Pengembangan hidroksiapatite untuk injectable bone subtitute

Perkembangan penelitian ibs

1. Injectable Bone
Subtitute~CPC :
Klasifikasi, Sifat, dan
Riset Pendahuluan
Serpong, 28 September 2022
BSS
Biokeramik Sharing Session

2. IBS: Definisi dan Kriteria
IBS merupakan bahan keramik atau polimer yang dapat mengisi defek tulang kompleks secara optimal
melalui intervensi invasif minimal
Kriteria IBS “Ideal” (DOI: 10.1002/jbm.b.31619)
Radiopasitas tinggi
Setting time sekitar 15 menit
Kemudahan persiapan dan penanganan
Tingkat penyerapan yang tidak terlalu tinggi atau terlalu
rendah
Injeksi mudah dilakukan (kurang dari 250 N)
Osteokonduktivitas yang baik
Tidak ada toksisitas
Osteoinduktivitas yang baik
Biaya rendah
Suhu curing rendah
Biokompatibilitas dan bioaktivitas yang baik
Working time sekitar 6–10 menit
Sifat mekanik yang memadai seperti tulang alami (E = 7–30 GPa
per compressive strength = 160–190 MPa) atau cancellous bone
(E = 50–500 MPa per compressive strength = 1.9–10 MPa).
Kohesi yang tepat
Memiliki viskositas awal rendah
Memiliki mikroporositas (d < 10 µm), untuk memungkinkan
sirkulasi cairan tubuh dan makroporositas (d>100 µm), untuk
menyediakan perancah bagi kolonisasi sel darah.
https://
youtu.be/
GtNfDTcZuLY
synthes.vo.llnwd.net
https://daewoong.co.id/
product/excelos-inject/
https://youtu.be/
To7oe7gruVQ

3. IBS : Klasifikasi (DOI: 10.1039/d2ma00410k)
Matriks yang mengeras

Matriks organik yang tidak
mengeras
Nama lainnya injectable
calcium phosphate ceramic
suspension
Keunggulan : injektabilitas
(+), interaksi material-sel (+),
kohesivitas (+)
Kelemahan : kebocoran
material, potensi untuk
menirukan pembentukan tulang
rendah, biodegradasi partikel
terbatas, sifat mekanik rendah
Contoh : granul
biphasiccalciumphosphate
(hidroksiapatit dan
trikalsiumposfat) makropori
dalam
Hidroksipropilmetilselulosa
Class I
Organik yang mengeras
konsep : self-hardening
hydrogel
 Nama lainnya self-hardening
calcium phosphate ceramic
suspension
Keunggulan : injektabilitas (+
+), interaksi material-sel (+),
kohesivitas (++), tidak ada
bahan yang bocor, dapat diatur
pelepasan bahan-bahannya
Kekurangan : potensi untuk
menirukan pembentukan tulang
rendah, biodegradasi partikel
terbatas, sifat mekanik rendah
Contoh : serbuk
hidroksiapatit dalam kitosan
deasetilasi dan pati teroksidasi
Matriks mineral resorbable
Nama lain : semen kalsium
posfat (CPC)
Menggunakan konsep
mengerasnya bahan dasar
yang berubah menjadi fasa
deficient apatit dan fasa
brushite
Kelebihan : formulasi bioaktif
kaku, tidak ada kebocoran
material, biodegradable, sifat
mekanis (++)
Kekurangan : potensi untuk
menirukan pembentukan tulang
rendah, biodegradasi partikel
terbatas
Contoh : fasa serbuk Sr-β-
TCP dan Ca(H2PO4)2 dalam
fasa cair air
(https://doi.org/10.1016/j.bioma
terials.2008.08.026)
Class II
Semen Kalsium Posfat dalam
Polimer
Menggabungkan tipe class I
dengan class I lainnya
Keunggulan : injektabilitas
(++), formulasi bioaktif kaku,
tidak ada kebocoran material,
osteokonduktif (++), sifat
mekanis (++), berpotensi
untuk menstimulasi
pertumbuhan tulang, dapat
diatur pelepasan bahan-
bahannya
Kekurangan : Sifat mekanis
tidak mencukupi akibat
makropori
Contoh : komposit kitosan-
kalsiumposfat sebagai fasa
CPC dan alginate microbead
sebagai fasa polimer

