Inovasi Baharu Tulang Tiruan Menggunakan Teknologi Bioseramik Berkos Rendah

Penulis: Prof. Madya Dr. Khairul Anuar bin Shariff
Pensyarah Kanan,
Pusat Pengajian Kejuruteraan Bahan Dan Sumber Mineral, Kampus Kejuruteraan Tuanku Syed Sirajuddin, Universiti Sains Malaysia

Kesihatan merupakan aset paling berharga bagi setiap manusia. Walaubagaimanapun, kecederaan traumatik akibat kemalangan jalan raya serta penyakit berkaitan tulang seperti osteoporosis, dan kanser tulang sering kali memaksa pesakit untuk menjalani prosedur penggantian tulang. Pada peringkat global, permintaan terhadap perancah tulang tiruan semakin meningkat. Walaupun jumlah permintaan meningkat dalam kalangan pesakit, kos rawatan yang terlibat adalah sangat tinggi. Bagi negara membangun seperti Malaysia, implan logam gred perubatan sepert titanium banyak digunakan untuk merawat pesakit yang mengalami kecederaan traumatik akibat kemalangan. Namun, disebabkan kos logam tersebut adalah mahal, maka bahan alternatif berkos rendah seperti bioseramik mula digunakan sebagai bahan penggantian tulang tiruan.

Salah satu teraju utama dalam teknologi tulang tiruan bioseramik berkos rendah ialah penggunaan bahan hidroksiapatit (HAp) bagi membantu menjana semula tulang baharu pada kawasan tulang yang mengalami kecacatan akibat daripada kemalangan traumatik. Hidroksiapatit merupakan bahan bioseramik yang menjadi asas dalam bidang ortopedik dan pergigian kerana ciri-ciri bahan ini yang menyerupai kandungan mineral yang terdapat dalam badan manusia. Secara umumnya, penghasilan HAp pada skala makmal atau industri sering menggunakan kaedah pemendakan kimia. Kaedah ini dianggap sebagai teknik paling konvensional dan berkos rendah kerana melibatkan tindak balas antara larutan garam kalsium dan fosfat dalam keadaan alkali (pH > 10). Walaupun prosedurnya ringkas, kawalan suhu dan nilai pH yang sangat ketat amat diperlukan bagi memastikan nisbah molar kalsium kepada fosfat kekal pada tahap Ca/P:  1.67, iaitu nilai yang menyerupai tulang asli manusia [1-3].

Selain daripada kaedah pemendakan kimia, trend penyelidikan masa kini semakin beralih kepada penggunaan sumber semulajadi sebagai alternatif yang lebih lestari, murah dan mesra alam. Hidroksiapatit boleh dihasilkan melalui proses penguraian terma atau kalsinasi daripada sisa biologi seperti tulang lembu, tulang ikan, kulit telur, mahupun cangkerang marin. Melalui pembakaran pada suhu tinggi sekitar 800°C hingga 1000°C, segala bahan organik dan protein yang terkandung dalam sisa biologi ini akan disingkirkan bagi mendapatkan bahan mineral HAp yang asli. Kelebihan utama kaedah ini bukan sahaja terletak pada kos bahan mentah yang rendah, malah HAp juga secara semulajadi mengandungi ion karbonat yang dapat membantu mempercepatkan proses penjanaan semula tulang baharu di dalam badan pesakit.

Walaupun kaedah ini dilabelkan sebagai teknologi ‘berkos rendah’, aspek keselamatan biologi tidak boleh diambil ringan. Tulang tiruan yang terhasil daripada teknologi ini mestilah bersifat bioserasi, bermakna ia tidak ditolak oleh sistem imun badan. Kajian yang dilakukan oleh Nishal dan rakan-rakan pada tahun 2025 melaporkan perancah bioseramik berliang mampu mempercepatkan kadar penjanaan semula tulang baharu pada kawasan tulang yang terjejas {4}. Selain itu, keseimbangan diantara reka bentuk liang dan saiz liang yang tepat adalah kunci utama kepada kejayaan intergasi implan dalam badan manusia (Rajah 1).

