Qanun Medika Vol.
3 No.
Januari 2019 Qanun Medika vol.
4 no.
ulan tahun Laporan Hasil Penelitian Qanun Medika Vol.
03 No 01.
Januari 2019
UJI BIOKOMPATIBILITAS
PADA IMPLAN ORTHOPEDI ANTARA IMPLAN
Laporan Hasil IMPOR.
IMPLAN LOKAL DARI MATERIAL IMPOR.
DAN PROTOTIPE
STAINLESS STEEL 316L DARI MATERIAL LOKAL
TELAAH
SEL1.
BASOFIL
SEBAGAI
PENYAJI
ANTIGEN
PADA
Ferdiansyah Heppy Chandra Waskita1SEL .
Dwikora Novembri Utomo1.
Heri SurotoMANUSIA .
Tri Wahyu Martanto1 .
Departemen Orthopaedi dan Traumatologi.
Fakultas Kedokteran.
Universitas Airlangga/RSUD Dr.
Safari Wahyu
Jatmiko
Soetomo
Surabaya Surakarta-Indonesia
Fakultas Kedokteran Universitas Muhammadiyah
Submitted : September 2018
Accepted : November 2018 Published : Januari 2019
ABSTRACT
ABSTRACT
The discovery of basophils as antigen presenting cells in animals tries to raise a big question Demands of orthopedic implants are increasing in Indonesia, but its production are limited and still about the same role in humans.
In order to solve the problem, the references had been searched Stainless steel, especially 316L is one of metal that is used commonly.
This research through the US National Library of Medicine.
National Institute of Health with the web site evaluates biocompatibility of stainless steel 316L implant prototype, local implant manufactured address http://w.
gov/pubmed.
The search had been done in May 2018 with key using imported stainless steel, and imported stainless steel implant.
Cytotoxicity test used words: basophil, antigen presenting cell.
Author used filter: publication less than 10 years and mesenchymal human cell with MTT assay.
Irritation test, acute toxicity/pyrogenicity test, and free full text article.
Author found nine .
articles that meet the criteria.
Discussion from the implantation test used 24 Wistar rats respectively which were assigned to 4 groups.
We evaluate existing article indicates that basophile cells are incapable of endocytosis of solid particles.
Draize score, weight and rectal temperature changes, and fibrous capsule ring thickness.
unable to process and present antigens through MHC molecules, and basophils cells do not Cytotoxicity test shows viable cell percentage in stainless steel 316L implant prototype, local express the accessory molecules either before or after activated.
It can be concluded that implant, and imported implant are 83.
7%, 87.
5%, and 83.
7% respectively.
Comparison test using basophil has no role as antigen-presenting cells in humans.
One Way ANOVA shows no significant difference between 3 groups .
>0.
Iritation test results in 3 groups are grade 0: Basophil, .
o edemahuman, and noantigen Acute cell toxicity/pyrogenicity test shows no Keywords .
>0.
There is also no significant difference Correspondence to : safari.
wahyu@ums.
>0.
of fibrous capsule ring thickness on 1 and 4 weeks after implantation.
Based on ISO for medical test guide, stainless steel 316L implant prototype is safe and has similar biocompatibility ABSTRAK test result compared to local and imported implant.
Penemuan peran basofil sebagai sel penyaji antigen pada hewan coba menimbulkan pertanyaan Keywords : stainless steel 316L, biocompatibility, orthopaedic implant besar mengenai peran yang sama pada manusia.
Untuk menjawab permasalahan tersebut dilakukan Correspondence to : ferdiansyah@fk.
penelusuran artikel melalui US National Library of Medicine.
National Institute of Health dengan alamat web site http://w.
gov/pubmed.
Pencarian sumber pustaka dilakukan pada bulan mei 2018 dengan kata kunci Basophil, antigen presenting cell dengan filter
ABSTRAK
publikasi yang berusia kurang dari 10 tahun dan merupakan free full text article.
Hasil pencarian Kebutuhan 9implan terus meningkat di Indonesia, terbatas dan artikel orthopedi yang memenuhi Pembahasan artikel produksinya yang ada menunjukkan Stainless satu metal bahwa sel basofil tidak mampu melakukan endositosis partikel padat, tidak mampu memproses Penelitian menyajikan antigen melalui molekul MHC, dan sel basofil tidak mengekspresikan molekul asesori 316L, implan yang diproduksi steel mempunyai impor, dan peran Dapat disimpulkan basofil tidak Uji sitotoksisitas menggunakan sel mesenkim human dengan MTT assay.
