BAB 1

TINJAUAN PUSTAKA

1.1 Nanopartikel

1.1.1 Definisi nanopartikel

Nanopartikel adalah partikel berukuran antara 1-1000 nanometer. Nanopartikel dalam

bidang farmasi mempunyai dua pengertian yaitu senyawa obat yang melalui suatu cara

tertentu dibuat berukuran nanometer yang disebut dengan nanokristal dan senyawa obat

dienkapsulasi dalam suatu sistem pembawa tertentu berukuran nanometer yang disebut

dengan nanocarrier (Rachmawati, 2007).

1.1.2 Jenis Nanopartikel

Pada dasarnya, nanopartikel dapat dibagi menjadi dua yaitu nanokristal dan nanocarrier.

Nanocarrier memiliki berbagai macam jenis seperti nanotube, liposom, nanopartikel lipid

padat (solid lipid nanoparticle/SLN), misel, dendrimer, nanopartikel polimerik dan lain-

lain (Rawat et al., 2006).

a. Nanokristal

Nanokristal adalah penggabungan dari ratusan atau ribuan molekul yang membentuk

kristal, terdiri dari senyawa obat murni dengan penyaluran tipis dengan menggunakan

surfaktan. Pembuatan nanokristal disebut nanonisasi. Tidak seperti nanocarrier,

nanokristal hanya memerlukan sedikit surfaktan untuk stabilisasi permukaan karena gaya

elektrostatik sehingga mengurangi kemungkinan keracunan karena bahan tambahan untuk

pembawa (Rawat et al., 2006).

Ketika ukuran partikel dikurangi hingga kurang dari 100 nanometer, sifat partikel tersebut

akan berubah. Berkurangnya ukuran partikel akan meningkatkan kelarutan obat sehingga

dapat meningkatkan bioavailabilitas obat dalam tubuh. Oleh karena itu, pengembangan

obat berukuran nano, dengan menggunakan teknik seperti miling, homogeniser tekanan

tinggi, spray-drying, dan nano-presipitasi, terus dilakukan untuk membuat senyawa obat

nanokristal. Selain itu penggunaan nanokristal juga dapat mencegah penggunaan pelarut

berbahaya dan surfaktan dalam pembuatan larutan obat suntik. Nanokristal juga

3

4

memungkinkan pengembangan formulasi sediaan melalui rute pemberian dimana ukuran

partikel adalah faktor yang kritis seperti obat tetes mata, sediaan topikal, cairan infus dan

obat suntik (Rachmawati, 2007).

Berkurangnya ukuran partikel dapat mempengaruhi efisiensi distribusi obat dalam tubuh

karena dengan berkurangnya ukuran partikel maka akan meningkatkan luas permukaan

partikel. Berkurangnya ukuran partikel juga meningkatkan disolusi dan kejenuhan larutan

yang berhubungan dengan peningkatan kinerja obat secara in vivo. Jadi, sifat-sifat

nanokristal secara umum tidak sama dengan senyawa obat tersebut dalam ukuran partikel

yang lebih besar (Rachmawati, 2007).

b. Nanotube

Nanotube adalah lembaran atom yang diatur dalam bentuk tube atau struktur menyerupai

benang dalam skala nanometer. Struktur ini memiliki rongga di tengah, dan memiliki

struktur menyerupai sangkar yang berbahan dasar karbon (Rawat et al., 2006).

Gambar 1.1 Nanotube (Rawat et al., 2006).

Terdapat dua macam nanotube, nanotube berdinding tunggal dan nanotube berdinding

ganda. Nanotube berdinding tunggal dapat digunakan sebagai sistem pembawa obat dan

gen karena bentuk fisiknya yang menyerupai asam nukleat. Nanotube berdinding ganda

dapat pula digunakan sebagai sistem pembawa untuk transformasi khususnya untuk sel

bakteri (E. coli) dan untuk elektroporasi sel dalam skala nano (Rawat et al., 2006).

c. Liposom

Liposom adalah konsentrat vesikel lapis ganda yang didalamnya terdapat cairan yang

dibungkus dengan membran lipid lapis ganda yang umumnya terbuat dari fosfolipid alam

atau sintesis dan kolesterol (Rawat et al., 2006).

