Potensi Sisik Ikan Sebagai Biomaterial Bone Graft

Oleh Noer Ulfah drg., M.Kes., Sp.Perio (K)

Penyakit periodontal adalah infeksi yang sering dijumpai di dalam rongga mulut dan berdampak pada kerusakan jaringan periodonsium. Inflamasi dapat berhenti hanya pada gingiva akan mengakibatkan gingivitis, atau meluas ke periodontal ligament dan tulang alveolar sehingga terjadi periodontitis. Apabila pada keadaan tersebut tidak dilakukan perawatan maka gigi akan goyang dan keadaan akan berakhir dengan kehilangan dari gigi geligi. Kerusakan jaringan periodonsium ini membutuhkan perawatan regeneratif untuk meningkatkan dimensi tulang yang hilang. Tulang adalah struktur yang kompleks namun dinamis dengan potensi regeneratif yang luar biasa. Akibatnya, Rekayasa Jaringan Tulang terus menjadi sub-bidang studi yang populer dalam kedokteran regeneratif dan kedokteran gigi.¹

Perawatan periodontitis ditujukan untuk tercapainya regenerasi jaringan periodontal yaitu terbentuknya sementum dan tulang alveolar baru, perlekatan serabut ligamen periodontal yang fungsional serta gingiva yang normal². Berbagai macam tehnik bedah periodontal regeneratif dan rekronstruktif telah diperkenalkan untuk mencapai hasil perawatan berupa regenerasi periodontal, baik dengan menggunakan bahan graft maupun tanpa bahan graft. Bahan graft yang banyak digunakan dibidang perio adalah berasal dari bovine. Namun terapi regenerative dan rekonstruktif saat ini belum mampu untuk memberikan hasil perawatan regenerasi jaringan periodontal yang menyeluruh dan dapat di prediksi hasilnya, terutama pada kasus defek periodontal yang parah³.

Gold standard dari bone graft untuk rekonstruksi kerusakan tulang adalah autograft, akan tetapi autograft ini mempunyai keterbatasan yang signifikan seperti kurangnya ketersediaan bahan transplantasi, morbiditas daerah donor, keradangan dan resorbsi tulang. Penggunaan allograft dapat mengatasi keterbatasan autograft walaupun kedua alternatif tersebut juga mempunyai keterbatasan dalam imunogenitas maupun osteoinduktivitasnya⁴.   Berbagai macam biomaterial bone graft saat ini digunakan sebagai scaffold, termasuk kolagen, hidroksiapatit (HA), β-trikalsium fosfat (β-TCP), kalsium-fosfat, dan keramik kaca. Bone graft dapat didefinisikan sebagai kombinasi biomaterial sintetis, anorganik, dan organik yang dapat digunakan untuk pengobatan defek dan bukan tulang autogenus atau tulang allogenus⁵.

FSHA (fish scale hydroxyapatite) merupakan biomaterial yang menjanjikan untuk pengawetan tulang alveolar, menunjukkan biokompatibilitas yang sangat baik, potensi osteogenik, dan resorpsi yang seimbang. Kemampuannya untuk meningkatkan regenerasi tulang yang kuat menyoroti potensinya sebagai alternatif yang efektif untuk bahan graft yang saat ini⁶.

Kolagen tipe 1 merupakan gold standard tissue engineering karena biokompatibilitasnya yang tinggi⁷. Kolagen tipe I adalah protein yang paling banyak, membentuk 95% dari total kolagen tulang dan 80% dari keseluruhan protein tubuh, berasal dari prokolagen tipe I yang dihasilkan fibroblas dan osteoblas⁸

Peranan kolagen tipe I tersebut, saat ini banyak dikembangkan ekstrak kolagen yang berasal dari spesies selain manusia yang digunakan sebagai biomaterial bone graft. Kolagen komersial biasanya diperoleh dari kulit babi, kulit sapi, atau kulit ayam. Untuk mengurangi risiko penularan penyakit menular zoonosis, meminimalkan kemungkinan reaksi imunogenik, dan menghindari masalah yang berkaitan dengan agama, eksplorasi sumber baru kolagen (selain yang berasal dari hewan mamalia) sangat dibutuhkan. Kandungan asam amino yang tinggi pada hewan yang hidup darat juga menyebabkan proses denaturasi lebih cepat sehingga kualitas kolagennya juga rendah.⁹