Uji pada manusia.
iritasi, uji pirogenositas, dan uji implantasi menggunakan 24 tikus Wistar yang terbagi dalam 4 Kami mengevaluasi skor Draize, dan temperatur rektal, dan ketebalan Kata : Basofil, fibrous capsule ring.
Uji sitotoksisitas menunjukkan persentase viabilitas sel pada prototipe Korespondensi : safari.
wahyu@ums.
Qanun Medika Vol.
3 No.
Januari 2019 Qanun Medika vol.
4 no.
ulan tahun stainless steel 316L, implan lokal, dan implan impor berturut-turut adalah 83,7%.
87,5%.
83,7%.
Uji komparasi dengan One Way Anova tidak menunjukkan perbedaan signifikan diantara 3 grup .
>0,.
Hasil uji iritasi 3 grup menunjukkan grade 0 .
idak ada edema dan eritem.
Uji pirogenositas tidak menunjukkan perbedaan signifikan pada semua grup .
>0,.
Tidak ada perbedaan signifikan .
>0,.
pula pada ketebalan fibrous capsule ring di minggu ke 1 dan 4 setelah implantasi.
Berdasarkan ISO untuk pedoman uji di bidang medis, prototipe stainless steel 316L aman dan memiliki kesamaan hasil uji biokompatibilitas bila dibandingkan dengan implan lokal dan impor.
Kata kunci : stainless steel 316L, uji biokompatibilitas, implan orthopaedi Korespondensi : ferdiansyah@fk.
PENDAHULUAN
Seiring dengan meningkatnya kasus patah tulang dan penyakit degeneratif tulang, kebutuhan akan implan untuk tulang pun semakin meningkat.
Implan tulang menjadi salah satu unsur yang sangat penting dan efektif dalam membantu pemulihan tulang pada kasus patah tulang, ataupun ditanam sebagai pengganti sendi yang rusak pada kasuskasus degeneratif tulang.
Namun demikian, peningkatan kebutuhan akan implan pada tulang belum diimbangi dengan pengadaan dan pengembangan implan di dalam negeri, di mana saat ini sebagian besar implan dan bahan baku implan masih didatangkan dari luar negeri.
Data Kemenkes tahun 2012, belanja total alat kesehatan .
RI mencapai A Rp 7 Triliun, dimana kontribusi dari industri manufaktur lokal alkes hanya sekitar 4% dari total anggaran belanja alkes.
Praktis mayoritas belanja alkes (A Rp.
berasal dari impor (Berita Teknologi Informasi.
Energi dan Material, 2.
Material logam yang dapat digunakan sebagai bahan implan tulang diantaranya adalah titanium, paduan kobalt, dan stainless steel.
Secara umum, titanium memiliki ketahanan korosi paling baik, ringan dan cukup kuat, namun memiliki harga yang paling mahal.
Selain itu, titanium memiliki modulus elastisitas rendah dan kekuatan tensil yang rendah, sehingga dibutuhkan ketebalan yang lebih untuk mencapai kekuatan yang setara stainless steel .
an Hove et al.
, 2.
Stainless steel memiliki ketahanan korosif yang tidak sebaik titanium, namun memiliki kekuatan dan ketahanan yang sangat baik.
Lebih lanjut, stainless steel juga lebih murah dan mudah dibuat.
Bahan stainless steel telah banyak dikenal penggunaannya pada sektor industri dan dunia medis karena karakteristiknya yang menguntungkan seperti berpenampilan menarik .
, tahan korosi .
orrosion resistanc.
, berkekuatan tinggi .
igh strengt.
dan rendah perawatan .
ow maintenanc.
Stainless steel dibagi menjadi 3 kelompok.
Austenitik.
Martensit, dan Feritik.
Kelompok austenitik yang mengandung nilai lebih digunakan dalam jumlah yang lebih besar dari baja tahan karat kategori lain.
