REVIEW JURNAL “DESIGN AND EVALUATE ALGINATE NANOPARTICLES AS A PROTEIN DELIVERY SYSTEM”

REVIEW JURNAL “DESIGN AND EVALUATE ALGINATE NANOPARTICLES AS A PROTEIN DELIVERY SYSTEM”

  1. Maksud Penelitian

Mengetahui apakah bahan aktif berupa protein dapat disintesis sebagai nanopartikel alginat

  1. Tujuan Penelitian

Melakukan formulasi untuk sintesis nanopartikel alginate sebagai pembawa (carrier) bahan aktif yang berupa protein (dalam jurnal ini yang digunakan sebagai bahan aktif ialah Bovine Serum Albumin)

Mengevaluasi berbagai faktor yang dapat mempengaruhi sifat dan karakteristik nanopartikel alginate

  1. Rumusan Masalah

Apakah Bovine Serum Albumin dapat diformulasi sebagai nanopartikel alginate?

Berapakah konsentrasi alginate yang paling baik dalam formulasi nanopartikel?

Berapakah konsentrasi Kalsium Klorida (CaCl2) yang paling baik dalam formulasi nanopartikel?

Berapakah laju homogenisasi saat pembuatan nanopartikel untuk mendapatkan sifat dan karakteristik nanopartikel yang paling baik?

Berapakah lama (durasi) waktu yang dibutuhkan saat pembuatan nanopartikel untuk menghasilkan sifat dan karakteristik nanopartikel yang paling baik?

  1. Alasan Bovine Serum Albumin (BSA) dipilih sebagai bahan aktif

BSA dipilih sebagai contoh protein untuk melihat apakah senyawa protein dapat diformulasi dalam bentuk nanopartikel alginate. BSA sendiri merupakan protein albumin serum dari sapi yang telah banyak digunakan dalam berbagai jenis uji, di antaranya uji yang menggunakan ELISA.

Hal ini karena BSA tidak mempengaruhi fungsi jenis protein lain (atau enzim) yang tidak membutuhkan kestabilannya. BSA juga sering digunakan untuk mengukur kuantitas protein karena stabilitasnya yang meningkatkan sinyal (pembacaan) pada uji, selain itu murah, tidak mengalami reaksi biokimia pada banyak bahan, serta mudah dimurnikan (1).

  1. Alasan Bovine Serum Albumin (BSA) Diformulasi sebagai Nanopartikel Carrier

Selama beberapa dekade terakhir, pengembangan nanopartikel sebagai pembawa untuk vaksin, pengantaran gen (gene delivery), dan obat-obatan yang pelepasan-terkontrol (controlled-release) sangat banyak. Salah satu jenis bahan aktif untuk obat-obat tersebut adalah dari jenis makromolekul yaitu protein. Seperti yang telah diketahui bahwa protein adalah bahan aktif yang memiliki bioavailabilitas oral yang rendah dan memiliki waktu paruh pendek. Sifat fiskokimianya pun yang menjadi alasan pada rendahnya efek sistemik yang dapat dihasilkan oleh protein sehingga membutuhkan frekuensi injeksi yang sering untuk mempertahankan kadar dalam darah dan mampu mencapai efek terapi. Protein adalah molekul sensitive dengan struktur 3 dimensi yang dapat rusak oleh berbagai faktor, seperti: lingkungan hidrofobik, tekanan tinggi, perubahan temperature dan pH, dan ketiadaan air. Perubahan strukturnya akan berpengaruh pada efek terapi yang dihasilkan oleh protein ini serta dapat pula memicu system imun sebagai efek samping. Salah satu cara mengatasi masalah ini yaitu dengan menggunakan system penghantaran dapat mempertahankan struktur protein dan aktivitasnya, mengubah farmakokinetiknya dan mengantarnya ke jaringan target, sehingga memperbaiki keamanan dan efektivitas protein sebagai obat. System penghantaran yang paling sering digunakan untuk hal ini ialah system penghantaran obat nanopartikulat (Nanoparticulate Drug Delivery System, NPDDS) (2).

Dengan demikian, alasan protein diformulasikan sebagai nanopartikel carrier adalah mempertahankan stabilitas dan efektivitasnya.

