konsentrasi kolagen tipe 2 dan aggrecan pada …journal.unair.ac.id/download-fullpapers-konsentrasi...
TRANSCRIPT
1
KONSENTRASI KOLAGEN TIPE 2 DAN AGGRECAN PADA DRIED
BOVINE CARTILAGE POWDER SEBAGAI SCAFFOLD
MESENCHYMAL STEM CELL
Dadang R. Sasetyo *, Dwikora N. Utomo ** *) Resident of orthopaedic and traumatology, Medical Faculty Airlangga University, dr Soetomo General Hospital Surabaya.
**) Staff and Senior Consultant of Orthopaedic and traumatology, Medical Faculty Airlangga University, dr Soetomo
General HospitalSurabaya.
ABSTRACT
Objective: To evaluate the freeze dried bovine cartilage powder (FDBC powder) as a
formula mesenchymal stem cell scaffold containing collagen type 2 and aggrecan.
Methods: Fresh bovine cartilage was harvested from adult, male ongole cattle. They were
divided into fresh bovine cartilage group and freeze dried bovine cartilage powder groups
who have been through freezing, drying and grinding process which produces three different
diameter <150,150-300 and >300 µm. All processing was performed at Biomaterial
installation and tissue bank of dr. Soetomo Hospital. After sonication procedure each
specimen was tested by Enzyme Linked Immunosorbent Assay (ELISA) protocols kit to
evaluate collagen type 2 and aggrecan concentration. Statistical analyses were performed
using one-way analysis of variance (ANOVA), and to analyze collagen type 2 and aggrecan
concentration comparison we performed non parametric Kruskall Wallis test. Subsequent
post-hoc comparisons were performed to detect significant differences (p<0.05).
Results: Levels of collagen type 2 on FDBC powder increased concentration (100,2%)
compared with fresh bovine cartilage, the result was statistically significant (p<0.05) for
group FDBC with diameter <150µm and 150-300µm. Levels of aggrecan on FDBC powder
decreased concentration compared with fresh bovine cartilage, the result was statistically
significant (p<0.05) for all group FDBC, despite the decline of less than 1%.
Conclusion: Freeze dried bovine cartilage powder as a formula scaffold mesenchymal stem
cells obtained containing extracellular matrix components, as evidenced by the obtainment
component of type 2 collagen and aggrecan in it.
Keywords: Freeze dried bovine cartilage powder, type 2 collagen, aggrecan, scaffold
mesenchymal stem cells.
2
PENDAHULUAN
Pesatnya kemajuan ilmu
pengetahuan dan taknologi di bidang
kedokteran membawa sekian banyak
dampak positif di masyarakat, salah satu
bukti nyata diantaranya adalah
meningkatnya usia harapan hidup. Dalam
satu dekade terakhir tercatat peningkatan
usia harapan hidup masyarakat Indonesia
dari usia 68 tahun menjadi 71 tahun, selain
itu apabila lebih detail kita perhatikan
ternyata rata – rata usia harapan hidup
pada wanita lebih tinggi (74 tahun)
dibandingkan pada laki-laki laki (68
tahun). Hal ini merupakan salah satu faktor
yang menyebabkan pergeseran pola
penyakit di masyarakat berupa tingginya
insiden penyakit degeneratif di
masyarakat, terutama pada wanita yang
secara umum memang memiliki usia
harapan hidup lebih tinggi dari laki – laki.1
Dalam sebuah studi epidemologi di
Australia ditemukan bahwa penyakit
arthritis diderita tidak kurang dari 15%
dari total populasi penduduknya, dengan
komposisi 60% penderitanya adalah
wanita. Sebagaimana kita ketahui bahwa
osteoarthritis merupakan penyebab paling
sering terjadinya kerusakan pada sendi,
tidak kurang 2 juta penduduk Amerika
Serikat menderita penyakit ini, atau 1 dari
13 orang di Amerika Serikat menderita
penyakit sendi akibat osteoarthritis ini,
dimana prevalensinya meningkat sampai
80% pada penduduk dengan usia
memasuki dekade ke-7.2
Modalitas terapi pada defek tulang
rawan sendi telah banyak berkembang,
pola penanganan telah mengalami
pergeseran dari terapi paliatif menuju
terapi definitif untuk mencapai target
regenerasi defek tulang rawan yang lebih
optimal. Tarapi konservatif yang dilakukan
berupa debridement dan lavage bertujuan
menghilangkan rasa nyeri dengan cara
membuang sumber gangguan mekanik
akibat kerusakan tulang rawan, modalitas
terapi konservatif ini belum bisa
menyelesaikan permasalahan defek tulang
rawan yang timbul setelahnya. Modalitas
terapi yang saat ini berkembang di bidang
rekayasa jaringan (tissue engineering)
berorientasi pada upaya regenerasi pada
defek tulang rawan sendi, modalitas terapi
yang bisa dibagi menjadi 3 kelompok
besar. Yang pertama terapi yang berbasis
pada upaya meningkatkan kemampuan
intrinsik untuk terjadinya regenerasi,
antara lain dengan cara melakukan
tindakan microfracture, drilling, dan
aberasion arthroplasty. Modalitas terapi
berikutnya berbasis pada transplantasi
jaringan dengan cara osteochondral
autograft dan mosaicoplasty, yang terakhir
bisa dengan cara rekayasa jaringan
menggunakan implantasi sel kondrosit
pada defek tulang rawan sendi.3
Ada beberapa faktor penting yang
harus dipenuhi untuk menghasilkan tingkat
regenerasi yang optimal dari proses
rekayasa jaringan yang dilakukan, yang
pertama adalah sel yang memiliki
kapasitas proliferasi yang baik sekaligus
mampu menghasilkan matriks tulang
rawan sendi, faktor berikutnya adalah
adanya biodegradable material atau
scaffold, dan yang terakhir adalah
terjadinya proses signaling biokimia dan
informasi genetik yang mengawal
terjadinya diferensiasi tulang rawan sendi.4
European Society of Biomaterials
Conference yang berlangsung pada tahun
1987 mendefinisikan biomaterial sebagai
“non-viable material’ yang yang
dimaksudkan untuk berhadapan dengan
sistim biologis dengan tujuan evaluasi,
pengobatan, menambah atau mengganti
3
jaringan, organ atau fungsi dari tubuh.