Aplikasi kelompok ini termasuk peralatan pengolahan bahan kimia, pengolahan makanan dan alat bantunya, peralatan rumah tangga, peralatan rumah sakit, peralatan sehari hari, peralatan minuman, peralatan farmasi, alat penyuling bensin, pemotong arsitektur, meliputi roda kendaraan, badan kereta api, penanda jalan, dan bahkan stent koroner yaitu tabung logam kecil ditanamkan dalam pembuluh darah arteri untuk mencegah pembuntuan (IBP Inc.
, 2.
Salah satu jenis stainless steel yang banyak dipakai adalah 316L.
Tipe 316L merupakan paduan logam dan besi karbon L (L tanda atau singkatan Qanun Medika Vol.
3 No.
low carbo.
dengan 18% kromium yang memberikan ketahanan terhadap korosi dan 8% nikel memberikan stabilitas struktur partikel baja.
Stainless steel 316L merupakan jenis implan yang baik karena ketahanan terhadap korosi dan kekuatan yang lebih baik dari jenis stainless steel lain, ketersediaan di pasar stainless steel dunia yang banyak dan sudah digunakan sebagai bahan implan di bidang orthopaedi di luar negeri (IBP Inc.
, 2015.
David, 2.
Januari 2019 Berdasarkan data uji biokompatibilitas tahun 2010 oleh ISFF (The International Stainless steel Foru.
dan EUROFER (The European Confederation of Iron and Steel Producer.
terhadap stainless steel baik secara in vitro dan in vivo, stainless steel mempunyai tingkat toksisitas yang sangat rendah (Myrsdorf et al.
, 2.
Beberapa penelitian mengenai sitotoksisitas stainless steel telah dilakukan.
Stockmann et al.
meneliti sitotoksisitas nickelAareduced stainless steel.
Byhler P558, dibandingkan dengan stainless steel konvensional AISI 316L.
Hasil menunjukkan bahwa tidak adanya sitotoksisitas pada kedua materi tersebut (Stockmann et al.
, 2.
Implan orthopedi yang tersedia di negara ini sebagian besar diimpor dengan sejumlah kecil produsen lokal yang memproduksi implan menggunakan bahan impor.
Saat ini, tidak ada pabrikan lokal yang mampu mengolah material lokal menjadi implan orthopedi (Talha et al.
Departemen Orthopaedi dan Traumatologi RSUD Dr.
Soetomo bekerja sama dengan pusat material BPPT yang telah mengelola penelitian untuk memproduksi material stainless steel 316 L dan memprosesnya menjadi implan orthopaedi menggunakan metode investment casting dengan standar ASTM.
Salah satu fase dari penelitian ini adalah melakukan uji biokompatibilitas dari Material logam yang akan digunakan sebagai bahan implan harus memenuhi beberapa persyaratan antara lain : .
persyaratan biologis meliputi sifat non toksik, non karsinogenik, tidak menyebabkan alergi atau respon inflamasi berkelanjutan, .
Sifat kimiawi : inert dan resisten terhadap korosi, .
Sifat mekanis : tetap kuat menahan daya tekan pada saat implan ditanam, resisten terhadap fatigeu failure, .
Sifat lain :
dapat dilakukan sterilisasi, bernilai ekonomis, mudah penggunaannya, serta .
mempunyai tingkat biokompabilitas tinggi (David, 2014.
Uitti.
Biokompatibilitas diartikan sebagai interaksi antara alat medis dan jaringan tubuh dan sistem fisiologis pasien yang diterapi dengan alat medis tersebut.
Evaluasi tentang biokompatibilitas merupakan salah satu bagian dari seluruh pengujian keamanan dari suatu alat.
Berdasarkan fakta tersebut di atas, stainless steel 316L merupakan material yang potensial sebagai bahan implan orthopedi, yang membutuhkan pengujian lebih lanjut baik secara in vitro maupun in vivo pada penelitian ini.
METODE PENELITIAN
Penelitian in merupakan penelitian eksperimental in vitro dan in vivo dengan rancangan penelitian Post Test-only Design.
Tiga jenis implan yang telah diuji terdiri dari prototipe implan stainless steel 316 L, implan lokal yang diproduksi menggunakan stainless stell impor, dan implan stainless steel Pada uji in vitro, uji sitotoksisitas dilakukan dengan mengkultur human mesenchymal cells menggunakan metode MTT Assay.