Semasa proses penyembuhan tulang, sel-sel osteoblas perlu bergerak dari tisu sekeliling ke dalam pusat perancah berliang bioseramik. Jika saiz liang terlalu kecil (kurang daripada 100 µm) [1-3], sel-sel ini cenderung hanya melekat di permukaan luar, seterusnya menutup liang dan menghalang pertumbuhan tisu di bahagian dalam. Sebaliknya, saiz liang yang optimum, iaitu antara 100 µm hingga 500 µm, membolehkan sel menyusup masuk dengan bebas ke seluruh struktur perancah berliang [2]. Selain itu, saiz keliangan yang tepat adalah kritikal bagi sistem pengangkutan nutrien dan penyingkiran sisa metabolism. Sel-sel yang sedang tumbuh memerlukan bekalan oksigen dan nutrien yang berterusan untuk terus hidup. Liang yang saling bersambung  bertindak sebagai saluran mikro yang membolehkan cecair badan mengalir masuk ke bahagian dalam perancah berliang. Tanpa saiz liang yang mencukupi, sel di bahagian tengah perancah akan mengalami kekurangan nutrisi yang akhirnya membawa kepada kematian sel atau nekrosis [2].

Seterusnya, proses vaskularisasi atau pembentukan saluran darah baharu (angiogenesis) amat bergantung kepada saiz liang yang besar (Rajah 1). Saluran darah memerlukan ruang yang lebih luas berbanding sel tunggal untuk berkembang. Kajian menunjukkan bahawa saiz liang yang melebihi 300 µm adalah sangat ideal bagi membolehkan kapilari darah tumbuh ke dalam perancah. Vaskularisasi yang baik bukan sahaja membekalkan oksigen, malah mempercepatkan proses integrasi antara perancah bioseramik dengan tulang asli pesakit. Walaubagaimanapun, reka bentuk saiz keliangan ini memerlukan keseimbangan yang teliti dengan kekuatan mekanikal. Oleh itu, penyelidik perlu memastikan saiz liang yang dipilih cukup besar untuk pertumbuhan biologi, namun cukup kecil untuk memastikan perancah tidak rapuh atau pecah apabila menerima bebanan mekanikal di dalam badan.

Kesimpulannya, saiz keliangan bukan sekadar lubang pada struktur perancah bioseramik berliang, malah ia adalah “nadi” yang menentukan kejayaan penjanaan semula tulang baharu. Pemahaman mendalam mengenai interaksi antara saiz liang dan respon biologi akan membolehkan penghasilan implan bioseramik yang lebih efisien, sekali gus memberikan sinar baharu dalam rawatan kecederaan tulang yang kompleks di masa hadapan.

Kredit foto utama-azomdotcom

Rujukan:

[1] Mohammed Mohammed, A.H., Shariff, K.A., Wahjuningrum, D.A. et al. A comprehensive review of the effects of porosity and macro- and micropore formations in porous β-TCP scaffolds on cell responses. J Aust Ceram Soc 59, 865–879 (2023). https://doi.org/10.1007/s41779-023-00880-0 

[2] Mohammed AHM, Shariff KA, Abu Bakar MH, et al. A novel two-step conversion from DCPD-coated β-TCP to low crystallinity β-TCP porous scaffolds via combination between dry heating and hydrothermal methods: Effects on pre-osteoblast cell responses. Journal of Biomaterials Applications. 2025;40(2):218-235. doi:10.1177/08853282251333231

[3] Mohammed Mohammed, A.H., Shariff, K.A., Bakar, M.H.A. et al. Macro-alignment responses of preosteoblast MC3T3-E1 cells on DCPD-coated β-TCP porous scaffolds: Effect of liquid volume/mass ratio and granular sizes. Journal of Materials Research 39, 2036–2050 (2024). https://doi.org/10.1557/s43578-024-01364-y

[4] Nishal, S., Phaugat, P., Devi, R. et al. Harnessing 3D printing in bone tissue engineering. Discov Mater 5, 135 (2025). https://doi.org/10.1007/s43939-025-00286-8

Biodata ringkas penulis:
Prof. Madya Dr. Khairul Anuar Shariff merupakan Pensyarah Kanan di Pusat Pengajian Kejuruteraan Bahan Dan Sumber Mineral, USM. Bidang penyelidikan beilau merangkumi Bahan Bio dengan Pengkhususan dalam bidang Bioseramik Implan. Kepakaran beliau juga turut diiktiraf di luar dan di dalam negara yang mana beliau telah dilantik sebagai Profesor Adjung di Fakulti Perubatan Pergigian, Universitas Airlangga, Indonesia. Selain itu, beliau juga dilantik sebagai Profesor Kunjungan (Akademik), The University of Osaka, Japan. Bagi pengiktirafan dalam negara beliau telah dilantik sebagai pemeriksa luar dan dalam bagi tesis Pelajar Ijzazah Sarjana yang berkaitan dengan bidang bioseramik.