Elastin sebagai Biomaterial dalam Rekayasa JaringanKelompok 1Adinda Putri Wisman Adityo Wicaksono (1006661185) (0906518523)

Anissa Permatadietha Ardiellaputri (1006661203) Citta Devi Guntari Eka Nurin Sharfina Felita Khairu Nuzula Maria Regina Sudiarta Nur HalimahDepartemen Teknik Kimia Universitas Indonesia Depok, 2012

(1006661222) (1006661235) (1006661241) (1006661260) (1006661273) (1006661286)

BIOMATERIAL

1. Pendahuluan Elastin kini menjadi salah satu material biologi yang cukup populer dalam bidang rekayasa jaringan. Rekayasa jaringan merupakan suatu pendekatan dalam menghasilkan sumber terbarukan dari jaringan yang dapat ditransplantasi dengan menggunakan prinsip teknik, ilmu fisika dan obat-obatan. Elastin adalah protein ekstraseluler yang memiliki sifat elastisitas bagi jaringan atau organ. Elastin banyak terdapat pada organ-organ yang mengandalkan elastisitas pada sistem kerjanya, seperti pembuluh darah, otot, paru-paru dan kulit. Salah satu jenis protein pada elastin adalah tropoelastin. Protein ini mempu membentuk ikatan antar asam aminonya secara fisiologis atau disebut sebagai ikatan rantai samping intermolekuler. Hal inilah yang menyebabkan elastin memiliki waktu paruh hingga 70 tahun dan merupakan satu-satunya jenis protein yang paling stabil. Pada makalah ini akan dibahas lebih jauh mengenai elastin dari segi biokimia, biofisika, morfologi seratnya, hingga fungsi fisiologis dari elastin itu sendiri.

1

2. Biokimia elastin Elastin adalah molekul protein dengan salinan gen tunggal yang memiliki 36 domain dimana berat masing-masing domainnya adalah 2 kilo Dalton. Gen-gen pada DNA kromosom eukariot pada umumnya mengandung segmen DNA yang tidak mengkode asam amino yang disebut intron. Segmen yang mengkode protein disebut ekson. Ekson dan intron letaknya bergantian, begitu pula yang terjadi di dalam molekul elastin. Ekson yang berukuran lebih kecil terletak berselang-seling dengan intron yang memiliki ukuran lebih besar. Susunan gen yang paling sempurna pada elastin terletak pada domain 33 dan 36, dimana kedua domain ini membentuk ikatan dasar C-terminus diantara rantai sampingnya. Beberapa molekul tropoelastin pada manusia saling berikatan antar rantai sampingnya hingga membentuk hingga membentuk protein elastin dalam tubuh. Tropoelastin memiliki berat sekitar 72kDa yang terdiri dari jaringan konektif elastis kuning yang terdapat pada paru-paru, dinding pembuluh darah yang besar seperti aorta, dan persendian elastis seperti yang ada pada leher. Jaringan konektif putih yang tidak elastis dari tendon hanya mengandung jumlah elastin yang sedikit. Elastin memiliki komposisi asam amino yang berbeda dan sebagian besar mengandung residu non-polar (hidrofobik). Elastin mengandung sepertiga Gly, lebih dari sepertiga Ala+Val, dan kaya akan Pro. Akan tetapi, elastin hanya mengandung sedikit Hydroxyproline dan residu polar, bukan Hydroxylysine. Molekul tropoelastin terdiri dari dua tipe domain yang disandikan oleh ekson yang berbeda; 1) Domain hidrofobik yang terdiri dari residu Gly, Val, Ala, dan Pro. Keempat residu membentuk struktur yang saling berulang, seperti Gly-Val-Gly-Val-Pro, Gly-ValPro-Gly-Val dan Gly-Val-Gly-Val-Ala-Pro.Elastin sebagai Biomaterial dalam Rekayasa jaringan

BIOMATERIAL

2) Domain hidrofilik yang terdiri dari residu Lys dan Ala Residu-residu pada domain hidrofilik ini membentuk struktur berulang Ala-Ala-Ala-Lys-Ala-AlaLys-Ala-Ala.

