i SKRIPSI EFEK VARIASI KOMPOSISI KONDROITIN SULFAT
advertisement
ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA SKRIPSI EFEK VARIASI KOMPOSISI KONDROITIN SULFAT TERHADAP KARAKTERISTIK KOMPOSIT SCAFFOLD KITOSAN-KONDROITIN SULFAT/HIDROKSIAPATIT SEBAGAI KANDIDAT BONE GRAFT TIA RAHAYU WIJAYANTI PROGRAM STUDI S-1 TEKNOBIOMEDIK DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS AIRLANGGA 2016 i SKRIPSI EFEK VARIASI KOMPOSISI... TIA RAHAYU WIJAYANTI ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA SKRIPSI EFEK VARIASI KOMPOSISI... TIA RAHAYU WIJAYANTI ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA SKRIPSI EFEK VARIASI KOMPOSISI... TIA RAHAYU WIJAYANTI ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA PEDOMAN PENGGUNAAN SKRIPSI Skripsi ini tidak dipublikasikan, namun tersedia di perpustakaan dalam lingkungan Universitas Airlangga, diperkenankan untuk dipakai sebagai referensi kepustakaan, tetapi pengutipan harus seizin penyusun dan harus menyebutkan sumbernya sesuai kebiasaan ilmiah. Dokumen skripsi ini merupakan hak milik Universitas Airlangga iv SKRIPSI EFEK VARIASI KOMPOSISI... TIA RAHAYU WIJAYANTI ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA SKRIPSI EFEK VARIASI KOMPOSISI... TIA RAHAYU WIJAYANTI ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA Tia Rahayu Wijayanti, 2016, Efek Variasi Komposisi Kondroitin Sulfat Terhadap Karakteristik Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit Sebagai Kandidat Bone Graft Skripsi ini di bawah bimbingan Dr. Aminatun, Ir., M.Si dan Dr. Prihartini Widiyanti, drg., M.Kes., Program Studi S1 Teknobiomedik, Departemen Fisika, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Airlangga, Surabaya. Abstrak Kasus bone defect di Indonesia karena patah tulang karena kecelakaan lalu lintas mencapai 24 juta kasus per tahun dan patah tulang karena osteoporosis mencapai 350.000. Bone defect dapat diatasi dengan menggunakan bone graft, scaffold merupakan salah satu bentuk bone graft yang sedang dikembangkan. Scaffold tri-komponen lebih efektif untuk teknik jaringan, beberapa bahan yang cocok yaitu kitosan, hidroksiapatit dan kondroitin sulfat karena biokompatibilitas, non-toksisitas, dan biodegradabilitas yang baik serta dapat diserap oleh tubuh. Tujuan penelitian ini untuk mengetahui efek penambahan kondroitin sulfat dan komposisi terbaik dari variasi komposisi kitosan-kondroitin sulfat/hidroksiapatit sebagai kandidat bone graft. Proses sintesis komposit scaffold menggunakan metode freeze dry. Hasil sintesis komposit scaffold kitosan-kondroitin sulfat/hidroksiapatit dilakukan karakterisasi (uji gugus fungsi, uji morfologi, uji porositas, uji biodegradasi dan uji sitotoksisitas). Hasil uji gugus fungsi terdapat gugus fungsi yang sesuai dengan material pembentuknya. Hasil uji morfologi didapatkan range ukuran pori 26-239 µm sesuai dengan ukuran pori scaffold yang ideal. Hasil uji porositas scaffold sebesar 90,06 - 93,48% sesuai dengan porositas tulang cancellous. Hasil uji biodegradasi terjadi penurunan massa pada setiap sampel dengan rentang 27,149 - 60,658%. Uji toksisitas menunjukkan kelima sampel komposit scaffold tidak bersifat toksik terhadap sel. Bedasarkan hasil karakterisasi ini, komposit scaffold kitosan-kondroitin sulfat/hidroksiapatit memiliki potensi sebagai bone graft dengan variasi terbaik pada sampel C yaitu 50:35:15 %wt. Kata kunci : scaffold, kitosan, kondroitin sulfat, hidroksiapatit, bone graft vi SKRIPSI EFEK VARIASI KOMPOSISI... TIA RAHAYU WIJAYANTI ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA Tia Rahayu Wijayanti, 2016, Variation Effects of Chondroitin Sulfate Composition of Characteristics Composite Scaffold Chitosan-Chondroitin Sulfate/Hydroxyapatite as Bone Graft Candidate, Thesis, under guidance of Dr. Aminatun, Ir., M.Si dan Dr. Prihartini Widiyanti, drg., M.Kes., Biomedical Engineering, Physics Department, Faculty of Sains and Technology, Airlangga University, Surabaya Abstract The case of bone defect in Indonesia because of fracture due to traffic accident reached 24 million cases per year and fracture due to osteoporosis reached 350,000 cases per year. Bone defect can be solved by using