Seiring dengan kemajuan di bidang
rekayasa jaringan saat ini telah banyak
dijumpai biomaterial yang terbuat dari
bahan dasar sintetis maupun biologis.
Pengembangan tehnologi biomaterial ini
didasarkan pada kebutuhan pengembangan
rekayasa jaringan untuk membuat scaffold
yang sesuai untuk mendukung terjadinya
diferensiasi stem cell yang diharapkan.5
Rekayasa jaringan berbasis stem cell
saat ini menjadi alternatif terapi pada
kondisi patologis berupa defek pada tulang
rawan sendi baik disebabkan oleh trauma
maupun penyakit degenertif, diharapkan
dengan pendekatan ini akan terjadi
regenerasi yang optimal pada tulang rawan
sendi. Mesenchymal stem cell merupakan
sel induk yang bersifat multipotensial,
apabila berada dalaam scaffold yang
mendukung disertai dengan signaling
biokimia akan menghasilkan diferensiasi
stem sel yang baik untuk mengganti
jaringan tulang rawan yang rusak dengan
suatu jaringan hyaline-like cartilage.4
Scaffold yang memiliki sifat
biodegradable dan biocompatible disertai
dengan rancang bangun arsitektur yang
optimal akan mendorong untuk terjadinya
perlekatan stem cell, pertumbuhan dan
proliferasinya. Kecepatan degradasi yang
tepat akan menyebabkan scaffold bisa
digantikan oleh jaringan tulang rawan
yang baru terbentuk.5
Dalam penelitian ini kami berusaha
mencari bahan baru untuk menjawab
kebutuhan scaffold yang bisa digunakan
dalam tissue engineering pada articular
cartilage defect. Bahan dasar scaffold
tersebut adalah yang relatif mudah
diperoleh dan memungkinkan untuk
diproduksi secara lokal sehingga bisa
secara luas dipergunakan, sarta terjangkau
untuk masyarakat Indonesia, tetapi dengan
hasil yang optimal. Biomaterial yang
berasal dari bahan biologis memiliki
biokompatibilitas yang lebih tinggi dan
mempunyai potensi lebih besar untuk
terjadinya adhesi dengan jaringan tubuh
manusia dibandingkan dengan biomaterial
sintetis. Diharapkan dari penelitian ini bisa
memberikan solusi penyediaan scaffold
untuk rekayasa jaringan berbasis stem cell
dalam pengobatan defek tulanng rawan
sendi.6
METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini dilakukan dengan
menggunakan rancangan penelitian
eksperimental murni yang dilakukan pada
unit penelitian menggunakan rancangan
penelitian Pre and Post test control group
design,36
seperti bagan berikut:
4
Gambar 4.1. Rancangan Penelitian
Unit penelitian pada penelitian ini
adalah tulang rawan sendi lutut hewan
coba sapi jenis ongole berumur minimal
24 bulan.37
Pemilihan sampel penelitian
berdasarkan kriteria inklusi dan eksklusi.
Dari sejumlah sampel hewan coba sapi
yang ditetapkan diambil tulang rawan
sendi lututnya dan dijadikan unit sample
penelitian. Dilakukan pengukuran variabel
pada hewan coba sebelum dan setelah
diberikan perlakuan, setelah dilakukan
penggilingan, tulang rawan segar sendi
lutut sapi ini dilakukan proses sonication
kemudian dilakukan pengukuran kadar
kolagen tipe 2 dan aggrecanmenggunakan
metode ELISA. Selanjutnya pada unit
sampel tersebut dilakukan proses freezing,
drying dan grinding menghasilkan tiga
kelompok diameter powder ( < 150 µm,
150-300 µm, dan > 300 µm) lalu diukur
kembali kadar kolagen tipe 2 dan
aggrecan menggunakan metode ELISA.
Dilakukan pengambilan sampel dari
tulang rawan sendi lutut sapi tanpa
mengikut sertakan bagian tulang
subchondralnya. Sebagian dari sampel
tulang rawan segar ini dilakukan proses
grinding dan sonication kemudian
dilanjutkan dengan sentrifugasi sehingga
supernatannya bisa dievaluasi kadar
kolagen tipe 2 dan aggrecan menggunakan
metode ELISAyang spesifik untuk type 2
Unit
eksperimen
Freeze Dried Bovine
Powder (FDBC)
< 150 µm
Freeze Dried Bovine
Powder (FDBC)
> 300 µm
Freeze Dried Bovine
Powder (FDBC)
150-300 µm
Fresh
Bovine
Cartilage
E
L
I
S
A
Kolagen
Tipe 2
Aggrecan
Sonication Freezing
Drying
Grinding
Sonication
Sonication
Sonication
5
bovine collagen dan bovine aggrecan.