Viabilitas sel dihitung berdasarkan perubahan warna formazan.
Pada uji in vivo, uji biokompatibilitas terhadap implan terdiri dari uji iritasi, uji toksisitas sistemik akut dan pirogenisitas, dan uji implantasi yang dilakukan terhadap kelinci jantan dalam kondisi sehat .
hewan setiap gru.
Uji iritasi dilakukan dengan melakukan injeksi intrakutaneus dari ekstrak implan yang diuji sebanyak 0,2 ml pada kulit punggung hewan coba yang telah dicukur pada 5 tempat.
Kemudian dievaluasi dalam 24 jam, 48 jam, dan 72 jam dengan Draize Scale.
Uji Qanun Medika Vol.
3 No.
toksisitas sistemik akut dan pirogenisitas dilakukan dengan implantasi intramuskular .
x1x10 m.
, kemudian dilakukan evaluasi berat badan setelah implantasi selama 72 jam dan suhu rektum setiap 30 menit selama 3 jam setelah implantasi.
Uji implantasi dilakukan dengan mengevaluasi jaringan kapsul fibrous secara makroskopik dan mikroskopik secara berkala pada minggu ke-1 dan minggu ke-4 setelah implantasi.
HASIL PENELITIAN
Hasil uji sitotoksisitas Setelah dilakukan uji sitotoksisitas pada 3 kelompok implan dengan metode MTT assay menggunakan sel mesenkimal manusia, maka didapatkan hasil sebagai berikut (Gambar .
Januari 2019 Hasil uji iritasi TABEL 2.
Hasil uji iritasi menunjukkan grade 0 pada skor Draize .
idak ada reaksi iritasi pada semua 3 kelompok Skor Draize Implan Lokal Implan Impor Skor Draize Implan Lokal Implan Impor Kelompok Perlakuan Grade 0 Grade 1 Grade 2 Grade 3 Grade 4 En En En Kelompok Kontrol .
Grade 0 Grade 1 Grade 2 Grade 3 Grade 4 En En En Hasil uji toksisitas sistemik akut dan pirogenisitas Gambar 1.
Hasil uji sitotoksisitas yang menunjukkan persentase viabilitas sel Pada penelitian ini prosentase sel yang hidup bervariasi dengan prosentase sel hidup terkecil pada 3 kelompok .
Dalam Negeri.
Luar Neger.
masing Ae masing adalah 77,4%, 81,9% dan 80,8%.
Sedangkan prosentase sel yang hidup terbesar 91,2%, 92,8%, dan 87,4% pada masingAe masing kelompok.
Dan pada rerata prosentase sel yang hidup pada 3 kelompok implan masingmasing adalah 83,7%, 87,5%, dan 83,7%.
Hasil uji komparasi One Way Anova terhadap rerata viabilitas sel didapatkan nilai p>0,05 (Tabel .
TABEL 1.
Persentase viabilitas sel menggunakan uji One
Way ANOVA
Kelompok
Rata-rata SD
viabilitas sel
Prototipe 316L
83,65 4,55
Implan lokal
87,45 3,67
Implan impor
83,73 2,31
Gambar 2.
Hasil uji toksisitas sistemik akut .
erata berat badan pre and post implantas.
TABEL 3.
Hasil uji toksisitas akut menggunakan One Way
Anova
Kelompok
Prototipe 316L
Implan lokal
Implan impor
Kontrol
Rata-rata SD
perubahan berat
18,33 9,97
20,00 12,52
22,33 14,96
22,83 9,10
One Way
ANOVA
p = 0,904 .
> 0,.
Dilakukan pengukuran berat badan kelinci pada sebelum dan 72 jam setelah implantasi.
Didapatkan rerata perubahan berat badan sebesar 18,3 gr.
22,3gr.
dan 22,8 gr untuk kelompok 316L, implan dalam negeri, implan luar negeri, dan One Way ANOVA p = 0,153 .
> 0,.
Qanun Medika Vol.
3 No.
Berdasarkan hasil uji komparasi One Way ANOVA didapatkan nilai p>0,05 (Tabel .
Januari 2019 120 menit, 150 menit, dan 180 menit pasca implantasi (Gambar .
Hasil uji komparasi One Way Anova menunjukkan tidak terdapat perbedaan bermakna dari rerata perubahan suhu pada semua kelompok .