5

Gambar 1.2 Liposom (Rawat et al., 2006).

Liposom terbentuk ketika lapisan lipid yang tipis terhidrasi dan sejumlah besar kristal cair

lapis ganda menjadi cair dan mengembang. Selama agitasi, lembaran lipid yang terhidrasi

terpisah dan masing-masing bergabung membentuk vesikel yang mencegah interaksi

antara inti hidrokarbon dari lapisan ganda dengan air disekitarnya. Liposom biasanya

digunakan seebagai pembawa obat atau sedian kosmetik untuk mempertahankan

kelembaban kulit (Rawat et al., 2006; Rachmawati, 2006).

d. Nanopartikel Lipid Padat (Solid Lipid Nanopartikel/SLN)

SLN merupakan pembawa koloidal berbahan dasar lipid padat berukuran submikronik (20-

1000 nm) yang terdispersi dalam air atau dalam larutan surfaktan dalam air. SLN berisi inti

hidrofob yang padat dengan disalut oleh fosfolipid lapis tunggal. Inti padat berisi senyawa

obat yang dilarutkan atau didispersikan dalam matrik lemak padat yang mudah mencair.

Rantai hidrofob fosfolipid mengelilingi pada matrik lemak. Emulgator ditambahkan pada

sistem sebagai penstabil fisik (Rawat et al., 2006).

Gambar 1.3 Nanopartikel lipid padat (Rawat et al., 2006).

SLN dibuat dengan berbagai macam teknik seperti homogenisasi tekanan tinggi,

pembentukan mikroemulsi, presipitasi, dan sebagai nanopelet lipid dan liposfer (Rawat et

al., 2006).

e. Misel

Misel adalah agregat molekul ampifatik dalam air dengan bagian nonpolar berada pada

bagian dalam dan bagian polar pada bagian luar yang terpapar air (Rawat et al., 2006).

6

Gambar 1.4 Misel (Rawat et al., 2006).

Dalam lingkungan air, kopolimer dengan sifat ampifilik akan membentuk misel polimerik

berukuran mesoskopik (1-100 nm). Dengan struktur demikian obat yang bersifat hidrofob

(sukar larut dalam air) akan terdisposisi di bagian dalam inti misel sehingga struktur ini

sangat cocok sebagai pembawa obat yang tidak larut air. Dengan obat didalam inti

hidrofob misel dan lapisan luar yang hidrofil membantu dispersi misel dalam media air.

Hal ini mengakibatkan misel cocok untuk sediaan intravena. Ukurannya yang dalam

rentang nanometer menyebabkan misel dapat menghindari sistem retikuloendotelial dan

membantu menembus sel endotelial. Misel memiliki kegunaan dalam stabilitas

termodinamik di dalam larutan fisiologi yang mengakibatkan disolusi yang lambat secara

in vivo (Rawat et al., 2006; Rachmawati, 2006).

f. Dendrimer

Dendrimer adalah senyawa makromolekul yang terdiri atas cabang-cabang di sekeliling

inti pusat yang ukuran dan bentuknya dapat diubah sesuai dengan yang diinginkan (Rawat

et al., 2006; Rachmawati, 2006).

Gambar 1.5 Dendrimer (Rawat et al., 2006).

Struktur dendrimer mempunyai tingkat keseragaman molekular, dengan bentuk dan

karkteristik tertentu dan unik. Molekul obat dapat dimuatkan baik di dalam dendrimer

ataupun diadsorbsi atau diikat pada permukaannya. Dendrimer hidrofil cocok untuk zat

penyalut untuk perlindungan dan penghantaran obat menuju situr yang spesifik sehingga

mengurangi toksisitas obat (Rawat et al., 2006; Rachmawati, 2006).

7

g. Nanopartikel Polimerik

Nanopartikel adalah struktur koloidal berukuran nanometer yang tediri dari polimer

sintesis atau semisintesis dengan rentang ukuran 10-1000 nm. Berdasarkan metode

pembuatannnya, dapat diperoleh nanosfer atau nanokapsul yang didalamnya terdapat obat

baik dengan cara dilarutkan, dijerat, dikapsulasi atau diikatkan pada matrik nanopartikel

(Rawat et al., 2006).