Setelah melalui proses pencucian dan
inkubasi dilakukan perhitungan jumlah
kandungan kolagen type 2 dan aggrecan
menggunakan ELISA reader.
Pada sebagian lain dari sampel yang
sama dilakukan prosedur freeze
drying,yang dibagi menjadi tiga tahap
yaitu pembekuan dari jaringan
(freezing)sampai mecapai suhu -80 derajat
celcius, dilanjutkan pengeringan primer
dengan cara sublimasi terhadap jaringan
yang membeku (primary drying), dan
akhirnya pengeringan sekunder untuk
membuang sisa-sisa air yang terkandung
dengan tehnik pemanasan (secondary
drying) seluruh tahapan ini selesai dalam
waktu 2 x 24 jam. Hasil akhir dari proses
ini adalah produk yang memiliki
kandungan airkurang dari 5% dari berat
kering. Dilanjutkan dengan grinding
menghasilkan tiga kelompok diameter
powder antara lain dengan dimeter ukuran
< 150 µm, 150-300 µm, dan >300 µm.
Kemudian dilakukan evaluasi kadar
kolagen tipe 2 dan aggrecan menggunakan
metode ELISA yang spesifik untuk kolagen
type 2 bovine dan aggrecan bovine.
Setelah melalui proses pencucian dan
inkubasi dilakukan perhitungan jumlah
kandungan kolagen type 2 dan aggrecan
dengan ELISA reader.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Kadar kolagen tipe 2
Kolagen tipe 2 merupakan
komponen kolagen paling dominan dalam
struktur tulang rawan sendi, komposisinya
mencapai 90% dibandingkan komponen
kolagen yang lain (kolagen tipe V, VI, IX,
X, XI) dengan fungsi utamanya
mempertahankan tensile strength struktur
tulang rawan sendi. Dari sinilah dasar dari
pemilihan komponen kolagen tipe 2
sebagai bahan yang kami uji, dimana
kolagen tipe 2 merupakan komponen yang
bisa mewakili keberadaan matriks
ekstraseluler dari tulang rawan sendi.4,9
Grafik 1.
Uji deskriptif kadar kolagen tipe 2 pada fresh cartilage, FDBC <150 μm, 150-300 μm, dan > 300 μm tampak ada
peningkatan meskipun kurang dari 1%.
164,6 164,7 164,8 164,9 165 165,1
Fresh Cartilgae
FDBC < 150 µm
FDBC 150-300 µm
FDBC > 300 µm
Kolagen Tipe 2
Kolagen Tipe 2
6
Pada grafik 1 kita melihat terjadi
peningkatan kadar kolagen tipe 2 pada
sediaan freeze dried bovine cartilage
powder dibandingkan fresh bovine
powder, hal ini bisa disebabkan oleh
hilangnya komponen air pada proses freeze
drying. Air adalah komponen terbesar
dalam tulang rawan sendi normal, antara
65% sampai 80% dari berat basah
jaringan, Kurang lebih 30% dari air ini
terdapat pada ruang intraseluler dan
sisanya terdapat di matriks ekstraseluler.
Pada tabel 8 kita melihat bahwa
peningkatan kadar kolagen tipe 2 terjadi
merata pada semua sampel pada kelompok
diameter powder <150 μm dan 150-300
μm, dan tidak signifikan pada sediaan >
300 μm, hal ini bisa dijelaskan dengan
hukum geometri dimana semakin kecil
diameter partikel maka permukaannya
akan semakin luas sehingga tingginya
ekspresi kolagen tipe 2 terjadi pada
diameter powder yang lebih kecil.41,42
Kadar Aggrecan
Aggrecan merupakan komponen
mayor kedua setelah kolagen tipe 2 pada
matriks ekstraseluler tulang rawan sendi.
Komposisi tulang rawan sendi bisa
diibaratkan sebagai “air tent construct”
dimana penyangga utama agar tenda
tersebut tetap bisa kokoh adalah
proteoglycan, proteoglycan adalah bagian
dari komponen matriks ekstraseluler yang
paling bertanggungjawab sebagai kerangka
yang menahan gaya shear dan stress pada
permukaan tulang rawan sendi. Aggrecan
menempati posisi paling dominan dari
komponen proteoglycan, 80-90% dari total
komponen proteoglycan adalah
aggrecan.43,44
Grafik 2.
Uji deskriptif kadaraggrecan pada fresh cartilage, FDBC <150 μm, 150-300 μm, dan> 300 μm tampak ada
penurunan pada semua sampel meskipun kurang dari 1%.
Pada grafik 2 tampak penurunan
kadar aggrecan pada sediaan freeze dried
bovine cartilage powder dibandingkan
fresh bovine powder. Apabila kita
bandingkan dengan kadar kolagen tipe 2
yang mengalami peningkatan, sebaliknya
0,955 0,96 0,965 0,97 0,975
Fresh Cartilgae
FDBC < 150 µm
FDBC 150-300 µm
FDBC > 300 µm
Aggrecan
Aggrecan
7
kadar aggrecan mengalami penurunan.
