Text

Pengaruh Pajanan Pulsed Electromagnetic Field terhadap Kecepatan Penyembuhan Fraktur Model Delayed Union Tikus Spraque Dawley melalui Jalur Sinyal Wnt = Effect of Pulsed Electromagnetic Field (PEMF) Exposure on the Healing Rates of Delayed Union Fracture Model via Wnt Signaling Pathway.

Latar Belakang: Fraktur non union yang juga dikenal sebagai delayed union tidak menunjukkan tanda penyembuhan dalam periode 6 sampai 9 bulan paska fraktur. Penanganan fraktur non union merupakan masalah utama dan kompleks dalam bidang ortopaedi. Banyak penelitian menunjukkan bahwa pulsed electromagnetic field (PEMF) dapat mendorong proses penyembuhan faktur, namun sampai saat ini belum dapat dipahami mekanisme yang mendasarinya. Penelitian ini bertujuan untuk meneliti pengaruh pajanan PEMF terhadap kecepatan penyembuhan fraktur model delayed union melalui jalur sinyal Wnt. Metode: Penelitian ini terdiri dari tiga tahap, pada tahap pertama dilakukan desain dan pembuatan alat PEMF. Selanjutnya tahap kedua merupakan penelitian pendahuluan untuk mengetahui perbedaan pengaruh pajanan medan magnet statik (SMF) dan PEMF. Tahap ketiga merupakan penelitian utama dilakukan pajanan PEMF terhadap tikus Spraque-Dawley dengan fraktur model delayed union. Sebanyak 48 tikus Spraque-Dawley jantan berusia 4 bulan dengan berat badan 250350 gram dilakukan frakturisasi model delayed union pada femur kiri selanjutnya dibagi secara acak kedalam dua kelompok: kontrol (n=24) dan PEMF (n=24). Pada kelompok PEMF, diberikan pajanan dengan intensitas medan magnet 1.66 mT dan frekwensi 50 Hz selama 4 jam/hari, 7 hari/minggu sampai akhir periode pengamatan. Pada hari ke 5, 10, 18, 28 paska fraktur, sebanyak 6 tikus dari setiap grup di euthanasia untuk analisis histomorfometri, biokimia dan molekular. Hasil: Pada penelitian ini telah berhasil dibuat alat PEMF dan digunakan dalam penelitian penyembuhan fraktur model delayed union menggunakan tikus SpraqueDawley. Hasil analisis histomorfometri menunjukkan jaringan tulang pada kelompok pajanan PEMF lebih tinggi dibandingkan dengan kelompok kontrol pada hari ke 18 paska fraktur. Aktivitas alkaline phospatase meningkat secara signifikan pada kelompok pajanan PEMF. Hasil analisis RT-qPCR menunjukkan pajanan PEMF meningkatkan ekspresi gen Wnt5a, Wnt10b dan β-catenin yang sejalan dengan peningkatan pembentukan jaringan tulang pada hari ke 18 paska fraktur. Kesimpulan: Penyembuhan fraktur pada kelompok pajanan PEMF lebih baik dibandingkan dengan kelompok kontrol. Hasil dalam penelitian ini menunjukkan pajanan PEMF dapat mempercepat penyembuhan fraktur pada tahap awal dan mengaktivasi jalur sinyal Wnt kanonik dan non kanonik.
Keywords: fraktur delayed union, PEMF, histomorfometri, alkaline phosphatase, Wnt pathway


Background: The non-unions fracture, known as delayed union was indicated by the absence of the healing in period of six – nine months. Non-union treatment has become the main problem in orthopedic field due to the complex strategy management. Many studied have demonstrated that pulsed electromagnetic field (PEMF) facilitates the process of fracture healing, but the main limitation of PEMF stimulation is the mechanism by which PEMF stimulates bone healing has not yet been established. The purpose of this study was to investigate the effects of PEMF exposure on the healing of delayed union fracture via Wnt signaling pathway in rat model. Methods: This present study was consisted of three main stages; the first stage was design and development of the PEMF device. Preliminary study to the effect of static magnetic field (SMF) and PEMF exposure on fracture healing of delayed union model was done in the second stage of this study. In the third stage, forty eight adult male of Spraque-Dawley rats (aged 16 weeks, weight 250-350 gr) were randomly divided into two groups: Control (n=24) and PEMF group (n=24) after operation of diaphyseal delayed union fractures model of the left femurs. PEMF group was subjected to PEMF exposure with maximum intensity 1.66 mT, frequency 50 Hz. The treatment last for four hours per day, seven days per week until the end of 5, 10, 18 and 28 days. At days 5, 10, 18 and 28 post-fracture, six rats of each group were killed by administering a lethal dose of ketamine and xylazine for histolomorphometry, biochemical and molecular analysis. Results: The PEMF device had successfully been designed and implemented in the study of animal model of delayed union fracture healing. The histomorphometric analyses showed that the amounts of bone tissues were higher in the PEMF group compared to the control at 18 days post fracture. The alkaline phosphatase activity was significantly elevated at PEMF group. RT-qPCR analysis demonstrated that PEMF exposure significantly increase gene expression of Wnt5a, Wnt10b and βcatenin. In this study, the increase in Wnt5a, Wnt10b and β-catenin expression were consistent with the increase of bone tissue formation at 18 days post fracture. Conclusions: Bone fracture healing was better in group PEMF compare to control group. This results showed that PEMF stimulation could accelerate early phase of fracture healing and activate both canonic and non-canonic Wnt signaling pathway.
Keywords: delayed union fracture, PEMF, histomorphometry, alkaline phosphatase, Wnt pathway