KEJADIAN patah tulang dapat menimpa setiap orang kapan saja. Namun, kalau patah tulang pada usia anak-anak sampai remaja, dapatsegera pulih karena hormon-hormon tubuhnya masih sangat mencukupi untuk proses perbaikan tulang. Pada usia lanjut, hal ini relatif sukarkarena ketidakseimbangan sistem hormon tubuh.
Bahan nanokomposit sebagai pengganti tulang merupakan alternatif untuk mengatasi patah tulang pada usia lanjut. Hanya saja, karenaditanam dalam tubuh, maka harus bersifat: kelakuan mekanik (kekuatan dan kelenturan) mirip tulang, diterima (kompatibel) sel, dan berintegrasi dengan cepat.
Struktur tulang
Struktur tulang mirip tembok beton untuk bangunan atau jembatan. Tulang tersusun atas mineral utama kalsium (Ca), fosfor (P), dan protein kolagen. Komponen kalsium dan fosfor membuat tulang keras dan kaku mirip semen, sedang serat-serat kolagen membuat tulang kuat mirip kawat baja pada tembok.
Saat tulang baru terbentuk, ia dilapis mineral-mineral (dalam bentuk mineral garam hidroksiapatit), dan dengan penebalan sel-sel dan protein kolagen.
Kisi tulang ada dua lapis (lihat gambar), yaitu tulang kompak (75 persen dalam tubuh) dan tulang spon dalam (25 persen), dibungkus membran tipis dan keras (periosteum).
Tulang kompak adalah tulang dengan struktur halus, keras, dan rapat. Tulang kompak tersusun atas pilar-pilar sel tulang, yang masing-masing dengan rongga di tengah. Rongga-rongga diisi sumsum tulang penghasil sel-sel darah merah. Pada tulang kompak terdapat kanal Haversi untuk mengalirkan nutrisi bagi pertumbuhan dan perbaikan tulang.
Tulang spon diisi dengan kolagen, garam kalsium, dan mineral-mineral lain. Ruang-ruang berstruktur mirip sarang lebah mengandung pembuluh darah dan sumsum tulang.
Periosteum menyelimuti semua tulang, kecuali sendi. Membran periosteum melindungi tulang dan menyediakan permukaan untuk pengikatan tendon dan sendi. Membran ini berisi pembuluh darah dan sel saraf sehingga muncul rasa sakit saat patah tulang.
Kisi-kisi tulang secara terus- menerus dikikis dan diganti tulang baru. Sekitar 10 persen bobot tulang diganti tiap tahun melalui siklus pusat, dan orang dewasa mengganti keseluruhan tulang tiap 7–10 tahun. Ada dua jenis sel tulang yang bertanggung jawab membentuk kembali tulang-tulang, yaitu osteoblas (untuk pembentukan tulang) dan osteoklas (untuk resorpsi/pengikisan tulang).
Osteoklas mengikis senyawa mineral dan matriks protein dari tulang untuk menghancurkan tulang tua. Hasilnya adalah rongga pada permukaan tulang, dan kemudian diisi kembali oleh kerja osteoblas.
Osteoblas memproduksi serat-serat kolagen dan komponen-komponen matriks menjadi osteoid, lalu mereka mengeraskan matriks melalui penimbunan mineral-mineral pada kerangka protein untuk membentuk tulang baru.
Kerja sel-sel tulang ini dikendalikan kerja hormon, termasuk hormon pertumbuhan (disekresi oleh kelenjar pituitari), hormon seks (estrogen dan testosteron), hormon adrenal, hormon paratiroid, dan hormon tiroid (tirokalsitonin).
Nanokomposit tulang
Bahan nanokomposit tulang fungsional harus bersifat fisik baik seperti ketangguhan, permeabilitas, ketahanan kimia, dan keluwesannya, agar dapat digunakan sebagai tiang gantungan menggantikan fungsi tulang. Bahan tersebut adalah polimer dari jaringan poli (polipropilenfumarat) /PPF atau poli (polipropilenfumarat)-diakrilat/PPF-DA yang terinkoporasi dengan partikel-partikel nanoalumina (Al2O3).
Komposit alumina dan poli-asam laktat (PLA) memiliki kekuatan tekuk tiga kali lebih tinggi dari kekuatan polimer murni. Komposit ini menunjukkan peningkatan pengikatan osteoblas dan mereduksi adesi fibroblas. Inkorporasi nanopartikel alumina menghasilkan sifat-sifat bioaktif dan mekanik untuk rekayasa tulang.
Pembentukan komposit
PPF-alumoksan dan pengaruh alumoksan terhadap kekuatan tarik maupun puntir dari kompositnya juga tengah aktif diteliti orang saat ini, selain pengaruh alumoksan terhadap porositas dari kompositnya.
Nanopartikel alumina merupakan harapan untuk meningkatkan kekuatan material pengganti tulang, meskipun tak kalah penting adalah pembentukan porositas dari golongan mikro dan golongan meso pada jaringan polimer.
Pori-pori ini memberi jalan bagi angkutan nutrien serta perancangan sifat kimia permukaan polimer agar dapat dikenali secara biologis (mengurangi reaksi penolakan akibat kekebalan).
Penelitian saat ini dipusatkan pada sintesis material nanostruktur bagi rekayasa dan regenerasi jaringan yang rusak. Material-material seperti ini dirancang untuk meningkatkan laju pemulihan dan pertumbuhan jaringan dengan cara meniru struktur dan sifat kimia lingkungan tempat tumbuh sel.
Bambang Ariwahjoedi guru kimia material, Kimia ITB dan Teknik Material ITB,
Zeily Nurachman guru biokimia, Kimia ITB