>0,.
(Tabel .
Gambar 3.
Hasil uji pirogenisitas .
erubahan suh.
Dilakukan pengukuran suhu rektal kelinci sebelum implantasi, 30 menit, 60 menit, 90 menit.
TABEL 4.
Uji One Way Anova perubahan suhu .
ji pirogenita.
Kelompok
Mean SD
Prototipe 316L
-1,06 0,73
-1,05 0,72
-1,58 0,82
-1,68 0,73
-1,41 0,53
-1,28 0,59
Implan lokal
-0,56 0,72
-1,23 0,96
-1,55 0,94
-1,66 0,91
-1,76 0,83
-1,71 0,47
Implan impor
-0,63 0,31
-1,36 0,34
-2,10 0,55
-2,26 0,57
-2,47 0,64
-2,11 0,54
Kontrol
-1,45 0,40
-1,65 0,38
-1,78 0,38
-1,88 0,41
-1,76 0,83
-1,78 0,31
Hasil uji implantasi Didapatkan rerata ketebalan kolagen/kapul fibrous pada 1 minggu dan 4 minggu pasca implantasi pada prototype 316L, implan dalam negeri dan implan impor sebagaimana yang terdapat pada Tabel 5.
TABEL 5.
Ketebalan kapsul fibrous pada 1 minggu dan 4 minggu pasca implantasi Minggu ke-1 Minggu ke-4 Kelompok (AA.
(AA.
Prototipe 316L
32,85
26,06
Implan lokal
36,03
23,43
Implan impor
23,60
23,26
One Way ANOVA p = 0,06 .
> 0,.
Dari hasil uji komparasi One Way Anova, didapatkan perbedaan bermakna rerata ketebalan kapsul fibrous .
<0,.
, dilanjutkan dengan uji post hoc dan didapatkan perbedaan bermakna .
<0,.
antara implan luar negeri dan implan dalam negeri, namun tidak terdapat perbedaan bermakna antara (P>0,.
antara prototipe 316L dengan implan luar negeri dan antara prototipe 316L dengan implan dalam negeri (Tabel .
TABEL 6.
Uji One Way Anova ketebalan kapsul fibrous pada minggu ke-1 dan ke-4 pasca implantasi Rata-rata SD One Way Rata-rata SD One Way Kelompok minggu ke-1 (AA.
ANOVA
minggu ke-4 (AA.
ANOVA
Prototipe 316L
32,85 1,37
26,05 1,02
p = 0,036 p = 0,651 Implan lokal
36,03 10,90
23,43 5,62
< 0,.
> 0,.
Implan impor
23,60 7,60
23,25 8,21
PEMBAHASAN
Uji biokompatbilitas tahun 2010 oleh ISFF (The International stainless steel Foru.
dan EUROFER (The European Confideration of Iron and Steel Producer.
terhadap stainless steel baik secara in vitro dan in vivo, stainless steel mempunyai tingkat toksisitas yang sangat rendah.
Talha et al.
meneliti sitotoksisitas nickelreduced stainless steel.
Bohler P558.
Qanun Medika Vol.
3 No.
konvensional AISI 316L.
Hasil menunjukkan bahwa tidak adanya sitotoksisitas pada kedua materi tersebut (Talha et al.
, 2.
Januari 2019 Pada uji implantasi mingu ke-1 dan minggu ke-4 pada penelitian ini menunjukkan bahwa bahan metal yang dikandung tidak menimbulkan reaksi jaringan yang ditandai dengan pembetukkan jaringan fibrous 2-4 mm pada 3 kelompok implan.
Evaluasi makroskopis tidak tampak pembetukkan jaringan fibrous dan secara mikroskopis rerata ketebalan jaringan fibrous minggu ke-1 untuk kelompok prototipe 316L, implan dalam negeri, dan implan luar negeri masingmasing adalah 32,85 AAm.
36,03 AAm.
23,6 AAm.
Uji statistik menunjukkan ada perbedaan signifikan .
< 0,.
antara kelompok implan dalam negeri dan implan luar negeri.
Pada minggu ke-4, rerata ketebalan jaringan fibrous untuk kelompok prototipe 316L, implan dalam negeri, dan implan luar negeri masing-masing adalah 26,05 AAm.
23,43 AAm.