2

Gambar 1. Struktur primer propoelastin memiliki kopolimer hidrofobik dan domain rantai samping yang saling berulang

Elastin membentuk jaringan tiga dimensi serat yang menempati kecenderungan waktu tertentu yang tak tampak dalam mikroskop elektron. Rantai silang kovalen dalam elastin terbentuk dari allysine aldol, yang juga terdapat dalam kolagen, dan senyawa Lysinonorleucine, Desmosine, dan Isodesmosine. Lysinonorleucine adalah hasil dari reduksi basa Schiff (ikatan imine) yang terbentuk oleh kondensasi dari rantai samping sebuah Lys dengan allysine (Gambar 2). Desmosine dan Isodesmosine mempunyai bentuk unik terhadap elastin dan berperan untuk warna kuning, dan merupakan hasil dari kondensasi 3 allysine dan 1 lysine rantai samping. Rantai silang ini berperan dalam sifat elastik dan ketidaklarutan elastin.Elastin sebagai Biomaterial dalam Rekayasa jaringan

Gambar 2. Rumus bangun desmosin dan isodesmosin yang dibentuk oleh empat residu Lys dari dua molekul tropoelastin yang berbeda

3. Biofisik elastin Karakteristik biofisik yang penting mempengaruhi fungsi fisiologis elastin dalam tubuh antara lain elastisitas, glass transition, dan koaservasi. Tenaga pendorong untuk pembalikan spontan dari

BIOMATERIAL

elastin yang ditarik merupakan entropi. Untuk sebuat elastomer ideal saat masa dibentangkan, semua energi tersebut diambil oleh backbone dan dapat kembali saat relaksasi. Elastin mengalami glass transition pada suhu yang tergantung oleh keberadaan air, saat terhidrasi sekitar 200C dan saat 30% hidrasi sekitar 30C. Elastin yang berbahan dasar polipeptida kurang mempunyai domain hidrofobik sehingga tidak tidak dapat terjadi koaservasi, yaitu proses penataan untuk meluruskan molekul tropoelastin in vivo sebelum terjadi crosslinking.

3

4. Morfologi serat elastik Elastin mencapai 70% berat kering pada ligamen elastik, 50% di arteri, 30% di paru-paru, dan 24% di kulit. Secara umum, serat elastik merupakan struktur tali seperti pada ligamen, pada media arteri elastik dan kulit. Pada ligamen, serat elastin berstruktur orientasi paralel. Pada kartilago elastik, contohnya auricle (telinga bagian luar) dan epiglottis, serat elastik berstruktur sarang madu. Pada katup jantung, terdapat beberapa struktur elastin spesifik, yaitu struktur seperti lembaran pada ventrikular, struktur seperti sponge pada spongiosa dan struktur tubular pada fibrosa.

5. Penyusunan serat elastin Serat elastin pada dasarnya terbentuk dari 2 elemen, yaitu elastin yang tak berbentuk dan mikrofibril yang sebagian besar tersusun oleh fibrilin-1. Penyusunan serat ini melibatkan banyak molekul, dimulai dari tropoelastin yang disintesis dari retikulum endoplasma kasar (REK) dan kemudian melalui modifikasi postranslasi intraselular, termasuk melepaskan sinyal peptida dan hidroksilasi. Secara intraseluler, tropoelastin terikat pada kompleks 67 kDa (elastin pengikat protein) untuk mencegah segregasi intraseluler. Protein ini disebut chaperon (Gambar 4) yang juga merupakan subunit reseptor elastin-laminin (ELR).Elastin sebagai Biomaterial dalam Rekayasa jaringan

Gambar 4. ELR yang terdiri dari 3 subunit (55, 61, dan 67 kDa). (A) Tropoelastin berikatan dengan kompleks melalui elastin pengikat protein. (B) Pada pengikatan galactosugar, subunit 67 kDa dan tropoelastin dilepaskan