          Pendayagunaan kolagen yang berasal dari hewan yang hidup di air, seperti ikan dapat menjadi alternatif yang menjanjikan. Sisik ikan merupakan salah satu sumber alternatif dalam pembuatan kolagen. Kolagen yang berasal dari sisik ikan dapat digunakan untuk menyembuhkan luka bakar dan perbaikan jaringan.¹⁰ Kolagen sisik ikan yang berasal dari air tawar bersifat biokompatibel dan berpotensi diaplikasikan pada rekayasa jaringan (tissue engineering). Ikan gurami (Osphronemus goramy) merupakan salah satu jenis komoditas ikan air tawar yang bernilai ekonomis tinggi di Indonesia. Tipe I ini banyak ditemukan pada kulit, tulang, dan sisik ikan, jaringan ikat dalam kulit, tendon, dan otot ikan¹¹.

       Ikan gurami (Osphronemus goramy) merupakan salah satu jenis komoditas ikan air tawar yang bernilai ekonomis tinggi di Indonesia. Menurut uraian dari Sabrina M et al¹², menyatakan bahwa kandungan kolagen yang terdapat pada sisik ikan gurami cukup tinggi dan bersifat bio- degradable, bio-compatible, serta bio-adsorben. Menurut Wulandari¹³, bahwa ekstrak kolagen yang berasal dari sisik ikan gurami berdasar struktur dan morfologinya termasuk kolagen tipe I (COL-1).

Keberhasilan terbentuknya tulang baru membutuhkan dan dipengaruhi oleh beberapa komponen penting, yaitu sel progenitor (antara lain osteoblas, fibroblas), signaling molecules (sitokin, growth factors), serta scaffold pada jaringan yang mengalami kerusakan. Scaffold dapat disediakan oleh biomaterial bone graft yang berperan dalam merangsang prekusor osteoblast. Persyaratan scaffold yang ideal meliputi osteokonduktif, osteoinduktif, osteogenik, biodegradable, struktur mikro yang baik, dan sifat mekanik yang tepat. Juga, persyaratan yang paling penting adalah kemampuan untuk merangsang adhesi sel dan untuk mempertahankan fungsi jaringan. Dalam tulang banyak terkandung kolagen tipe I,  Kolagen mudah terdegradasi dan teresorbsi oleh tubuh sehingga mempunyai perlekatan yang baik ke sel. Kolagen sebagai biomaterial dapat digunakan untuk mempercepat proses penyembuhan luka dengan membentuk matriks ekstraseluler untuk perlekatan sel-sel jaringan periodontal, khususnya sel fibroblas.¹⁴

Proses pembuatan peptida kolagen membutuhkan proses hidrolisis kimia atau enzimatik dalam kondisi yang terkendali. Salah satu proses hidrolisis terbaik adalah metode enzimatik karena kelebihannya, seperti spesifisitas, kontrol hidrolisis, dan lebih sedikit limbah; Oleh karena itu, metode ini lebih banyak digunakan. Namun demikian, metode ekstraksi mungkin memiliki pengaruh yang menguntungkan dan tidak menguntungkan yang mempengaruhi karakteristik kolagen, seperti: stabilitas termal, massa molar, kapasitas retensi air, dan kapasitas pembentukan gel. Enzim yang digunakan dalam proses hidrolisis adalah protease yang disebut juga peptidase. Peptidase adalah enzim dari gugus hidrolase dan bekerja dengan memecah ikatan protein menjadi peptida. Pada penelitian ini enzim peptidase yang digunakan adalah enzim pepsin. Hidrolisis enzimatik kolagen menghasilkan peptida aktif secara biologis dengan kapasitas antioksigenik dan antimikroba. Peptida kolagen dari sisik ikan gurami layak untuk sel Fibroblas Gingiva Manusia. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa konsentrasi peptida kolagen dan viabilitas tertinggi terdapat pada konsentrasi 0,01 mg/ml yaitu 150,11%.^15,16

          Masa depan kedokteran gigi berbasis terapi regenerasi dan rekontruksi, Penyembuhan jaringan periodontal yang rusak karena radang atau akibat tindakan bedah dapat terjadi melalui proses repair atau melalui proses regenerasi jaringan periodontal. Terapi rekonstruksi tulang dapat menggunakan beberapa atau semua prinsip dalam usaha untuk memaksimalkan hasil augmentasi tulang. Prinsip-prinsip yang dapat digunakan untuk mengoptimalkan terapi regenerasi tulang meliputi: osteogenesis, osteokonduksi, dan osteoinduksi.  

