.

The use of bone fracture fixation devices has become routine procedure by using a rigid material such as titanium. The strength and stiffness of the material are too high causes atrophy of the underlying bone. Some other disadvantages led to the need for secondary surgery to remove the device. Biodegradable bone fracture fixation material developed to overcome the disadvantages of metal fixation and avoid secondary operations. Use of Polyvinyl Alcohol (PVA) increases in several biomedical applications that do not require high mechanical strength. In this study, catgut that has been used for absorbable suturing wounds has woven to act as a reinforcement. Bovine hydroxyapatite (HA) was used as filler material has a bioactive and osteoconductive materials and has a good biocompatibility. To improve the mechanical strength was also used glutaraldehyde as a crosslinker to the PVA. The aim of the study was to determine whether the catgut reinforced Polyvinyl Alcohol (PVA)–bovine HA composites and glutaraldehyde as a crosslinker having adequate and stable mechanical strength of bone fracture fixation material and has good biocompatibility without toxicity and hypersensitivity reactions in experimental animals after biodegradation tests for 30 and 60 days. Methods of research were obtained by the tensile and bending specimen tests with any concentrations. In vitro biodegradation test was performed by immersing the specimens in PBS solution of pH 7.4 at the 37 oC for 30 and 60 days. Specimen weight, tensile and bending strength, characterization included FT-IR and SEM studies were performed before and after immersion. Finally, in vivo biocompatibility tests, including type IV contact hypersensitivity and local toxicity tests were performed. The results showed there was a slight decrease of the specimen mass weight mean in all groups due to polymer PVA dissolved. Mechanical tests showed the catgut reinforced Polyvinyl Alcohol (PVA)– bovine HA (60:40) weight fraction composites and glutaraldehyde as a crosslinker had the highest mechanical strength mean, were 43.06±0.18 MPa in the tensile strength and 46.04±2.57 MPa in the bending strength before immersion. There were a decreased in the tensile strength and the bending strength after immersion for 60 days. The mechanical strength had still above the masticatory muscle strength which can lead to tensile and bending forces to mandibular bone fractures, about to 25 MPa. The results showed that the catgut reinforced Polyvinyl Alcohol (PVA)–bovine HA (60:40) weight fraction composites and glutaraldehyde as a crosslinker had adequate and stable mechanical strength as the bone fracture fixation material after biodegradation test for 30 and 60 days. The FT-IR characterization study showed functional groups increases of composites. SEM study showed the morphological changes of the catgut reinforced Polyvinyl Alcohol (PVA)–bovine HA (60:40) weight fraction composites and glutaraldehyde as a crosslinker. FT-IR and SEM studies showed the biodegradation process with polymer PVA dissolved after immersion for 30 and 60 days. The biocompatibility tests showed that the material had not caused hypersensitivity and toxicity reactions in experimental animals. It can be concluded that the composites can be developed for biodegradable bone fracture fixation material as titanium substituted.

Kata Kunci : biodegradabel, fiksasi, patah tulang, polivinil alkohol, hidroksiapatit, catgut.