Secara spesifik, jenis nanopartikel carrier yang dipilih pada jurnal ini ialah nanopartikel polimerik menggunakan alginate sebagai polimernya.

  1. Alasan Pemilihan Alginat sebagai Carrier dalam Formulasi Nanopartikel

Alginat memiliki sifat dan karakteristik yang unik dan telah digunakan untuk carrier berbagai zat atau agen biologis seperti gen, antigen dan obat yang melindunginya selama transit ke tubuh manusia. Mikrokapsul natrium alginate dan poly-L-lysine secara efektif melindungi jaringan endokrin dari penolakan imun setelah transplantasi. Alginate meningkatkan stabilitas metabolic dari ikatan anti-sense oligonukleotida dan melindunginya dari degradasi pada bovine serum dan untuk modifikasi bio-distribusinya setelah pemerian (3).

Selain itu, alginate memiliki sifat biokompatibel, biodegradable, dan polimer mukoadhesif yang tidak memproduksi toksik dalam tubuh (3).

  1. Metode Pembuatan Nanopartikel

Metode pembuatan nanopartikel yang dilakukan ialah metode Ionotropic Cross-linking dengan Gelasi Ionik.

Alasannya:

Metode gelasi ionik memang belakangan ini paling disukai sebab memiliki beberapa keuntungan: biokompatibilitas nanopartikel, preparasi sederhana, dan harganya murah, penggunaan reagen yang kurang toksik, serta optimasi yang sederhana untuk memperbaiki nilai yield dan penjerapan (3, 4).

Namun, ada beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam proses ini yaitu:

Kondisi fisik, komposisi monomer dari polimer, bobot molekul, konsentrasi polimer alginate, dan agen cross-linking (3).

Urutan metode pelaksanaannya yaitu:

  1. Persiapan Alat dan Bahan

Alat dan bahan yang digunakan untuk pembuatan nanopartikel disiapkan.

  1. Preparasi Nanopartikel Alginat

Menggunakan metode gelasi ionic yaitu dengan cara larutan CaCl2 diteteskan ke dalam larutan natrium alginate di bawah laju homogenisasi 1300 rpm pada suhu kamar. Kemudian, homogenisasi dilanjutkan selama 45 menit. Selanjutnya, suspensi disentrifugasi pada 11200 rpm, 30 menit dan supernatant dibuang. Pellet nanopartikel diliofilisasi (freeze-drying). Untuk menemukan konsentrasi sesuai untuk pembentukan nanopartikel, konsentrasi CaCl2 divariasikan (0.025, 0.05, 0.075, 0.1, 0.15% w/v) dan natrium alginate (0.07, 0.15, 0.3, 0.5, 0.75% w/v) untuk mempelajari sifat nanopartikelnya. Setelah menemukan konsentrasi yng sesuai, laju homogenisasi divariasikan ((600, 800, 1000, 1100, 1300 rpm) dan waktu homogenisasi dari 15-60 menit.

  1. Penjerapan BSA ke dalam Nanopartikel

Larutan Kalsium klorida 10 ml (0,1% w/v) ditambahkan ke dalam 30 mL larutan natrium alginate (0,3% w/v) yang mengandung berbagai konsentrasi BSA (0,3; 0,7; 1; 1,3; 1,7; 2 mg/ml) di bawah laju homogenisasi 1300 rpm pada suhu kamar dan kemudian 0,5 ml poly-L-lysine diteteskan pada suspensi. Selanjutnya, suspensi nanopartikel dihomogenisasi selama 45 menit  pada suhu kamar.

  1. Perhitungan efisiensi penjerapan BSA dan kapasitas penjerapan

Perhitungan efisiensi penjerapan dan kapasitas penjerapan dilakukan secara tidak langsung dengan cara:

Suspensi nanopartikel disentrifuse pada 11200 rpm selama 30 menit. Jumlah BSA pada supernatant dihitung menggunakan Bradford protein assay (Bradford 1976). Supernatant dari blanko nanopartikel diambil sebagai blanko untuk mengoreksi pembacaan nilai absorbansi dari nanopartikel berisi BSA. Konsentrasi BSA dalam supernatant dihitung menggunakan kurva standar yang dihasilkan pada waktu yang sama. Rumusnya:

  1. Karakterisasi Morfologis, ukuran, dan tegangan permukaan

Diukur menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM)

  1. Pengukuran FTIR

Menggunakan FTIR untuk mengetahui interaksi alginate dan CaCl2.