BIOMATERIAL

Reseptor terdiri dari 2 subunit transmembran (55 dan 61 kDa) dan subunit 67 kDa sebagai pengikat protein, serta memiliki tempat pengikatan elastin/laminin dan galaktosa. Elastin pengikat protein hanya melepaskan tropoelastin ketika mengikat galaktosa dari komponen mikrofibrial di rongga ekstraseluler. Pengikatan tropoelastin dan membrannya (subunit 55 kDa) tereduksi

4

menyebabkan dilepaskannya tropoelastin dari elastin pengikat protein dan juga elastin pengikat protein dari subunit transmembran yang akan didaur ulang. Di luar sel, komponen mikrofibrial bertindak sebagai penopang tempat elastin disimpan; mikrofibril akhirnya berakhir di sekitar serat elastin. Molekul tropoelastin bersilangan dengan masing-masing molekulnya dengan melibatkan tembaga dan vitamin B6 yang membutuhkan enzim lisil oksidase, hasil dari bentuk saling silang ini seperti (iso)desmosine. Persilangan ini menghasilkan elastin dewasa yang larut dan sangat stabil. Ketika terdapat mikrofibril, pembentukan serat dapat terjadi tanpa kehadiran sel. Selanjutnya elastin, serat elastis yang mengandung berbagai molekul termasuk fibrillin, microfibrilassociated (Glyco) protein (MAGPs), protein pengikat TGF laten, fibulin, emilin, proteoglikan dan lisil oksidase. Heparan sulfat, sebuah glikosaminoglikan, berperan dalam pembentukan serat elastis dan ditemukan berinteraksi dengan tropoelastin, serta hadir dalam seratElastin sebagai Biomaterial dalam Rekayasa jaringan

elastis dermis manusia. 6. Fungsi fisiologis elastin Regenerasi jaringan dapat dipengaruhi oleh kehadiran molekul-molekul, terutama induksi sintesis elastin yang dapat mempercepat penyembuhan jaringan karena ini merupakan elemen kunci. Namun, kehadiran elastin (peptida) juga dapat mengakibatkan efek samping, yaitu matriks metalloproteinase yang berperan secara tidak langsung dalam perkembangan tumor. Elastin yang merupakan turunan peptida juga dapat merangsang respon osteogenik dalam pembuluh darah sel otot polos secara in vitro. Mutasi yang melibatkan serat elastis penting dalam pemahaman fungsi elastin dan proses elastogenesis. Beberapa contoh terkait penyakit serat elastis dengan model tikus yang sesuai diantaranya: Kongenital Stenosis Aorta Supravalvular (SVAS) adalah kondisi patologis yang berhubungan dengan mutasi pada gen elastin, menghasilkan sumbatan pada aliran keluar di ventrikal kiri dan penyempitan lumen arteri karena kegagalan untuk mengatur proliferasi sel dan deposisi matriks elastin. Hal ini disebabkan oleh pemotongan dan kurangnya domain saling silang (crosslink) dan daerah C-terminal, atau kekurangan molekul tropoelastin. SVAS dapat diwariskan melalui sel tubuh dominan atau sebagai bagian dari sindrom Williams.

BIOMATERIAL

Cutis laxa disebabkan oleh sebuah frameshift mutasi ditandai dengan kulit yang tidak elastis, hernia, dan emfisema karena cabang dan fragmen serat elastis yang abnormal dengan berkurangnya elastisitas serat elastis dan sedikitnya mikrofibril dalam dermis. Penyebab cutis laxa bukan hanya molekul elastin, namun juga fibulin-5. Marfan syndrome (MFS) adalah gangguan dominan autosomal ditandai dengan manifestasi pleiotropic, terutama pada dengan mata, rangka, dan sistem kardiovaskuler. MFS ini terkait dengan mutasi pada gen encoding fibrillin-1. Serat elastis pada dinding pembuluh dapat terfragmentasi sehingga terjadi akumulasi elastin yang tak berbentuk. Perakitan elastin dan degradasi yang tidak tepat dapat menyebabkan kehilangan fungsional seperti hilangnya elastin recoil dalam paru-paru.