Hal ini sangat berhubungan dengan
anatomi dari aggrecan itu sendiri sehingga
lebih sulit untuk dipecah melalui proses
sonication.Sebagaimana peran utamanya
menjadi kerangka utama tulang rawan
sendi aggrecan memiliki rantai core
protein paling panjang dengan +150 ikatan
rantai chondroitin sulfate dan keratan
sulfate di dalamnya. Membuktikan bahwa
aggrecan merupakan macromolecule
penyusun matriks ekstraseluler tulang
rawan yang memiliki muatan negatif,
maka aggrecan memiliki potensi untuk
melakukan “self-adhesion” bila berada
pada lingkungan yang bermuatan positif
selain itu ikatan hydrogen pada
chondroitin sulfate dan glikosaminoglycan
juga meningkatkan potensi terjadinya
“self-adhesion”pada aggrecan yang akan
memperkuat strukturnya.44
Dengan tingginya angka kejadian
kerusakan sendi yang disebabkan oleh
penyakit degeneratif maupun trauma saat
ini, pendekatan terapi berbasis tehnologi
rekayasa jaringan menjadi kebutuhan yang
mendesak. Scaffold merupakan kerangka
yang berperan sebagai microenvironment
terhadap stem cell yang akan melakukan
adhesi, proliferasi, dan diferensiasi, yang
pada akhirnya menghasilkan jaringan yang
kita harapkan. Selain memenuhi kriteria
standar scaffold seperti biocompatible,
biodegradable, mendukung perlekatan sel
dan persyaratan dasar lainnya, scaffold
yang seharusnyakita pilih berasal dari
bahan yang menyerupai struktur matriks
ekstraseluler dari tulang rawan sendi
sehingga peran scaffold sebagai
microenvironment bisa kita dapatkan.11
Salah satu kendala yang dihadapi
adalah ketersediaan scaffold yang
merupakan komponen tidak tergantikan
dalam cell based therapy. Masalah yang
kita hadapi meliputi ketersediaan bahan
dasar untuk membuat scaffold sekaligus
peralatan dan tehnologi untuk mengolah
bahan dasar tersebut menjadi scaffold yang
siap pakai. Adapun dua hal tersebut
seandainya bisa terpenuhi kendala
berikutnya adalah biaya produksi yang
cukup tinggi menyebabkan bahan tersebut
tidak bisa terjangkau oleh masyarakat luas.
Bovine merupakan merupakan
hewan ternak yang cukup mudah
didapatkan di Negara Indonesia, tingginya
kapasitas konsumsi daging sapi di
masyarakat kita dipenuhi dengan kurang
lebih 3 juta ekor sapi per tahun
(Yati).45
Bovine articular cartilage, selain
mudah didapatkan juga memiliki
komponen morphogenic factor yang
dikenal dengan CDMP (cartilage derived
morphogenic proteins). Dengan demikian
selain memenuhi fungsi dasar scaffold
sebagai kerangka attachment dari
mesenchymal stem cell, kita juga akan
mendapatkan keuntungan material lain
dari kandungan komponen matriks
ekstraseluler tulang rawan sendi yang
berasal dari Bovine articular cartilage ini
berupa kolagen tipe 2, aggrecan serta
komponen matriks ekstraseluler lain di
dalamnya.46,47
Matriks ekstraseluler secara
mendasar memiliki peran penting dalam
regenerasi sel dan jaringan, termasuk
dalam aplikasi tissue engineering perannya
sangat dibutuhkan. Secara umum
persyaratan yang dibutuhkan dalam tissue
engineering meliputi tiga hal antara lain
adalah sel, scaffold dan signaling process
dimana semua komponen itu disusun
sedimikian rupa sehingga menyerupai
regenarasi natural yang terjadi pada sel,
jaringan dan organ. Dalam
perkembangannya scaffold menjadi salah
satu komponen penting yang berperan
8
sebagai microenvironment yang dirancang
sedemikian rupa sehingga memberikan
mileu yang optimal kepada stem cell untuk
melakukan proliferasi dan diferensiasi,
sehubungan dengan itu maka scaffold
harus diupayakan untuk memiliki
komposisi seperti matriks ekstraseluler
untuk mendukung terjadinya regenerasi sel
dan jaringan.48
Schulz et.al. menyatakan bahwa
scaffold merupakan kerangka awal yang
bersifat temporer sebagai media perlekatan
dari stem cell, seiring berjalannya proses
proliferasi dan diferensiasi stem sell akan
mensintesa matriks baru. Dalam proses ini
scaffold bukan hanya berperan sebagai
mechanical cues namun scaffold
merupakan biochemical cues yang menjadi
cetakan terhadap matriks baru yang akan
dihasilkan oleh stem cell. Hal Ini juga
merupakan salah satu dasar keunggulan
dari natural scaffold dibandingkan
syntethic scaffold, pada natural scaffold
akan memiliki peran tambahan dalam segi
biochemical cuesdibandingkan syntethic
scaffold yang memiliki peran dominan
dalam konstruksi mekaniknya saja.34,49
Penggunaan scaffold yang berasal
dari bovine articular cartilage pada
penelitian ini ditujuakan selain untuk
memberikan kerangka mekanik juga
menjadi microenvironment bagi stem cell,
kandungan matriks ekstraseluler bovine
articular cartilage berupa kolagen tipe 2
dan aggrecan diharapkan masih memiliki
kadar yang cukup tinggi sehingga fungsi
sebagai biochemical cues masih cukup
optimal.