a bone graft, scaffold is one form of bone graft which is being developed. Tri-component scaffold is more effective for tissue engineering, some suitable materials such as chitosan, hydroxyapatite and chondroitin sulfate have good biocompatibility, nontoxicity, and biodegradability can be absorbed by the body. The purpose of this study are to determine the effect of the addition of chondroitin sulfate and the best composition variation of composition of chitosan-chondroitin sulfate / hydroxyapatite as a bone graft candidate. The synthesis process of composite scaffold using freeze dry method. Results from macufacture of composite scaffold of chitosan-chondroitin sulfate / hydroxyapatite characterization be characterized (functional group testing, morphology testing, porosity testing, in vitro biodegradation test and sytotoxicity testing). From functional group tests can be found functional groups according to its constituent material. Morphology test result obtained range 26-239 μm in pore size according to ideal pore size of scaffold. Porosity test of scaffold results the porosity is up to 90.06-93.48% according to the cancellous bone porosity. Biodegradation test showed that the mass of each sample decrease 27.149- 60.658%. in four weeks. Toxicity tests showed five composite samples of scaffold is non-toxic to cells. Based on the results of these characterizations, the composite scaffold chitosan-chondroitin sulfate / hydroxyapatite has potential ability as a bone graft with the best variation is sample C with 50:35:15 wt% variation. Key words : Scaffold, chitosan, chondroitin sulfate, hydroxyapatite, bone graft vii SKRIPSI EFEK VARIASI KOMPOSISI... TIA RAHAYU WIJAYANTI ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA KATA PENGANTAR Puji Syukur kehadirat Allah SWT berkat rahmat dan hidayah-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi berjudul “Efek Variasi Komposisi Kondroitin Sulfat Terhadap Karakteristik Komposit Scaffold KitosanKondroitin Sulfat/Hidroksiapatit Sebagai Kandidat Bone Graft” Terselesaikannya skripsi ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak yang telah mendorong dan membimbing penulis, baik tenaga, ide-ide, saran, maupun pemikiran. Oleh karena itu dalam kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih yang sebesar-besarnya kepada: 1. Yth Bapak Dr. Khusnul Ain, M.Si selaku Kepala Program Studi S1Teknobiomedik yang telah menyetujui dan menerima skripsi penulis. 2. Yth Ibu Dr. Aminatun, Ir., M.Si dan Ibu Dr. Prihartini Widiyanti, drg., M.Kes, S.Bio, CCD. Selaku dosen pembimbing yang telah menyediakan banyak waktu dan tenaga dalam membimbing proses pengajuan judul sampai dengan selesainya pembuatan skripsi ini. 3. Yth Bapak Drs. Djoni Izak Rudyardjo, M.Si. dan Ibu Endah Perwanti, S.Si., M.T., selaku dosen penguji skripsi yang telah menyediakan banyak waktu untuk memberikan kritik dan saran yang membangun kepada penulis sehingga menjadikan penelitian ini menjadi lebih baik lagi. 4. Yth seluruh Bapak/Ibu dosen S1-Teknobiomedik dan bapak penjaga laboratorium beserta staff prodi yang telah banyak membimbing dan memberikan ilmu pengetahuan kepada penulis. viii SKRIPSI EFEK VARIASI KOMPOSISI... TIA RAHAYU WIJAYANTI ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA 5. Seluruh keluarga tercinta, terutama kedua orang tua penulis yang selalu memberikan motivasi, dukungan serta doa yang tiada hentinya. 6. Seluruh keluarga Biomaterial Warriors : Azizah, Dede, Ewing, Hendita, Husni, Adanti, Sisty, Ica, Ludita, Dzihan, Qulub dan Hafid yang selalu memberikan dukungan, semangat dan doa untuk penulis. 7. Seluruh angkatan Teknobiomedik 2011 AIRBLAST : Amila, Zenny, Puput, Robiah, Angga, Niera dan seluruh teman-teman instrumentasi yang selalu mendukung, menyemangati dan menemani penulis selama 4 tahun. 8. Seluruh teman-teman S1-Teknobiomedik, kakak tingkat dan adik tingkat yang memberikan semangat dan membantu berdiskusi untuk penulis. 9. Keluarga Bu Melik terutama Ili dan Maria yang selalu memberikan semangat, doa, dukungan, menghibur dan menemani proses pengerjaan hingga selesai. 