5

7. Elastin sebagai biomaterial Elastin dapat termasuk dalam biomaterial ketika elastisitasnya atau efek biologisnya dapat dieksploitasi. Beberapa masalah muncul ketika menggunakan elastin sebagai biomaterial. Salah satunya adalah kalkifikasi (proses mengeras menjadi kapur), fenomena yang sering terjadi pada implan protestik kardiovaskular (misalnya katup jantung bioprostetik dan homografis aorta). Pengapuran dapat dikendalikan secara genetik oleh molekul yang secara aktif menghambat pengapuran dan dapat terjadi secara pasif ketika inhibitor tidak hadir. Pengapuran dapat dicegah dan diminimalisir dengan pengobatan aluminium klorida, asil azida, etanol/ EDTA, dan glycosaminoglycans. Elastin dapat digunakan untuk biomaterial dalam berbagai bentuk, termasuk elastin tak larut dalam autograft, allograft, xenograft, matrik ekstraselular dan deselular serta pada persiapan pemurnian elastin. Elastin yang tidak larut dapat dihidrolisis untuk mendapatkan elastin yang larut. Rantai elastin dapat diproduksi oleh sintetik atau dengan cara rekombinan. 7.1. Biomaterial yang dibentuk dari elastin natural 7.1.1. Elastin dalam autografts, allografts, dan xenografts Di dalam autografts, allograft, dan xenograft terkandung serat fiber (elastin). Ketiganya termasuk dalam skin graft, yaitu suatu tidakan pembedahan dimana dilakukan pemindahan sebagian atau seluruh tebalnya kulit dari suatu daerah asal (donor) ke daerah lainnya (resipien) untuk menutupi suatu luka. 7.1.2. Jaringan deselular mengandung elastin Jaringan deselular adalah bagian dari jaringan yang dimurnikan untuk mengangkat sel tetapi tetap menjaga struktur dari jaringan tiga dimensi. Selsel harus diangkat karena dapat menyebabkan respon imunologi. Salah satu penyusun jaringan deseluler ini adalah elastin. Faktor yang diperlukan dalam teknik jaringan adalah bahan perancah (scaffolds), untukElastin sebagai Biomaterial dalam Rekayasa jaringan

BIOMATERIAL

diferensiasi sel serta faktor pertumbuhan (growth factor). Keuntungan dari jaringan deselular adalah desain struktural dari jaringan tersebut. Deselularisasi dapat diektraksi dengan berbagai metodologi, termasuk dari detergent (Triton, SDS), dan enzim pencernaan (tripsin), yang dapat merubah komposisi dari matriks ekstraseluler. 7.1.3. Persiapan pemurnian elastin Pemurnian penting ketika mempelajari pengaruh jaringan ekstraseluler dewasa dari elastin dalam bentuk berserat. Dalam penelitian terapan, seperti penggunaan elastin dalam biomaterial dan rekayasa, pemurnian serat secara utuh berguna untuk menghindari reaksi lain yang dapat terjadi ketika terdapat kontaminasi dalam elastin, dan dapat mengganggu sistem imun ketika elastin diimplantasi ke dalam tubuh manusia. Struktur crosslinking dari elastin menyebabkan elastin menjadi protein yang mempunyai sifat tak larut yang sangat tinggi. Elastin hanya dapat dilarutkan setelah dilakukan hidrolisis beberapa ikatan peptida. Sifat tak larut ini digunakan untuk mengisolasi elastin dari jaringan. Sumber dari elastin adalah ligamen nuchae karena didalamnya terdapat jumlah elastin dengan persentase yang cukup besar. Metode yang paling tepat untuk mengevaluasi kemurnian elastin adalah transmisi elektron mikroskopi (TEM). Keuntungan dari dimurnikannya elastin adalah dapat dicetak menjadi berbagai bentuk karena sifat elastisitas yang dimiliki oleh elastin. 7.1.4. Elastin terhidrolisis: bentuk terlarut dari elastin Elastin terhidrolisis (solubilised elastin atau elastin peptida) dapat digunakan sebagai biomaterial. Metode yang paling sering digunakan untuk mempersiapkan elastin terlarut adalah dengan perlakuan menggunakan asam oksalat 0,25 M pada 100C dan 1 M KOH dalam 80% etanol pada 37C. Enzim proteolitik dapat mendegradasi serat lentur, termasuk elastase tipe serina dari leukosit polimorfonukelar dan beberapa elastase metaloid dari monosit/makrofag, serta dapat mengakibatkan elastin yang mudah terlarut. Pepsin dalam asam asetat 0.5 M pada dan 0.5 M HCl pada 80C jarang digunakan. Semua metode ini