Reddi et.al. dalam studinya
menggunakan metode reverse
transcription–polymerase chain reaction
menemukan komponen Cartilage Derived
Morphogenic Protein (CDMP) atau biasa
disebut sebagai growth differentiation
factor-5 (GDF-5) dalam bovine articular
cartilage. Proses developmental cascade
dari cartilage morphogenesis dimulai dari
migrasi sel, proliferasi sel, aggregasi dan
chondrogenesis yang ditandai dengan
terbentuknya kolagen tipe 2 sebagai
komponen terbesar matriks ekstraseluler,
merupakan proses biokimiawi dimana
CDMP memiliki peran utama di dalamnya.
Dalam proses chondrogenesis CDMP
berikatan dengan reseptor BMP (BMPR-
1A dan MBPR-1B) pada membran sel
yang difasilitasi oleh threonine kinase,
selanjutnya proses berjalan melalui Smad
pathway. Hal inilah yang menjadi dasar
kami memilih bovine cartilage powder
sebagai alternatif bahan dasar scaffold
untuk tissue engineering pada regenerasi
tulang rawan sendi, selain memiliki peran
primer sebagai scaffold dalam trias tissue
engineering penggunaan bovine cartilage
powder memberikan kontribusi penting
dalam signaling chondrogenesis.47,50
Komponen scaffold yang berbentuk
tiga dimensi akan memberikan lingkungan
yang baik terhadap perlekatan, proliferasi
dan diferensiasi stem sel. Dalam penelitian
ini digunakan tiga macam ukuran diameter
freeze dried bovine cartilage powder,
ukuran dari powder ini juga ikut
menentukan perannya sebagai scaffold
dimana selain berperan sebagai media
perlekatan sel, scaffold harus mampu
melakukan retensi terhadap matrix
molecules baru yang dihasilkan oleh sel
tersebut. Semakin kecil diameter pori atau
komponen penyusun scaffold yang dipakai
akan memberikan kapasitas retensi yang
lebih baik terhadap matriks ekstraseluler
baru yang dihasilkan oleh sel. Dengan
demikian proses regenerasi akan lebih
cepat tercapai, dalam hal ini pengunaan
freeze dried bovine cartilage powder juga
memberikan keuntungan dimana bahan
9
scaffold yang digunakan merupakan bahan
alami yang mengandung komponen
matriks ekstraseluler akan memberikan
lingkungan yang kondusif di awal proses
implantasi dan diferensiasi sampai pada
akhirnya sel memproduksi matriks yang
baru.31,51
Ukuran scaffold merupakan variable
yang cukup penting, apabila ukuran pori
yang terbentuk terlalu kecil akan
menyebabkan terganggunya migrasi sel,
terhambatnya proses difusi nutrisi dan
pembuangan bahan metabolism dari sel.
Demikian pula sebaliknya apabila
ukurannya terlalu besar akan mengurangi
luas permukaan yang tersedia untuk
perlekatan stem cell pada scaffold. Murphy
et.al. mengatakan bahwa diameter pori
scaffold optimal yang berkisar antara
85m–325m akan memfasilitasi
terjadinya attachment pada fase awal
sekaligus memungkinkan untuk terjadinya
difusi nutrisi dan pembuangan hasil
metabolism sel. Zang et.al. menyatakan
bahwa rentang diameter scaffold yang
berkisar antara 100m–300m akan
memberikan lingkungan yang optimal
untuk terjadinya proliferasi sel dengan
tetap memiliki peran untuk melakukan
retensi terhadap matriks ekstraseluler yang
diproduksi oleh sel. Scott et.al.
menyebutkan faktor lain yang tidak kalah
penting adalah bagaimana scaffold yang
dibuat bias memadukan fungsi sebagai
kerangka mekanik yang cukup kokoh
namun tetap bisa memberikan ruang untuk
terjadinya transportasi elemen biologis
bisa berjalan dengan baik di
dalamnya.7,13,34,52
Dalam studi yang lain Shelly et. al.
meneliti tentang kemampuan migrasi sel di
dalam konstruksi scaffold, dimana semakin
tinggi mobilitas sel akan mempercepat
terjadinya integrasi jaringan baru diantara
scaffold. Sehinggan konstruksi scaffold
yang terlalu “stiff” kurang
menguntungkan karena akan membatasi
kecepatan migrasi sel untuk membentuk
jaringan yang baru. Rancang bangun
scaffold hendaknya cukup memberikan
ruang sehingga chondrocyte yang
memiliki ukuran 9m–10m bisa bergerak
secara bebas, termasuk juga harus tersedia
ruang yang cukup untuk deposisi matriks
baru yang dihasilkan oleh chondrocyte
tersebut, apabila semua persyaratan
tersebut dipenuhi maka integrasi jaringan
yang baru bisa dicapai lebih cepat.26,5
KESIMPULAN DAN SARAN
Kesimpulan
Freeze dried bovine cartilage
powder sebagai formula scaffold
mesenchymal stem cell didapatkan
mengandung komponen matriks
ekstraseluler, yang dibuktikan dengan
didapatkannya komponen kolagen tipe 2
dan aggrecan didalamnya.
Kadar kolagen tipe 2 pada freeze
dried bovine cartilage powdermengalami
peningkatan dibandingkan dengan fresh
bovine cartilage. Hal ini bisa disebabkan
oleh berkurangnya kadar air setelah
mengalami proses freezing dan drying.