DAFTAR PUSTAKA

1. Muñoz F, Haidar ZS, Puigdollers A, Guerra I, Padilla MC, Ortega N, García MJ. A novel Chilean salmon fish backbone-based nanoHydroxyApatite functional biomaterial for potential use in bone tissue engineering. Front Med (Lausanne). 2024 May 7;11:1330482. doi: 10.3389/fmed.2024.1330482. PMID: 38774396; PMCID: PMC11106468.
2. Kao R.T., Takei H.H., Cochran D.L., Nevins M.L. 2012. Periodontal Regeneration and Reconstructive Surgery. in Carranza’s clinical periodontology, 12th edition. Missouri. Elsevier Saunders. p: 610-20
3. Vandana K.L., Desai R., Dalvi P.J. 2015. Autologous Stem Cell Application in  Periodontal Regeneration Technique (SAI-PRT) Using PDLSCs Directly from an Extracted Tooth…An Insight. International Journal of Stem Cells Vol. 8 (2). p: 235-7
4. Jimi E, Hirata S, Osawa K, Terashita M, Kitamura C, Fukhusima H. 2012. The Current and Future  Therapies of  Bone Regeneration to Repair  Bone Defect. International Journal of Dentistry.
5. Kheirallah, M. and Almeshaly, H. (2016) ‘International Journal of Dentistry and Oral Science ( IJDOS ) ISSN : 2377-8075 Bone Graft Substitutes for Bone Defect Regeneration . A Collective Review Biological properties of bone Bone graft substitutes Bone grafts into the recipient site’, Int J Dentistry Oral Sci, 03(5), pp. 247–257.
6. Prathibha PM, Thomas NG, Dalvi YB, Varghese KG, Binsi PK, Zynudheen AA, Lekshmi M, Shilpa J, Sajith V, Sukumaran A. Fish scale-derived hydroxyapatite for alveolar ridge preservation. Biotechnol Appl Biochem. 2024 Jul 1. doi: 10.1002/bab.2627. Epub ahead of print. PMID: 38951991.
7. Silvipriya, K. S., K. Krishna Kumar, A. R. Bhat, B. Dinesh Kumar, Anish John, Panayappan lakshmanan. 2015. Collagen: Animal Sources and Biomedical Application. Journal of Applied Pharmaceutical Science 5 (3) : 123-127
8. Zaitseva, O. V, Shandrenko, S. G. and Veliky, M. M. (2015) ‘Biochemical markers of bone collagen type I metabolism’, Ukr. Biochem. J., 87(1), pp. 21–32.
9. Tang, J. and Saito, T. (2015) ‘Biocompatibility of Novel Type I Collagen Purified from Tilapia Fish Scale : An In Vitro Comparative Study’, BioMed Research International. Hindawi Publishing Corporation, 2015, pp. 1–8. doi: 10.1155/2015/139476.
10. Pati F, Datts P, Adhikari B, Dhara S, Kuntai G, Mohapatra PDK. 2012. Collagen scaffolds derived from fresh water origin and their biocompatibility. Journal of Biomedical Material Research 100A(4):1068
11. Hanny Setyowati, Wahyuning Setyani. 2015. Potensi nanokolagen limbah sisik ikan sebagai cosmeutical. Jurnal farmasi sains dan komunitas: Vol 12: 32-33
12. Sabrina M, Ghiza J.K. Barqly, Retno W, Rizka N. Wardani, Dear F. Sielma,Al        Munawir. 2015. Pengaruh Lama Perendaman terhadap Absorpsi Tetrasiklin pada Adsorben Limbah Sisik Ikan Gurami (Osphronemus Gouramy). Maj Ked Gi Ind: 161-16
13. Wulandari DT. 2016. Uji viabilitas kolagen sisik ikan gurami (Osphronemus Gouramy). Pada kultur sel fibroblas BHK 21. FKG UNAIR. Surabaya. 27-25
14. Newman, T. (2015) Carranza’s Clinical Periodontology. 12th edn. USA: Saunder.
15. Hartati I, Kurniasari L. 2010. Kajian produksi kolagen dari limbah sisik ikan secara ekstraksi enzimatis. Momentum 6(1): 33 – 35
16. Shahid Mahboob. 2015. Isolation and characterization of collagen from fish waste material- skin, scales and fins of Catla catla and Cirrhinus mrigala. J Food Sci Technol: 4296–4305.

Tentang penulis
Noer Ulfah, drg., M.Kes., Sp.Perio (K) adalah Dosen di Fakultas Kedokteran Gigi Universitas Airlangga Surabaya dengan Jabatan Akademik Lektor.