4. IBS : Mekanisme Reaksi
Class I ~ CPC
Reaksi Dissolusi
CaHPO
4(s) Ca
→
2+
(aq) + HPO
4
2-
(aq)
Ca
4
(PO
4
)
2
O(s) + H
2
O(l) 4Ca
→
2+
(aq) + 2PO
4
3-
(aq) + 2OH
-
(aq)
Reaksi asam-basa
10 Ca
2+
(aq) + 6PO
4
3-
(aq) + 2OH
-
(aq) Ca
→
10(PO
4)
6(OH)
2 (s)
HPO
4
2-
(aq) + 2OH
-
(aq) PO
→
4
3-
(aq) + H
2
O (l)
Reaksi Setting Secara Keseluruhan
2CaHPO
4
(s) + 2Ca
4
(PO
4
)
2
O(s) Ca
→
10
(PO
4
)
6
(OH)
2
(s)
(doi:10.1016/S0142-9612(03)00238-2)
(DOI: 10.1177/2280800019872594)
Class II ~ CPC + Hidrogel (gelatin+Genipin)
DOI: 10.3390/ma7043106 (Michaela Rödel 2019)
Class II ~ CPC + thermosensitive Copolymer
doi:10.3390/ma13245779

5. IBS : Sifat (10.1016/j.actbio.2013.11.001)
Kohesi dan Anti-washout
Kohesi : kemampuan IBS
untuk mengeras dalam keadaan
lingkungan statis berair tanpa
hancur menjadi partikel kecil
Anti washout : kemampuan
IBS untuk mengeras dalam
keadaan lingkungan dinamis
berair tanpa hancur menjadi
partikel kecil
Cara meningkatkan kohesi
Meningkatkan gaya tarik
antar partikel CPC
Mengurangi tekanan osmosis
Meningkatkan viskositas
Memperkecil ukran partikel
fasa padat
Metode : Pasta komposit
disuntikkan ke SBF pada 37 C
dan dikocok pada 60 rpm selama
0 dan 30 menit
(doi:10.3390/ma13245779)
Setting Time
Definisi : waktu yang dibutuhkan untuk IBS (CPC)
menjadi cukup kuat untuk menahan gaya yang
diterapkan.
initial setting time : Saat awal CPC kehilangan
plastisitas
Final setting time : saat CPC kehilangan seluruh
plastisitasnya dan mulai mengeras
Cara menurunkan setting time
Memperkecil ukuran partikel
Mengurangi kristalinitas
Menambahkan accelerators pada fasa padat & cair
Meningkatkan suhu setting
Mengurangi rasio liquid-to-powder L/P
Metode Uji
Gillmore Needle (ASTM C266)
Initial setting time : 113.4± 0.5 g dan tip diameter
2.12± 0.05 mm
Final Setting time : 453.6±0.5 g tip diameter of
1.06±0.05 mm
Vicat Needle (ASTM 191)
Batang bergerak 300± 0.5 g dan jarum diameter
1.00±0.05 mm dengan panjang kurang dari 50 mm
Initial setting time : waktu ketika penetrasi kurang
dari 25 mm
Final setting time : saat jarum tidak meninggalkan
bekas melingkar sempurna pada permukaan pasta
Mekanis
Sifat tulang cancellous
alami
Kuat tekan : 2-12 Mpa
Densitas : 0.2 – 0.5
g/cm3
Porositas 75 – 85%
Ukuran Pori : pori 300-
600 µm
Faktor yang
mempengaruhi
Porositas
Ukuran, Morfologi, dan
distribusi kristal apatit
yang terbentuk
Metode uji
Uji tekan : d = 6 mm t =
12 mm crosshead : 0.5
mm/detik
(doi:10.3390/ma1324577
9)
Porositas (DOI:
10.1002/jbm.b.33173)
Water evaporation
Helium Picnometry
Metanol Resaturation
Injektabilitas
Definisi : kekuatan injeksi yang harus
diterapkan ke jarum suntik untuk
mengeluarkan pasta semen
Cara meningkatkan Injektabilitas
Mengurangi ukuran partikel
Meningkatkan rasio L/P
menggunakan partikel sperik
menggunakan partikel terdeaglomerasi
menggunakan partikel dengan distribusi
ukuran yang luas
Menambahkan ion atau polimer
mengurangi interaksi partikel
Meningkatkan viskositas fasa liquid
Metode uji : Pasta dikeluarkan dari
syringe (8G) dengan kecepatan crosshead
15 mm/menit sampai tercapai gaya
maksimum 100-250 N
(doi:10.3390/ijms23147590)
IC = [(Mi-Mr)/Mi] × 100
doi:10.1016/j.biomaterials.2004.05.010