23,25 AAm.
Uji statistik menunjukkan tidak ada perbedaan signifikan antar kelompok .
> 0,.
Pada penelitian ini, uji sitotoksisitas yang telah dilakukan dengan metode MTT assay terhadap prototipe implan 316L dibandingkan dengan prototipe implan dalam negeri dan luar negeri menunjukkan bahwa tidak adanya sitotoksitas pada ketiga materi di atas.
rerata prosentase sel yang hidup pada 3 kelompok implan stainless steel 316L, dalam negeri dan luar negeri masing - masing adalah 83,7%.
87,5%.
dan 83,7%.
Hasil pada uji ini dinyatakan tidak toksik bila prosentase sel yang hidup sama dengan atau lebih dari Menurut penelitian yang dilakukan Krecisz et terhadap 60 pasien yang mendapat implan stainless steel pada fraktur ekstremitas, pasien diuji epikutan dan intrakutan dengan chromium dan nikel dan dilakukan follow up selama 1 tahun.
Tidak ada komplikasi dermatologis maupun ortopedik berdasarkan material yang dipakai.
Studi ini tidak menunjukkan adanya kasus alergi kontak atau dermatitis terhadap implan (Krecisz et al.
KESIMPULAN
Pada percobaan ini, 3 jenis implan yang terdiri dari prototipe implan stainless steel 316 L, implan lokal yang diproduksi menggunakan stainless steel impor, dan implan stainless steel impor telah dilakukan uji biokompatibilitas secara in vitro dan in Berdasarkan pedoman uji medis ISO (International Organization Standardizatio.
, prototipe implan stainless steel 316 L aman dan memiliki hasil dibandingkan dengan implan lokal yang diproduksi menggunakan stainless steel impor dan implan impor.
Berdasarkan hasil tersebut, kita dapat melakukan penelitian lebih lanjut dan mengembangkan prototipe implan stainless steel 316 L untuk menjadi impkan orthopaedi yang terstandar.
Pada uji iritasi intrakutan pada penelitian ini, menunjukkan hasil bahwa 3 kelompok implan dan kontrol tidak menimbulkan reaksi iritasi baik berupa edema dan eritema.
Berdasarkan skor draize, 3 kelompok berada pada grade 0.
Sehingga prototipe implan stainless steel 316L yang diuji pada penelitian ini merupakan bahan metal yang non iritan.
Pada uji toksisitas sistemik akut dan pirogenisitas pada penelitian ini menunjukkan bahwa bahan metal yang dikandung 3 kelompok implan tidak menimbulkan reaksi toksisitas dan pirogenisitas.
Hal ini dapat dilihat dari hasil observasi klinis dari perubahan berat badan dan suhu rektal dari tikus yang diuji selama 72 jam.
Majuta et al.
mengimplantasikan stainless steel ke 92 otot kaki tikus dan hasilnya tidak menunjukkan toksisitas.
Untuk melakukan evaluasi yang mendalam pada prototipe implan stainless steel 316L, dapat dilakukan uji biokompatibilitas lainnya Qanun Medika Vol.
3 No.
seperti uji sensitasi, uji toksisitas kronis, uji karsinogenositas, dan uji genotoksisitas.
Januari 2019 Factor.
" Pain.
Vol.
No.
1, pp.
157Ae165.
Jan.
Huvinen.
Uitti.
Oksa.
Palmroos, and P.
Laippala.
"Respiratory Health Effects of Long-term Exposure to Different Chromium Species in Stainless Steel Production.
Occupational Medicine.
Vol.
No.
Jan.
Mohd Talha.
Behera, and O.
Sinha.
"Promising In Vitro Performances of Nickel-Free Nitrogen Containing Stainless Steels for Orthopaedic Applications.
" Bulletin of Material Science.
Vol.
No.
6, pp.
1321Ae 1330.
Oct.
Ruud P.
van Hove.
Inger N.
Sierevelt.
Barend van Royen, and Peter A.
Nolte.
AuTitanium-Nitride Coating Orthopaedic Implants: A Review of the Literature.
Ay Biomed Research International HINDAWI.
May.
Williams David.
AuThere is No Such Thing as Biocompatible Material.
Ay Biomaterials 35.
ELSEVIER, pp.
Sept.
DAFTAR PUSTAKA