6

didasarkan pada hidrolisis ikatan peptida beberapa elastin terlarut. Elastin peptida diperoleh setelah hidrolisis asam oksalat dapat dikoaservasi setelah suspensi dalam 10 mM natrium asetat dengan 10 mM NaCl pada pH 5.5 dengan asam asetat, disertai dengan pemanasan dan sentrifugasi pada suhu 37C. Akan terbentuk dua fraksi, yaitu; -elastin (koaservasi kental) dan -elastin (dalam supernatan). Dengan menggunakan KOH, -elastin yang terbentuk merupakan campuran heterogen peptida-peptida elastin dengan massa molekular rata-rata sekitar 70 kDa, larut dalam larutan aquoeos. Keuntungan besar dari persiapan-persiapan ini adalah mengenai kelarutan yang membuat penanganan dan analisis bahan menjadi lebih

Elastin sebagai Biomaterial dalam Rekayasa jaringan

BIOMATERIAL

mudah. Selain itu, peptida elastin mempengaruhi pengiriman sinyal, kemotaksi, proliferasi dan pengeluaran protease melalui reseptor elastin. Elastin terlarut yang terkandung pada biomaterial dapat memberikan efek biologis (seperti meningkatkan elastin sintesis) pada berbagai jenis sel, sangat bermanfaat dalam jangka waktu panjang. Depot dari molekulmolekul ini sangat direkomendasikan untuk biomaterial. Potensi bahan kolagen-elastin dan kolagen-fibrin dievaluasi dalam model in vivo, misalnya sebagai membran mukus dan sebagai pengganti dural. Elastin terlarut telah digunakan untuk meningkatkan biokompabilitas bahanbahan sintetis seperti glikol polietilena tereftalat (PET).

7

7.2. Biomaterial yang berasal dari elastin bio-sintetik 7.2.1. Secara umum Dalam teknologi yang melibatkan protein, banyak parameter standar mengenai elastin itu sendiri seperti molekulnya dapat diatur termasuk rantai asam amino, panjang peptida dan jumlah serta panjang blok kopolimer. Keuntungan teknologi ini adalah dapat memasukkan sekuen spesifik yang memiliki efek terhadap sel biologis. Di sisi lain, dengan adanya sintesis peptida, sangat mudah untuk menggabungkan asam amino tak alami yang mungkin berguna dalam modifikasi atau reaksi crosslinking. Perilaku responsif termal dari elastin seperti dimanfaatkan dalam biomaterial sebagai biomaterial yang dapat diinjeksi. Hal ini penting untuk mempelajari reaksi secara in vivo untuk protein biosintetik. Untuk setiap variasi dalam teknik protein, biocompatibility harus diuji secara mandiri. 7.2.2. Tropoelastin Tropoplastin dapat dibuat dengan dua metode, baik dengan mengisolasi dari binatang yang mengalami defisit tembaga atau dengan teknik biologi molekular. Molekul tropoplastin manusia telah lengkap diekspresikan dalam sistem bakteria. Tropoelastin tidak mengandung crosslink untuk membersihkan serat-serat elastin. Meskipun demikian ada kemungkinan untuk menyambungkan tropoelastin menggunakan enzim lisil oksidase dalam kondisi tidak adanya makromolekul lain. Keuntungan dari elastin rekombinan adalah bentuk tropoelastin yang dapat dibuat. Tropoelastin rekombinan dimanfaatkan untuk menyusun tambalantambalan elastik. Tropoelastin manusia rekombinan telah disambungkan ke dalam elastin yang telah ada dengan menambahkan kultur sel otot halus aorta tikus yang baru lahir. Sebanyak 12% dari suplemen protein rekombinan telah dimasukkan dalam elastin yang tidak dapat larut dengan bentuk elastin dengan sambungan desmosine dan isodesmosine dalam waktu tertentu. Kapasitas dari elastin untuk merakit dirinya sendiri juga dipergunakan untuk membuat biomaterial seperti spon, lembaran-lembaran dan pembuluh tropoelastin manusia. Biomaterial setelah itu dihubungkan dengan biosulfosuccimidyl dalam PBS pada suhu 37oCElastin sebagai Biomaterial dalam Rekayasa jaringan