10. Terima kasih juga kepada teman seperjuangan : Ayu, Jauhar, Ayik, Brigita dan Lita yang selalu memberikan motivasi dan mendoakan penulis. Serta kepada pihak-pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu oleh penulis. Penulis menyadari skripsi ini masih banyak kekurangan dan jauh dari kesempurnaan, oleh karena itu kritik dan saran yang membangun dari berbagai pihak sangat penulis harapkan. Surabaya, 28 Januari 2015 Tia Rahayu Wijayanti ix SKRIPSI EFEK VARIASI KOMPOSISI... TIA RAHAYU WIJAYANTI ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA DAFTAR ISI Halaman LEMBAR JUDUL ................................................................................... i LEMBAR PENGESAHAN .................................................................... iii ABSTRAK ............................................................................................... vi ABSTRACT ............................................................................................. vii KATA PENGANTAR ............................................................................. viii DAFTAR ISI ............................................................................................ x DAFTAR GAMBAR ............................................................................... xiii DAFTAR TABEL.................................................................................... xv DAFTAR LAMPIRAN ........................................................................... xvi BAB I PENDAHULUAN ........................................................................ 1 1.1 Latar Belakang ................................................................. 1 1.2 Rumusan Masalah ............................................................ 7 1.3 Batasan Masalah............................................................... 7 1.4 Tujuan Penelitian.............................................................. 8 1.5 Manfaat Penelitian............................................................ 8 BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................................. 10 2.1 Tulang............................................................................... 10 2.1.1 Jenis Tulang ........................................................... 13 2.1.1.1 Berdasarkan Bentuk ................................... 13 2.1.1.2 Berdasarkan Bahan Pembentuknya ........... 15 2.1.2 Pembentukan Tulang (Osifikasi)............................ 15 x SKRIPSI EFEK VARIASI KOMPOSISI... TIA RAHAYU WIJAYANTI ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA 2.1.3 Regenerasi Tulang.................................................. 16 2.2 Scaffold ............................................................................. 22 2.3 Kitosan ............................................................................. 24 2.4 Hidroksiapatit ................................................................... 26 2.5 Kondroitin Sulfat .............................................................. 27 2.6 Metode Freeze Drying ...................................................... 28 2.7 Karakterisasi Sampel ........................................................ 29 2.7.1 Uji Gugus Fungsi ................................................... 29 2.7.2 Uji Morfologi ......................................................... 33 2.7.3 Uji Porositas ........................................................... 34 2.7.4 Uji In Vitro Biodegradasi ....................................... 35 2.7.5 Uji Sitotoksisitas (MTT Assay)............................... 35 BAB III METODE PENELITIAN ........................................................ 37 3.1 Waktu dan Tempat Pelaksanaan ...................................... 37 3.2 Bahan dan Alat Penelitian ................................................ 37 3.2.1 Bahan Penelitian..................................................... 37 3.2.2 Alat Penelitian ........................................................ 38 3.3 Prosedur Penelitian........................................................... 39 3.3.1 Persiapan Pembuatan Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit .............. 39 3.3.2 Sintesis Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit .............................................. 