Kadar aggrecan pada freeze dried
bovine cartilage powdermengalami
penurunan dibandingkan dengan fresh
bovine cartilage. Hal ini bisa disebabkan
oleh kuatnya ikatan struktur aggrecan
menyebabkan lebih sulit diurai pada tahap
sonication, meski secara keseluruhan
penurunan yang terjadi kurang dari 1%.
Saran
Freeze dried bovine cartilage
powdermemiliki potensi untuk digunakan
sebagai formula scaffold mesenchymal
10
stem cell dalam regenerasi defek tulang
rawan sendi. Masih diperlukan penelitian
yang lebih lanjut untuk menguji kelayakan
freeze dried bovine cartilage powder
sebagai formula scaffold mesenchymal
stem celldalam regenerasi defek tulang
rawan sendi.
DAFTAR PUSTAKA
1. Heriawan R; Perkembangan Indikator
Utama Sosial Ekonomi Indonesia;
Subdirektorat Layanan dan Promosi
Statistik Badan Pusat Statistik
Indonesia; ISSN: 2085.5664 ; Mei
2011, Jakarta-Indonesia
2. Deborah Symmons, Colin Mathers,
Bruce Pfleger; Global burden of
osteoarthritis in the year 2000;
Epidemiology Unit, University of
Manchester, WHO Geneva, United
Kingdom, 2001
3. Asheesh Bedi, Brian T. Feeley, Riley
J. Williams, Management of Articular
Cartilage Defects of the Knee; Journal
of Bone and Joint Surgery, Am. 2010;
92:994-1009./JBJS.I.00895
4. Claire V, Carine Bouffi, Christophe
Merceron, Jan Gordeladze, Jean-Marc
Brondello, Christian Jorgensen, Pierre
Weiss, Jérome Guicheux, Danièle
Noël; Cartilage Tissue Engineering:
Towards a Biomaterial-Assisted
Mesenchymal Stem Cell Therapy;
Current Stem Cell Research &
Therapy, , 4, 318-32; Hospital
Lapeyronie, Montpellier, Bentham
Science Publishers Ltd, France2009
5. M. Wessling, D. Stamatialis, K.
Boller, C.A. van Blitterswijk, D.W.
Grijpma; Design Strategies for Tissue
Engineering Scaffolds; 2009, Bernke
Papenburg, Enschede, The
Netherlands
6. Myron Spector; Biomaterials-Based
Tissue Engineering And Regenerative
Medicine Solutions To
Musculoskeletal Problems Tissue
Engineering, Boston Healthcare
System, And Orthopaedic Research
Laboratory, Harvard Medical School,
Boston, USA, Swiss Med Wkly 2006
;136:293–301.
7. Scott J. Hollister ; Porous scaffold
design for tissue engineering Is At
The Scaffold Tissue Engineering
Group, Departments Of Biomedical
Engineering, Surgery and Mechnical
Engineering,The University of
Michigan, Ann Arbor, Michigan
41809, USA
8. Pietrzak W.S, Charles A. Vacanti,;
Musculoskeletal Tissue Regeneration
Biological Materials and Methods ;
Department of Bioengineering,
University of Illinois at Chicago,
2008, Humana Press, Springer
Science Business Media.
9. Buckwalter J.A., Einhorn T.A., Simon
S.R. Orthopaedic Basic Science,
Biology and Biomechanics of the
Musculoskeletal System; 2nd
Edition;
American Academy of Orthopaedic
Surgeon, 2000
10. Meyer Ulrich, Wiesmann Hans Peter,
Thomas Meyer; Bone and Cartilage
Engineering; Heinrich Heine
University, Dusseldorf, Germany.
Springer Verlag Berlin Heidelberg,
2006.
11. Unsworth JM, Grant DM, Rose FRAJ,
Silva MC, Cyster LA, Howdle SM,
Scotchford CA and Shakesheff KM.
Novel porous scaffolds for cartilage
11
and bone tissue engineering. Presented
at Tissue Engineering: Prospects,
Challenges and Opportunities for
Exploitation meeting, Leeds (UK),
February 2004.
12. Richard Tuli, Wan-Ju Li and Rocky S
Tuan; Current state of cartilage tissue
engineering; Cartilage Biology and
Orthopaedics Branch, National
Institute of Arthritis and
Musculoskeletal and Skin Diseases,
Department of Health and Human
Services, National Institutes of Health,
Bethesda, Maryland, USA, 2003.
13. Zhang, Wei Fan, Zhao Cheng Ma
;The effects of pore architecture in
silk fibroin scaffolds on the growth
and differentiation of mesenchymal
stem cells, Biomedical Engineering
School, Wuhan University,China;
2003
14. Mauro Krampera, Giovanni Pizzolo,
Giuseppe Aprili, Massimo Franchini ;
Mesenchymal stem cells for bone,
cartilage, tendon and skeletal muscle
repair; Department of Clinical and
Experimental Medicine, University of
Verona, Italy, 2006
15. Caplan A., Goto T., Wakitani S.,
Pineda S., Haynesworth S., and
Goldberg V. 1991. Cell based
technologies for cartilage repair. In:
Knee Joint Instability. AAOS
Symposium Proceedings, Scottsdale,
Arizona.