BIOMATERIAL

untuk memfasilitasi koaservasi dan crosslinking. Biomaterial elastin rekombinan akan lebih menjanjikan dan mendekati alami jika dapat dengan sempurna dihubungkan oleh enzim lisil oksidase. 7.2.3. Fragmen-fragmen tropoelastin Fragmen dari molekul tropoelasin manusia diekspresikan dalam E.coli dapat berkumpul sendiri untuk membentuk sebuah koaservat. Tiga domain hidrofobik mengapit dua domain crosslinking yang cukup untuk melakukan perakitan sendiri. Domain hidrofobik dan crosslinking dari elastin bekerjasama dalam pelipatan protein. Peptida elastin manusia berdasarkan rangkaian ekson 20-(21-23-24)2 dari gen elaston [hidrofobik (20 dan 24)crosslinking (21-23)], secara spontan membentuk matriks fibrilar setelah koaservasi. Koaservasi dari peptida berdasarkan rangkaian ekson 20-(21-23-24) dan ekson 20-(21-23-24)2 menyebabkan aligning dari residu Lys sehingga crosslinking dengan agen oksidasi pyrroloquinoline quinine (PQQ) dalam kehadiran tembaga sulfat dihasilkan zero-length crosslinks, termasuk desmosine dan isodesmosine. Lembaran-lembaran yang dihubungkan dari material ini memiliki modulus elastik yang lebih rendah daripada elastin yang tidak larut pada aorta (0,25-0,4 Mpa vs. 0,8 Mpa), tetapi mempunyai daya pegas yang hampir serupa (80-90%). Penyambungan 20-(21-23-24) dengan genipin menghasilkan biomaterial yang lebih kuat dengan modulus elastik yang lebih tinggi (1,8 Mpa) dan gaya pegas yang lebih rendah. Fragmen tropoelastin berdasar ekson 20-(21-23-24)2 memiliki potensial untuk menghalangi trombosis dalam percabangan pembuluh darah. 7.2.4. Polipeptida seperti elastin Sifat fisika dari polipeptida seperti elastin yang berulang sangat tergantung pada komposisi asam amino dari peptida yang diulang. Salah satu sifat khusus dari polipeptida ini adalah transisi temperatur Tt. Tt polimer yang berdasarkan pada (Val-Pro-Gly-Xaa-Gly)n dapat dimanipulasi oleh asam amino pada posisi Xaa dan menyebabkan ketergantungan pada temperatur, pH, dan potensi elektrokimia. Untuk preparasi material fungsional dipilih polimer yang massa molekulnya tinggi dan sistem yang crosslinkable. Urry et al. mempersiapkan berbagai material seperti elastin dengan polimerisasi pentapeptida elastin; pertama-tama dengan sintesis kimia, kemudian dengan recombinant expression systems. Polimer seperti elastin dapat diproduksi dalam kuantitas besar. Beberapa material bioelastis sudah diuji pada hewan untuk restorasi jaringan lunak. Potensi lain untuk aplikasi material bioelastis adalah sebagai material pengisi untuk inkontinensia kemih, rekonstruksi kandung kemih, dan pencegahan adhesi jaringan pasca operasi.