  1. Pelepasan BSA secara in vitro

Ditetapkan berdasarkan uji protein Bradford setelah diberikan perlakuan.

  1. Komentar terhadap Hasil

Metode gelasi ionik menghasilkan pembentukan kompleks kalsium alginate dan interaksi antara ion kalsium dan rantai glukoronik pada polimer alginate membentuk struktur egg-box. Diketahui bahwa konsentrasi alginate yang baik adalah tidak lebih dari 0,3% w/v dan konsentrasi CaCl2 yang baik tidak lebih dari 0,1% w/v, laju homogenisasi yaitu 1300 rpm dan waktu homogenisasi antara 45-60 menit. Kelebihan atau kekurangan konsentrasi nanopartikel tersebut menyebabkan berbagai situasi yang tidak diinginkan. Misalnya, untuk konsentrasi alginate yang kurang dari 0,3% w/v, tidak terbentuk nanopartikel melainkan senyawa terlarut sempurna menjadi disperse molekular (larutan). Begitupula saat jumlah CaCl2 kurang dari 0,1% w/v akan terbentuk disperse molekular. Kemungkinan hal ini disebabkan karena kurangnya daya ion dan polimer alginate untuk bereaksi membentuk cross-link yang selanjutnya membentuk nanopartikel. Sebaliknya, saat konsentrasi berlebihan yang terjadi adalah pembentukan gel dan mikrogel. Ini disebabkan karena alginate secara tunggal memiliki kemampuan gelling sehingga konsentrasi berlebihan dari alginate dan CaCl2 malah akan memicu kemampuan gelling alginate. Laju dan waktu homogenisasi tentunya berperan dalam proses reaksi ionisasi dari polimer dan ion kalsium sehingga membutuhkan durasi dan laju yang tepat.

  1. Kesimpulan

BSA dan jenis protein lain dapat diformulasikan ke dalam nanopartikel alginate dengan konsentrasi terbaik alginate 0,3%; kalsium klorida 0,1% w/v; laju homogenisasi 1300 rpm, dan durasi 45-60 menit.

DAFTAR PUSTAKA

  1. Rockland Immunochemicals, Inc. Bovine Serum Albumine. Available at http://www.rockland-inc.com/bovine-serum-albumin.aspx
  2. Pathak Y, Thassu D. Drug Delivery Nanoparticle Formulation and Characterization. New York: Informa Healthcare USA, Inc; 2009. Chapter 3, Formulation of NPDDS for Macromolecules; P. 35
  3. Saraei, F., Mohamadpour Dounighi, N., Zolfagharian, H., Moradi Bidhendi, S., Khaki, P., Inanlou, F. Design and Evaluate Alginate Nanoparticles as A Protein Delivery System. Archives of Razi Institute. 2013 December; 68 (2): 139-146
  4. Martínez, A. Fernández, E. Pérez, M. Benito, J.M. Teijón and M.D. Blanco (2012). Polysaccharide-Based Nanoparticles for Controlled Release Formulations, The Delivery of Nanoparticles, Dr. Abbass A. Hashim (Ed.), ISBN: 978-953-51-0615-9 InTech, Available from: http://www.intechopen.com/books/the-delivery-ofnanoparticles-polysaccharide-based-nanoparticles-for-controlled-release-formulations
Iklan

Tinggalkan Balasan

Isikan data di bawah atau klik salah satu ikon untuk log in:

Logo WordPress.com

You are commenting using your WordPress.com account. Logout / Ubah )

Gambar Twitter

You are commenting using your Twitter account. Logout / Ubah )

Foto Facebook

You are commenting using your Facebook account. Logout / Ubah )

Foto Google+

You are commenting using your Google+ account. Logout / Ubah )

Connecting to %s