42 3.4 Karakterisasi Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit ..................................................... 44 3.4.1 Uji Gugus Fungsi ................................................... 44 3.4.2 Uji Morfologi ......................................................... 46 3.4.3 Uji Porositas ........................................................... 47 3.4.4 Uji In Vitro Biodegradasi ....................................... 48 3.4.5 Uji Sitotoksisitas .................................................... 50 xi SKRIPSI EFEK VARIASI KOMPOSISI... TIA RAHAYU WIJAYANTI ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN................................................. 54 4.1 Hasil Sintesis .................................................................... 54 4.2 Hasil Karakterisasi ........................................................... 55 4.2.1 Uji Gugus Fungsi ................................................... 55 4.2.2 Uji Morfologi ......................................................... 58 4.2.3 Uji Porositas ........................................................... 62 4.2.4 Uji In Vitro Biodegradasi ....................................... 65 4.2.5 Uji Sitotoksisitas .................................................... 69 4.3 Pembahasan ...................................................................... 72 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................................. 77 5.1 Kesimpulan....................................................................... 77 5.2 Saran ................................................................................. 78 DAFTAR PUSTAKA .............................................................................. 79 LAMPIRAN ............................................................................................. 85 xii SKRIPSI EFEK VARIASI KOMPOSISI... TIA RAHAYU WIJAYANTI ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Mikrostruktur Tulang Kortikal dan Tulang Cancellous ..............12 Gambar 2.2 Tahap Regenerasi Tulang ............................................................17 Gambar 2.3 Tahap Inflamasi Pada Regenerasi Tulang ...................................18 Gambar 2.4 Tahap Perbaikan (Reparatif) Pada Regenerasi Tulang ................20 Gambar 2.5 Pembentukan Kalus Tulang Pada Tahap Perbaikan ....................21 Gambar 2.6 Tahap Remodeling Pada Regenerasi Tulang ...............................22 Gambar 2.7 Struktur Kimia Kitosan ................................................................25 Gambar 2.8 Struktur Tiga Dimensi Hidroksiapatit .........................................26 Gambar 2.9 Struktur Kimia Kondroitin Sulfat ................................................27 Gambar 2.10 Alur Radiasi Inframerah Pada Spektroskopi Inframerah .............29 Gambar 2.11 Mekanisme Proses Analisis Sampel.............................................32 Gambar 2.12 Skema Scanning Electron Microscope (SEM).............................34 Gambar 3.1 Skema Penelitian Sintesis Komposit Sampel Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit ...................................40 Gambar 3.2 Pembuatan larutan kitosan dengan magnetic stirrer ...................39 Gambar 3.3 Pembuatan larutan kitosan-kondroitin sulfat/hidroksiapatit ........41 Gambar 3.4 Proses frezee-drying sampel komposit scaffold kitosankondroitin sulfat/hidroksiapatit ...................................................43 Gambar 3.5 Sampel Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin Sulfat/ Hidroksiapatit ..............................................................................43 Gambar 3.6 Pelet Sampel dengan Kalium Bromida ........................................45 Gambar 3.7 Instrumen Fourier Transform Infra Red (FTIR) .........................45 Gambar 3.8 Instrumen Scanning Electron Microscope (SEM) Inspect S50 ...46 Gambar 3.9 Proses coating sampel komposit scaffold ....................................47 Gambar 3.10 Proses Perendaman Sampel Komposit Scaffold dalam Ethanol 98% ................................................................................48 Gambar 3.11 Pembuatan Larutan