Hidrogel GelMA Berbasis Gelatin Ikan Patin (Pangasius) sebagai Perancah untuk Pembentukan Spheroid

Abstract

Sistem kultur sel tiga dimensi (3D) telah banyak dikembangkan dalam bidang rekayasa jaringan, pemodelan penyakit tumor dan kanker, serta pengobatan regeneratif. Sistem ini berperan dalam pembentukan spheroid, yaitu agregat seluler yang memiliki potensi untuk berdiferensiasi menjadi organoid. Organoid merupakan struktur multiseluler yang berasal dari sel induk dan sel progenitor, serta mampu meniru struktur dan fungsi organ tertentu. Perancah yang umum digunakan untuk mendukung pertumbuhan, proliferasi, dan diferensiasi sel dalam pembentukan organoid adalah Matrigel. Namun, Matrigel memiliki sejumlah keterbatasan karena diekstraksi dari sel sarkoma tikus (sel tumor ganas), sehingga berpotensi menyebabkan kontaminasi virus dari hewan, mengganggu sistem imun tubuh, dan secara mekanis sulit dimodifikasi. Sebagai alternatif, digunakan hidrogel gelatin methacryloyl (GelMA) yang memiliki sifat biokompatibel, biodegradable, serta sifat mekanik yang dapat disesuaikan. Hidrogel ini disintesis dari gelatin yang diikat silang dengan anhidrida metakrilat (MA). Namun, sumber gelatin yang umum digunakan, yaitu dari kulit babi atau sapi, menjadi kendala bagi sebagian pengguna. Umat Muslim dilarang menggunakan bahan-bahan yang berasal dari babi, sedangkan umat Hindu tidak diperbolehkan mengonsumsi sapi. Selain itu, gelatin dari sapi juga berisiko mengandung prion penyebab Bovine Spongiform Encephalopathy (BSE) atau penyakit sapi gila. Sebagai solusi, gelatin dari kulit ikan patin (Pangasius) digunakan sebagai alternatif yang lebih aman dan dapat diterima oleh berbagai kalangan. Hidrogel GelMA dari kulit ikan patin berhasil disintesis melalui reaksi ikatan silang antara gelatin dan anhidrida metakrilat dengan variasi konsentrasi MA sebesar 1%, 3%, dan 6%. Karakterisasi menggunakan FTIR menunjukkan bahwa vibrasi regangan gugus karbonil (C=O) bergeser dari 1637 cm?¹ pada gelatin menjadi 1628 cm?¹ pada GelMA. Selain itu, muncul puncak vibrasi regangan C–N pada 1250 cm?¹, vibrasi tekukan N–H pada 1533 cm?¹, dan vibrasi regangan N–H pada 3413 cm?¹. Puncak pada 2875 cm?¹ menunjukkan vibrasi regangan C–H, dan puncak pada 2934 cm?¹ menunjukkan vibrasi regangan CH2. Karakterisasi lanjutan menggunakan 1H-NMR menunjukkan adanya puncak sesuai dengan proton akrilik (2H) pada pergeseran kimia d = 5,3 dan d = 5,6 ppm. Efek proton metil (3H) dari gugus metakrilamida muncul pada d = 1,8 ppm. Hilangnya puncak metilen proton (2H) dari lisin pada sekitar d = 2,9 ppm mengindikasikan terjadinya interaksi antara gelatin dan MA. Derajat metakrilasi (DM) yang diperoleh dari variasi konsentrasi MA masing-masing adalah 40% (1%), 55% (3%), dan 78% (6%). Pengujian sifat mekanik menunjukkan bahwa modulus kompresi meningkat seiring peningkatan konsentrasi GelMA: FG30 (13,1 kPa), FG35 (18,4 kPa), dan FG40 (24,2 kPa). Peningkatan ini disebabkan oleh jumlah ikatan silang dan rantai polimer yang terbentuk selama proses fotopolimerisasi UV, yang berkontribusi pada kekakuan hidrogel. Rasio pembengkakan hidrogel menunjukkan tren menurun dengan meningkatnya konsentrasi GelMA. Rasio pembengkakan FG30 meningkat dari 17,02% menjadi 45,79%, pada FG35 dari 14,26% menjadi 40,56%, dan pada FG40 dari 6,07% menjadi 31,89%. Analisis morfologi menggunakan SEM menunjukkan bahwa struktur hidrogel FG30 bersifat homogen dan berpori, dengan diameter pori rata-rata sekitar 7,5 µm. Keberadaan pori-pori dalam struktur hidrogel sangat penting untuk mendukung difusi nutrisi dari medium ke dalam perancah. Uji viabilitas sel menggunakan metode WST-1 terhadap mesenchymal stem cells (MSCs) menunjukkan peningkatan viabilitas dari 65,0 ± 4% pada hari ke-3 menjadi 340,3 ± 11% pada hari ke-11. Peningkatan ini mengindikasikan bahwa hidrogel FG30 mampu mendukung adhesi, penyebaran, dan proliferasi MSCs. Selain itu, pembentukan spheroid teramati sejak hari pertama inkubasi, dengan diameter mencapai 1105,86 µm pada hari ke-11. Dengan demikian, hidrogel GelMA yang disintesis dari kulit ikan patin (Pangasius) menunjukkan potensi besar sebagai biomaterial untuk aplikasi kultur sel 3D. Hidrogel ini memiliki sifat mekanik yang dapat disesuaikan, perilaku pembengkakan yang terkendali, serta struktur berpori yang mendukung viabilitas dan proliferasi sel. Secara khusus, hidrogel FG30 terbukti mampu menunjang adhesi MSCs, proliferasi, dan pembentukan spheroid, yang mencerminkan sifat biokompatibilitasnya. m