8

Elastin sebagai Biomaterial dalam Rekayasa jaringan

BIOMATERIAL

Untuk mendapatkan crosslinkable system yang lebih baik dapat dilakukan modifikasi pada urutan asam amino elastin serta penggunaan blok polimer. Cara lainnya untuk mengubah karateristik material adalah dengan merubah komposisi dari blok protein yang lengkap. 7.2.5. Hibrida elastin dengan molekul lain 7.2.5.1. Polipeptida Elastin-fibronektin Domain CS5 dari fibronektin berperan penting dalam menyokong perlekatan dan penyebaran sel-sel endotel pada fibroblast, sel pembuluh darah otot polos dan trombosit darah. Protein buatan yang terdiri dari peptida seperti elastin yang diselingi domain CS5 diproduksi di E.coli, dipurifikasi dengan perlakuan LCST (Lower Critical Solution Temperature). Protein buatan ini terbukti elastik dan dapat menyokong adhesi human umbilical vascular endothelial cell (HUVEC). Karakteristik dari polipeptida elastinfibronektin ini dapat dikontrol melalui urutan asam aminonya, panjang dan jarak dari blokblok berbeda, serta derajat crosslinking. 7.2.5.2. Polimer sutra-elastin Spider dragline silk (Spindroin) terdiri dari sebagian besar glisin dan alanin yang berulang serta menunjukan kekuatan tensil yang sangat besar dan elastisitas yang tinggi. Sutra dari laba-laba dapat diekspresikan pada tumbuhan dengan menyimpannya dalam retikulum endoplasma. Benang dari ulat sutra sebagian besar terdiri dari glisin, alanin, dan serin. Molekul fibroin meliputi daerah kristalin dan amorf (tak berbentuk) dengan rasio 2:1. Rekombinan dari protein seperti fibroin dapat disintesis, namun kelarutannya rendah sehingga aplikasi biomedikal-nya terbatas. Karena itu, Cappello et al. mensintesis polimer yang terdiri dari blok-blok kristalin seperti fibroin (Gly-Ala-Gly-Ala-Gly-Ser) dan blok-blok seperti elastin (Gly-Val-Gly-Val-Pro) pada E.coli. Sutra-elastin memberikan contoh penyesuaian sifat material dari protein sampai dengan ~1000 residu asam amino. Polimer sutra-elastin memperlihatkan perilaku LCST. Polimer sutra-elastin yang responsif terhadap stimulan dapat disiapkan dengan syarat Tt berkurang saat panjang polimer, konsentrasi polimer, dan kekuatan ioniknya bertambah. Komposisi blok dan panjang polimer penting untuk sifatsifat mekanis, biodegradabilitas (terutama oleh hidrolisis enzim) dan sifat fisik dari protein-protein ini. Aplikasi yang memungkinkan adalah untuk drug-delivery dan gene delivery systems. Polimer sutra-elastin dipelajari secara in vivo. 7.2.5.3. Protein fusi Aplikasi biologi lain dari polimer seperti elastin misalnya polipentapeptida (Val-ProGly-Xaa-Gly)n dalam drug delivery. Polipentapeptida rekombinan yang diekspresikan pada

9

Elastin sebagai Biomaterial dalam Rekayasa jaringan

BIOMATERIAL

E.coli dapat dipurifikasi berdasarkan transisi fasanya. Protein lain juga dapat dipurifikasi berdasarkan karakteristik ini ketika digunakan polipeptida seperti elastin yang lain. 7.2.5.4. Polimer sintetik dikombinasikan dengan sekuens elastin Sekuens seperti elastin berpasangan dengan polimer sintetik. Material hibrida ini mempertahankan sifat LCST dan menunjukkan sifat koaservasi yang serupa dengan tropoelastin. Residu asam amino pada rantai utama polipeptida elastin linear juga difungsikan dengan methacrylate untuk mendapatkan tempat yang photocrosslinkable.