Nanopartikel polimerik meliputi nanokapsul dan nanosfer. Nanokapsul terdiri atas polimer

yang membentuk dinding yang melingkupi inti dalam tempat di mana senyawa obat

dijerat. Nanosfer dibuat dari matrik polimer padat dan di dalamnya terdispersi senyawa

obat (Delie and Blanco, 2005).

A B

Gambar 1.6 Perbandingan antara nanokapsul (A) dan nanosfer (B) (Delie and Blanco, 2005).

Polimer sintesis yang biasa digunakan sebagai bahan untuk nanopartikel polimerik antara

lain poli(asam laktat) (PLA), poli(asam glikolat) (PGA), poli(asam laktat-glikolat) (PLGA)

poli(metilmetakrilat) (PMMA), poli(alkilsianoakrilat) (PACA), dan poli(metilidenmanolat)

(PMM). Beberapa polimer alam juga digunakan sebagai bahan dasar pembuatan

nanopartikel polimerik. Polimer alam tersebut antara lain kitosan, gelatin, albumin, dan

natrium aliginat (Rawat et al., 2006; Delie and Blanco, 2005).

Material polimer memiliki sifat-sifat yang menguntungkan meliputi kemampuan

terdegradasi dalam tubuh, modifikasi permukaan, dan fungsi yang dapat disesuaikan

dengan keinginan. Sistem polimerik dapat mengatur sifat farmakokinetik dari obat yang

dimuatkan yang mengakibatkan obat berada pada keadaan stabil. Kelebihan-kelebihan

tersebut membuktikan bahwa nanopartikel polimerik merupakan sistem yang efektif dalam

menjerat atau mengenkapsulasi obat-obat bioteknologi yang biasanya sensitif terhadap

perubahan lingkungan. Nanopartikel polimerik yang mengikat peptida dapat digunakan

8

sebagai penghantaran melalui oral yang diperpanjang dan dapat meningkatkan penyerapan

dan ketersediaan hayati (Rawat et al., 2006).

Dengan perekayasaan, nanopartikel polimerik dapat ditargetkan untuk menghantarkan

konsentrasi senyawa obat yang lebih tinggi menuju lokasi yang dikehendaki. Tetapi

partikel pembawa obat akan dibuang dari sistem sirkulasi oleh makrofag. Hal tersebut

adalah rintangan utama bila sel non-fagosit dalam tubuh merupakan sasaran pengobatan

(Rawat et al., 2006).

Disamping manfaat dan kelebihannya, nanopartikel polimerik memiliki keterbatasan

seperti sitotoksisitasnya. Ukurannya yang kecil akan membuat makrofag memasukkannya

dalam sel dan proses degradasi dalam sel dapat memberikan efek sitotoksik. Selain itu,

metode produksi dalam skala besar yang sukar dilakukan disamping usaha yang cukup

besar untuk mensintesis polimer dan kopolimer yang sesuai dengan sifat hidrofob dan

hidrofil dari obat (Rawat et al., 2006).

1.1.3 Tujuan Pembuatan Nanopartikel

Tujuan pembuatan nanopartikel antara lain: meningkatkan stabilitas senyawa aktif

terhadap degradasi lingkungan (oksidasi, hidrolisis, penguraian enzimatis), memperbaiki

sistem penghantaran obat melalui suatu rute tertentu, memperbaiki absorbsi senyawa

seperti makromolekul, mempermudah penanganan bahan toksik dan mengurangi

sensitisasi terhadap operator, mengatasi masalah ketidakcampuran zat aktif dalam sediaan,

menutupi rasa dan bau yang kurang menyenangkan suatu zat aktif, mengurangi efek iritasi

zat aktif terhadap saluran cerna, memodifikasi pelepasan zat aktif, dan meningkatkan

kelarutan dalam air

1.1.4 Kelebihan Nanopartikel

Nanopartikel memiliki beberapa kelebihan, antara lain: dapat menghantarkan obat dengan

lebih baik ke unit yang kecil dalam tubuh; mengatasi resistensi yang disebabkan oleh

barier fisiologi dalam tubuh yang disebabkan sistem penghantaran obat yang langsung

dipengaruhi oleh ukuran partikel; meningkatkan efisiensi penghantaran obat dengan