16. Redman S. N., Oldfield S. F. And
Archer C. W. Current Strategies For
Articular Cartilage Repair; Cardiff
Institute Of Tissue Engineering And
Repair, Cardiff School Of
Biosciences, Museum Avenue,
Cardiff, Wales, European Cells and
Materials Vol. 9. 2005,P. 23-32
17. Gwendolenc Reilly A, Adam J.Engler;
Intrinsic Extracellular Matrix
Properties Regulate Stem Cell
Differentiation; Department of
Engineering Materials, The Kroto
Research Institute, University of
Sheffield, UK, 2009
18. Vunjak-Novakovic G. 2003. The
fundamentals of tissue engineering:
scaffolds and bioreactors. In: Tissue
Engineering of Cartilage and Bone
(Novartis Foundation Symposium).
Editors: Bock G and Goode J. John
Wiley & Sons Ltd, Chichester, 249,
34-51.
19. Wakitani S, Goto T, Pineda SJ, Young
RG, Mansour JM, Caplan AI,
Goldberg VM.1994. Mesenchymal
cell based repair of large, full-
thickness defects of articular cartilage.
J Bone Joint Surg Am 76: 579-592.
20. Salter MB. 2004. Textbook of
Disorders and Injuries of the
Musculoskleletal System. 2nd
ed.
Baltimore : Waverly Press Inc.p. 6 –
25. Tissue Engeneering, Journal of
Bone and Joint Surgery; 86 : 1541-
1557
21. Miller Mark D, Jennifer A Hart;
Review of Orthopaedics Fifth Edition,
2008; Department of Orthopaedic
Surgery, Head Division of Sports
Medicine, University of Virginia,
Charlottesville, Virginia
22. Akeson WH, Amiel D, Gershuni DH.
1996. Articular Cartilage Physiology
and Metabolism. In: Resnick D, ed.
Diagnosis of Bone and Joint
Disorders. 3rd
ed. Philadelphia:
Saunders WB.p.769 – 90.
23. Mankin HJ, Mow VC, Buckwalter JA.
1995. Form and Function of Articular
Cartilage. In: Simon SR, ed.
12
Orthopaedic Basic Science. Ohio :
AAOS.p. 1 – 55.
24. Canale S. Terry , Harold B. Boyd,
James H. Beaty Campbell's Operative
Orthopaedics Chapter 43,Articular
Cartilage Injuries, Eleventh Edition,
Mosby Elsevier, 2007
25. Scott W. Norman, Fred D. Cushner,
David R. Diduch, Andrew G. Franks;
Insall & Scott Surgery Of The Knee ; Insall Scott
Kelly Institute For Orthopaedics And
Sports Medicine, New York, 2012 By
Churchill Livingstone, Elsevier Inc, Philadelphia
26. Bac V. Nguyen, Qi Guang Wang,
Nicola J. Kuiper; Biomechanical
properties of single chondrocytes and
chondrons determined by
micromanipulation and finite-element
modelling, Journal of the royal
society; 2010
27. Huckle J, Dootson G, Medcalf N,
McTaggart S, Wright E, Carter A,
Schreiber R, Kirby B, Dunkelman N,
Stevenson S, Riley S, Davisson T and
Ratcliffe A. Differentiated
chondrocytes for cartilage tissue
engineering. In: Tissue engineering of
cartilage and bone (Novartis
Foundation Symposium). Editors:
Bock G and Goode J. John Wiley &
Sons Ltd, Chichester, 249, 103-117
(2003).
28. Kafienah W, Jakob M, Démarteau O
,Frazer A, Barker MD, Martin I and
Hollander AP. Three-dimensional
tissue engineering of hyaline cartilage:
comparison of adult nasal and
articular chondrocytes. Tissue
Engineering, 8(5), 817-526 (2002).
29. Chen FH, Song Li, Mauck RI, Li WJ,
dkk (2007). Mesenchymal Stem Cells.
In Principles of Tissue Engineering.
3rd
Eddition. (Edited by Lanza R,
Langer R, Vacanti J). Elsevier
Academic Press, London: 823-843.
30. Murphy Ciara M, Fergal J. O’Brien;
Understanding the effect of mean pore
size on cell activity in collagen-
glycosaminoglycan scaffolds
Department of Anatomy ; Centre for
Bioengineering; Royal College of
Surgeons in Ireland
31. S.Grad, K.Gorna, Scaffolds for
Cartilage Tissue Engineering: Effect
of Pore Size, Journal of Biochemistry
& Cell Biology, European Cells and
Materials Vol. 7, 2004.
32. Shelly R. Peyton, Z. Ilke Kalcioglu,
Joshua C. Cohen, Anne P. Runkle;
Marrow-Derived Stem Cell Motility
in 3D Synthetic Scaffold Is Governed
by Geometry Along With Adhesivity
and Stiffness; Department of
Biological Engineering,
Massachusetts Institute of
Technology, Cambridge,
Massachusetts
33. Ferdiansyah, 2007. Use of Freeze-
Dried Irradiated Bones in Orthopaedic
Surgery. In Radiation in Tissue
Banking Basic Science and Clinical
Applications of Radiated Tissue
Allografts (edited by Nather A, Yusof
N, Hilmy N). World Scientific,
Singapore: 317-326.
