Kerusakan atau kehilangan jaringan tulang dapat memengaruhi kemampuan seseorang dalam menjalankan aktivitas sehari-hari. Untuk memulihkan struktur dan fungsi tulang, tindakan medis terkadang memerlukan material pengganti yang dapat mengisi bagian yang rusak sekaligus mendukung pertumbuhan jaringan baru. Pengembangan berbagai material untuk memenuhi kebutuhan tersebut menjadi bahasan Prof. Ir. Muhammad Kusumawan Herliansyah dalam pidato pengukuhannya sebagai Guru Besar Fakultas Teknik Universitas Gadjah Mada (FT UGM) Bidang Ilmu Teknologi Pemrosesan Material di Balai Senat UGM, Kamis (5/11), berjudul “Pengembangan Material Hidroksiapatit untuk Aplikasi Biomaterial”.
Dalam pidatonya, Prof. Kusumawan menjelaskan bahwa perkembangan ilmu kedokteran dan teknologi biomaterial telah menghadirkan berbagai alternatif untuk menangani kerusakan maupun kehilangan jaringan tulang. Pada sejumlah kondisi klinis, cangkok tulang diperlukan untuk mengisi bagian tulang yang hilang, memperkuat struktur yang mengalami kerusakan, sekaligus menyediakan perancah (scaffold) bagi pertumbuhan jaringan tulang baru.
Menurutnya, material pengganti tulang tidak cukup hanya berfungsi sebagai pengisi ruang. Material tersebut juga harus mampu berinteraksi dengan tubuh dan mendukung proses regenerasi tulang.
“Pengganti material tulang yang ideal dituntut untuk memenuhi berbagai kebutuhan sekaligus mempunyai kompatibilitas yang baik,” jelasnya.
Kompatibilitas tersebut mencakup kemampuan material dalam mendukung osteokonduksi, yaitu proses yang memungkinkan pertumbuhan jaringan tulang baru pada permukaan material. Material juga perlu memungkinkan penetrasi sel dan pembentukan pembuluh darah, serta memiliki sifat fisik dan mekanik yang sesuai dengan fungsi jaringan yang digantikannya. Memenuhi seluruh karakteristik tersebut menjadi tantangan tersendiri dalam pengembangan biomaterial.
Prof. Kusumawan memaparkan bahwa berbagai sumber dan jenis material telah diteliti untuk memenuhi kebutuhan tersebut. Material cangkok tulang dapat berasal dari autograft, yaitu tulang yang diambil dari tubuh pasien sendiri, allograft yang berasal dari donor manusia lain, serta xenograft yang berasal dari spesies berbeda. Ketiga jenis material tersebut memiliki keunggulan biologis masing-masing, tetapi juga menghadapi keterbatasan, mulai dari ketersediaan material hingga kebutuhan prosedur tambahan.
Selain material biologis, pengembangan biomaterial juga memanfaatkan material rekayasa, seperti logam, polimer, dan keramik. Logam dan polimer menawarkan kekuatan mekanik serta kemudahan dalam proses pembentukan. Sementara itu, biokeramik memiliki karakteristik yang mendekati fase mineral penyusun jaringan keras tubuh.
Salah satu material biokeramik yang menjadi perhatian dalam penelitian tersebut adalah hidroksiapatit. Material dengan rumus kimia Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂ ini merupakan komponen mineral utama penyusun tulang dan gigi. Kemiripan karakteristiknya dengan mineral alami tulang menjadikan hidroksiapatit berpotensi dikembangkan sebagai material biomaterial.
“Hidroksiapatit memiliki biokompatibilitas yang baik, dapat berinteraksi dengan sel, mampu berinteraksi dengan tulang, serta memiliki sifat osteokonduktif dan mendukung pertumbuhan jaringan tulang baru,” paparnya.
Meskipun demikian, hidroksiapatit masih memiliki keterbatasan, terutama dari segi keandalan mekanik. Sebagai material keramik, hidroksiapatit cenderung memiliki sifat getas sehingga penggunaannya pada aplikasi yang menerima beban tinggi memerlukan perhatian khusus.
“Hidroksiapatit merupakan material keramik yang memiliki keterbatasan keandalan mekanik,” ungkapnya.
Kondisi tersebut menunjukkan bahwa pengembangan biomaterial tidak cukup hanya berfokus pada pemilihan komposisi kimia. Teknologi pemrosesan material turut menentukan karakteristik akhir dan kemampuan material dalam menjalankan fungsi yang diharapkan.
Prof. Kusumawan menjelaskan bahwa pengembangan material mengikuti hubungan antara proses, struktur, sifat, dan kinerja (processing–structure–properties–performance). Proses pemrosesan akan menentukan struktur material, struktur memengaruhi sifat yang dihasilkan, dan sifat tersebut pada akhirnya menentukan kinerja material ketika diaplikasikan.
Dalam pengembangan hidroksiapatit, misalnya, temperatur sintering, waktu pemanasan, ukuran partikel, dan metode pembentukan memengaruhi proses densifikasi serta struktur akhir material. Selain densitas, porositas juga menjadi karakteristik penting yang perlu dikendalikan.
Porositas berperan dalam menyediakan ruang bagi penetrasi jaringan dan pertumbuhan tulang baru. Namun, peningkatan porositas juga dapat memengaruhi kekuatan mekanik material. Oleh karena itu, pengembangan hidroksiapatit memerlukan keseimbangan antara derajat porositas, ukuran dan distribusi pori, morfologi, orientasi, serta interkonektivitas antarpori.
Karakteristik tersebut menentukan kemampuan material dalam mendukung interaksi dengan jaringan tulang. Dengan demikian, pengembangan hidroksiapatit tidak semata-mata diarahkan untuk menghasilkan material dengan satu sifat unggul, tetapi untuk memperoleh kombinasi karakteristik yang sesuai dengan kebutuhan aplikasinya.
“Rekayasa material tidak selalu mencari material paling tinggi, tetapi yang dibutuhkan adalah keseimbangan sifat yang paling tepat bagi fungsi yang harus dijalankan,” tuturnya.
Melalui pengembangan berbagai metode pemrosesan, Prof. Kusumawan menekankan bahwa setiap pendekatan rekayasa material perlu berangkat dari prinsip yang sama, yakni menyesuaikan karakteristik material dengan fungsi dan kebutuhan aplikasinya. Prinsip tersebut menjadi landasan dalam mengembangkan hidroksiapatit sebagai biomaterial yang tidak hanya memiliki kesesuaian biologis, tetapi juga karakteristik fisik dan mekanik yang mendukung regenerasi tulang.