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