34. Schulz R, Stephanie Hohle, Goran
Zernia, Matthias Zscharnack; Analysis
of Extracellular Matrix Production in
Artificial Cartilage Constructs by
Histology, Immunocytochemistry,
Mass Spectrometry, and NMR
Spectroscopy; Journal of Nanoscience
and Nanotechnology Vol.6, 2006;
Department of Cell Techniques and
Applied Stem Cell Biology,
University of Leipzig, Germany
35. Reddi A.H. ; Cartilage morphogenetic
13
proteins: role in joint development,
homoeostasis, and regeneration;
Centre for Tissue Regeneration and
Repair, Department of Orthopaedic
Surgery, University of California,
Davis School of Medicine,
Sacramento, California 95817, USA;
Annals of the Rheumatic Disease
2003; 62:73–78
36. Mason Robert L., Richard F. Gunst,
James L. Hess; Statistical Design and
Analysisof Experiments With
Applications to Engineering and
Science, Second Edition, 2003,
Published by John Wiley & Sons, Inc.,
Hoboken, New Jersey.USA
37. Prihatman Kemal; Budidaya Ternak
Sapi Potong, Proyek Pengembangan
Ekonomi Masyarakat Pedesaan,
Kantor Menteri Negara Riset Dan
Teknologi, Deputi Bidang
Pendayagunaandan Pemasyarakatan
Iptek, Jakarta, Maret 2000
38. Retamal C.A., Paula Thiebaut, Elias
W. Alves, Protein Purification from
Polyacrylamide Gels by Sonication
Extraction; Analytical Biochemistry
268, 15–20 (1999), available online at
http://www.idealibrary.com.
39. Misonix Incorporated; Ultrasonic
Liquid Processor Operation Manual;
New Highway, Farmingdale, Ny
11735 U.S.A. Available Online at
http://www.misonix.com
40. Rosenthal Louis, University of
Wisconsin (Madison) Medical School
Morris Institute, Biosource-Brand
Elisa AndPhosphoelisa™ Assays.
©2007 Invitrogen Corporation
Available, Online at
http://www.invitrogen.com
41. Alan Rawle; Basic Principles Of
Particle Size Analysis; Malvern
Instruments Limited, Enigma
Business Park, Grovewood
Road,Malvern, Worcestershire,
Uppsala
42. J.Y. Lim and H.J. Donahue
Biomaterial characteristics important
to skeletal tissue engineering;
Division of Musculoskeletal Sciences,
Department of Orthopaedics and
Rehabilitation and Center for
Biomedical Devices and Functional
Tissue Engineering, College of
Medicine, Pennsylvania State
University, Hershey, PA, USA,J
Musculoskel Neuron Interact 2004;
4(4):396-398
43. Cheryl B. Knudson,Warren Knudson;
Cartilage Proteoglycans In Cell &
Developmental Biology, Vol. 12,
2001: Pp. 69–78
44. Lin Han, Delphine Dean,y Laura A.
Daher, Alan J. Grodzinsky, Christine
Ortiz; Cartilage Aggrecan Can
Undergo Self-Adhesion; Department
of Materials Science and Biological
Engineering; Massachusetts Institute
of Technology, Cambridge.
Massachusetts Biophysical Journal
Volume 95 November 2008 4862–
4870
45. Yati Nuryati, Muhammad Fadhel
Jamali, Tinjauan Pasar Daging Sapi
November 2011;Tim Komoditi
Spesialis Daging Sapi Kementerian
Perdagangan Republik Indonesia
Oktober 2011
46. Reddi A. H.; Cartilage morphogenetic
proteins: role in jointdevelopment,
homoeostasis, and regeneration;
Annals of The Rheumatic Disease;
The European League Against
Rheumatism Journal,2003;62; pg73–
78
47. Reddi A.H.;Morphogenesis and
Tissue Engineering of Bone and
14
Cartilage: Inductive Signals, Stem
Cells, and Biomimetic Biomaterials;
Mary Ann Liebert, Inc. Volume 6,
Number 4, 2000
48. Noriyuki Tsumaki, Takanobu Nakase,
Takahiro Miyaji, Masaaki Kakiuchi;
Bone Morphogenetic Protein Signals
Are Required For Cartilage Formation
And Differently Regulate Joint
Development During Skeletogenesis;
Journal Of Bone And Mineral
Research Volume 17, Number 5,
2002; American Society For Bone
And Mineral Research.
49. Wallenius Janne; Bone
Morphogenetic Proteins In Tissue
Engineering Basics For Biosystems
Of the Cell ; helsinki university of
technology; 2007
50. Luyten FP, Yu YM, Yanagishita M,
Vukicevic S, Hammonds RG, Reddi
AH. Natural bovine osteogenin and
recombinant human bone
morphogenetic protein-2B are
equipotent in the maintenance of
proteoglycans in bovine articular
cartilage explant cultures. J Biol
Chem1992;267:3691–5.
51. Farida Djouad, Bruno Delorme,
Marielle Maurice, Claire Bony,
Florence Apparailly,Christian
Jorgensen; Microenvironmental
changes during differentiation of
mesenchymal stem cells towards
chondrocytes ; Arthritis Research &
Therapy Montpellier, France; 2007
BioMed Central Ltd.
52. Rik J.U. Lories and Frank P. Luyten;
Bone Morphogenetic Protein signaling
in joint homeostasis and disease;
Laboratory for Skeletal Development
and Joint Disorders, Department of
Rheumatology, 2004; University
Hospitals Leuven, Katholieke
Universiteit Leuven, Belgium.
53. J. Jancar, A. Slovíkova, E. Amler, P.
Krupa, H. Kecova, L. Planka, P.A
Mechanical Response of Porous
Scaffolds for Cartilage Engineering;
Institute of Materials Chemistry,
University Of Technology,
Department of Biophysics,Medical
Faculty, Charles University, Prague ;
Physiol. Res. 56 (Suppl. 1): S17-S25,
20