6. IBS : Aditif
Aditif Efek Sumber
Asam Sitrat Meningkatkan injektabilitas dengan cara menunda waktu hidrasi
Menunda pertumbuhan kristal apatit
Menurunkan setting time
DOI : 10.1002/jbm.b.31619
DOI : 10.1007/bf00122399
DOI : 10.1002/jbm.b.30481
Phytic acid (Inositol-
6-posfat, IP6)
Meningkatkan setting time, menunda pertumbuhan Kristal
(brusit)
DOI:10.1038/s41598-017-00731-
6
sodium
pyrophosphate
Meningkatkan setting time, menunda pertumbuhan Kristal
(brusit)
DOI:10.1111/j.1151-
2916.1996.tb08746.x
Asam asetat Mempercepat reaksi pembentukan HA karena efek pH DOI : 10.1007/bf00122399
Sodium phosphate Menurunkan setting time, menurunkan injektabilitas, DOI: 10.1002/jbm.b.30403
PLGA Membentuk makropori DOI: 10.1002/jbm.b.31619
Kitosan& alginat Anti washout agent, meningkatkan kuat tekan DOI: 10.1002/jbm.b.31619
PEG Meningkatkan setting time, kuat tekan, injectabilitas, dan
porositas
DOI : 10.31436/iiumej.v19i2.913
HPMC Meningkatkan injektabilitas, meningkatkan kohesivitas,
cenderung meningkatkan sifat mekanis
DOI: 10.1002/jbm.b.30403
Soybean/gelatin
foam
Meningkatkan makroporositas dan biodegradasi DOI: 10.1039/d2ma00410k
N-(2-
hydroxypropyl)-3-
trimethyl chitosan
chloride
Meningkatkan sifat anti bakteri dan wound healing DOI: 10.1039/d2ma00410k

7. 10.1016/j.actbio.2013.11.001 DOI: 10.1039/d2ma00410k
Rangkuman Riset terkait IBS

8. IBS : Riset Pendahuluan
Kuat tekan : 17 – 26 Mpa
Degradasi : 9 – 10 %
(BCP/Gelatin) : CarboxyMethylCelluloce
(Hera Julita 2016)
Kuat tekan : 4 – 14 Mpa
Degradasi : 7 – 8 %
BCP - (Gelatin/CarboxyMethylCelluloce)
(M Sholeh 2016)
BCP/Alginat/Aditif (CaCl2, Asam sitrat,
Na2HPO4 (Aslam Louis 2016)
Kuat tekan : 3.04 Mpa Porositas : 67%
Degradasi 7 hari : 37%
BCP/Alginat/Aditif (CaCl2, Asam sitrat,
K2HPO4 (Sri Harjanti 2016)
Kuat tekan : 2.15 Mpa Porositas : 61%
Degradasi 7 hari : 20%
(HA/Gelatin) – Granul HA
(Fitriayu Lestari 2016)
Kuat tekan : 10.32 Mpa Porositas : 10%
Degradasi 7 hari : 20%
BCP/CarboxyMethylCelluloce
(Letia Oktri Diana 2016)
Kuat tekan : 9.86 Mpa
Degradasi 5 hari : 14%

9. CREDITS: This presentation template was created by Slidesgo,
including icons by Flaticon, and infographics & images by
Freepik
Kesuwun!
Please keep this slide for attribution

10. IBS : Rencana Riset