10

8. Aplikasi 8.1. Kulit Penggunaan elastin sebagai pengganti kulit umumnya dipakai untuk merawat luka bakar atau luka kronis. Salah satu bahan penting dalam pembuatan kulit sintetis adalah serat elastik, namun produksinya masih terbatas pada konstruksi rekayasa jaringan. Elastin memerlukan sekitar 4-5 tahun untuk terekspresi, karenanya, grafting secara autologous masih merupakan standar utama. Autograft, allograft, xenograft, serta deepidermised dermis masih mengandung serat elastik. Deepidermised dermis dibuat dari kulit kadaver baru dengan mengambil epidermis dan sel dermis sehingga matriks ekstraseluler dan membran dasar dapat dipertahankan. Membran kolagen/elastin terdeselulerisasi digunakan dalam prosedur dua langkah pada model operasi tikus; pada langkah pertama membran dipasang sebelum dilapisi dengan keratinocytes. Secara histologi, metode ini memiliki hasil yang memuaskan, namun karena kontraksi luka, membran akan membentuk lekukan diantara lapisan serat elastik. Hal tersebut diatasi dengan crosslink membran secara kimiawi dengan carbodiimide. Walau demikian proses ini menyebabkan reaksi pembengkakan dan aktifasi makrofag secara kronis yang tidak diinginkan dalam penyembuhan luka.Elastin sebagai Biomaterial dalam Rekayasa jaringan

8.2. Pembuluh darah buatan Dewasa ini diperlukan pembuluh darah buatan berdiameter kecil dengan patensi jangka panjang, terutama untuk prosedur bypass arteri koroner. Elastin terutama diminati karena mampu mengurangi respon proliteratif pembuluh darah terhadap luka arteri in vivo. Pembuluh darah buatan yang diperlukan juga wajib dapat disimpan dalam waktu lama dan memiliki panjang serta diameter bervariasi, penyimpanan yang mudah dan penggunaan yang sederhana. Pelapis berbahan elastin juga dapat dipakai untuk melapis tubing sintetis seperti dengan fragmen tropoelastin dan polipetida yang mirip elastin. Perlakuan tersebut menyebabkan

BIOMATERIAL

penurunan trombogenisida pada hewan uji-coba. Dalam pembuatan konstruksi tubular, protein spinning dapat digunakan.

11

8.3. Material self-assembly Molecular self-assembly adalah peristiwa yang terjadi secara spontan dimana molekul membentuk suatu bentuk tertentu dalam kondisi yang equilibrium secara termodinamika hingga menjadi struktur yang stabil melalui interaksi non-kovalen. Elastin adalah contoh polimer protein yang mampu mengalami proses tersebut. Perakitan diri sangat berguna untuk menyiapkan material dalam skala nano. Untuk polimer, struktur yang mampu merakit diri termasuk nanotubes, nanofibril, nanocoatings dan film bernanopori. Sifat perakitan diri dari elastin digunakan untuk mendapatkan elastin dalam bentuk lain. Hal tersebut menjadi penting dalam tataran selular seperti pembuluh darah dan penghantaran obat atau alat penghantaran faktor pertumbuhan. Material-material tersebut dipelajari secara in vivo. Pembentukan edema (cairan berlebih) setelah injeksi elastisin pada kuku tikus terjadi pada beberapa kasus. Aplikasi lain dari elastin dalam biomaterial adalah pembuatan biokapsul sebagai sistem penghantaran obat. Struktur kapsul yang digunakan sebagai penghantar obat dalam kosmetik dan farmasi biasanya terbuat dari lipid atau polimer sintetik. Kapsul dari protein biologis seperti elastin dapat menghasilkan produk yang biokompatibel dan biodegradable. Kapsul elastin sangat menjanjikan karena kondisi pelepasannya sangat mudah untuk disesuaikan.Elastin sebagai Biomaterial dalam Rekayasa jaringan

9. Penutup Material berbahan elastin sangat menjanjikan dalam bidang rekayasa jaringan dan biomaterial karena sifat-sifat biologis, biomekanis, biokimia dan biofisisnya. Elastin juga dapat digunakan sebagai pendekatan untuk meningkatkan regenerasi jaringan. Sebelum hal tersebut dapat terjadi, beberapa aspek dari material berbahan elastin perlu dipelajari untuk mendapatkan hasil yang lebih terprediksi, dibanding dengan riset secara trial and error yang dilaksanakan pada saat ini.