Simulated Body Fluid (SBF) .......................49 xiii SKRIPSI EFEK VARIASI KOMPOSISI... TIA RAHAYU WIJAYANTI ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA Gambar 3.12 Sampel Komposit Scaffold pada Uji In Vitro Biodegradasi .......50 Gambar 3.13 (a) Proses Pemindahan Sel BHK-21 pada 96-micowell plate, (b) Peletakan Sampel pada 96-microwell plate ...........................51 Gambar 3.14 (a) Proses Pencucian dengan PBS, (b) Penambahan larutan MTT, (c) Penambahan Larutan DMSO (d) Pencampuran DMSO Menggunakan Shaker......................................................52 Gambar 3.15 Pembacaan Menggunakan Elisa Reader .....................................53 Gambar 4.1 Hasil Sintesis Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit....................................................................54 Gambar 4.2 Spektrum FTIR Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit....................................................................55 Gambar 4.3 Hasil Uji Morfologi Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit....................................................................60 Gambar 4.4 Persentase Porositas Sampel Komposit Komposit Scaffold Kitosan -Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit ..................................65 Gambar 4.5 Grafik Persentase Massa Hilang Sampel Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit ...................................67 Gambar 4.6 Grafik Persentase Viabilitas Sel Hidup Sampel Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit .....................71 Gambar 4.7 Grafik Hasil Analisis Data...........................................................73 xiv SKRIPSI EFEK VARIASI KOMPOSISI... TIA RAHAYU WIJAYANTI ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA DAFTAR TABEL Halaman Tabel 2.1 Sifat Mekanik Pada Tulang .........................................................13 Tabel 3.1 Nama Sampel Komposit Scaffold................................................42 Tabel 4.1 Daerah Serapan Gugus Fungsi Hasil FTIR Sampel Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit ....................57 Tabel 4.2 Diameter Pori Sampel Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit....................................................................61 Tabel 4.3 Persentase Porositas Sampel Komposit Scaffold KitosanKondroitin Sulfat/Hidroksiapatit .................................................64 Tabel 4.4 Persentase Massa Hilang Sampel Komposit Scaffold KitosanKondroitin Sulfat/Hidroksiapatit .................................................66 Tabel 4.5 Persentase Viabilitas Sel Hidup Pada Uji Sitotoksisitas Komposit Scaffold Kitosan-Kondroitin Sulfat/Hidroksiapatit ....69 Tabel 4.6 Data Hasil Penelitian ...................................................................72 xv SKRIPSI EFEK VARIASI KOMPOSISI... TIA RAHAYU WIJAYANTI ADLN - PERPUSTAKAAN UNIVERSITAS AIRLANGGA DAFTAR LAMPIRAN Halaman Lampiran 1 Pembuatan Sampel ......................................................................85 Lampiran 2 Proses Uji Gugus Fungsi .............................................................87 Lampiran 3 Hasil Uji Gugus Fungsi ...............................................................89 Lampiran 4 Proses Uji Morfologi ...................................................................90 Lampiran 5 Hasil Scanning Electron Microscope (SEM)...............................91 Lampiran 6 Hasil Uji Morfologi .....................................................................96 Lampiran 7 Analisis Data Uji Porositas ..........................................................97 Lampiran 8 Analisis Data Uji In Vitro Biodegradasi ......................................99 Lampiran 9 Proses Uji Sitotoksisitas ..............................................................104 Lampiran10 Data Hasil MTT Assay Pembacaan dengan Elisa Reader ...........107 Lampiran11 Analisis Uji Sitotoksisitas............................................................108 Lampiran12 Hasil Uji Sitotoksisitas ................................................................110 xvi SKRIPSI EFEK VARIASI KOMPOSISI... TIA RAHAYU WIJAYANTI