meningkatkan kelarutan dalam air obat-obat yang susah larut dalam air sehingga

meningkatkan bioavailabilitas; dapat ditargetkan, sehingga dapat mengurangi toksisitas

dan meningkatkan efisiensi distribusi obat; memungkinkan penghantaran obat hasil

9

rekayasa bioteknologi melalui berbagai anatomi tubuh yang ekstrim misalnya sawar otak,

cabang saluran sistem pulmonari, tight junction dari sel epitel usus, dan lain sebagainya;

dan memungkinkan penetrasi yang lebih baik pada tumor yang memiliki pori-pori

berdiameter 100-1000 nm (Rawat et al., 2006).

1.1.5 Kekurangan Nanopartikel

Disamping kelebihannya, nanopartikel juga memiliki beberapa kekurangan, antara lain:

nanopartikel susah dalam penanganan dan penyimpanan karena mudah teragregasi;

nanopartikel tidak cocok untuk obat dengan dosis besar; karena ukurannya kecil,

nanopartikel dapat memasuki bagian tubuh yang tidak diinginkan yang dapat menimbulkan

akibat yang berbahaya, misalnya dapat menembus membran inti sel dan menyebabkan

kerusakan genetik yang tidak diinginkan atau mutasi (Rawat et al., 2006).

1.1.6 Pembuatan Nanopartikel

Sifat fisikokimia dari partikel sangat mempengaruhi tingkat absorbsi dalam saluran cerna.

Dan sifat tersebut dipengaruhi oleh metode pembuatan nanopartikel polimerik. Pemilihan

metode pembuatan nanopartikel bergantung pada sifat obat dan polimer (Delie and Blanco,

2005). Secara konvensional, secara umum nanopartikel dibuat dengan dua metode, yaitu:

(i) polimerisasi monomer sintesis; dan (ii) dispersi polimer sintesis atau makromolekul

alam (Soppimath et al., 2001; Delie and Blanco, 2005).

Pembuatan nanopartikel dengan reaksi polimerisasi telah dikembangkan untuk polimer

seperti poli(metilmetakrilat) (PMMA), poli(alkilsianoakrilat) (PACA), dan

poli(metilidenmanolat) (PMM). Pada dasarnya, monomer yang tidak larut air didispersikan

dalam fase air kemudian polimerisasi diinduksi dan dikendalikan dengan penambahan

inisiator kimia atau dengan variasi dalam parameter fisik seperti pH, penggunaan radiasi

sinar γ dan surfaktan sebagai penstabil. Senyawa obat akan terjerat dalam dinding polimer

ketika ditambahkan ke dalam medium polimerisasi atau diadsorbsi pada permukaan

partikel yang sudah terbentuk (Delie and Blanco, 2005).

10

A B

Gambar 1.7 Perbandingan antara obat yang terjerat dalam polimer (A) dan yang teradsorpsi dipermukaan partikel (B) (Delie and Blanco, 2005).

Pembuatan nanopartikel menggunakan polimer, berdasar pada pembentukan endapan. Pada

prinsipnya, larutan organik yang mengandung polimer diemulsikan dalam fase air dengan

atau tanpa surfaktan. Kemudian pelarut organik dihilangkan dengan berbagai macam cara

seperti penguapan, difusi atau salting out dengan disertai pengadukan hingga terbentuk

partikel. (Delie and Blanco, 2005). Beberapa metode telah dikembangkan dalam

pembuatan nanopartikel dengan menggunakan polimer PLA, PLG, PLGA dan poly(ε-

kaprolakton) dengan metode dispersi polimer (Soppimath et al., 2001), antara lain:

a. Metode Penguapan Pelarut

Dalam metode ini, polimer dilarutkan dalam pelarut organik, misalnya diklorometan,

kloroform atau etil asetat. Zat aktif dilarutkan atau didispersikan dalam fase organik

tersebut, dan campuran ini kemudian diemulsikan dalam air untuk membentuk emulsi fase

organik dalam fase air, misalnya emulsi dengan menggunakan surfaktan atau emulgator

seperti gelatin, PVA, polisorbat-80, poloksamer-188, dan lain-lain. Setelah terbentuk

emulsi yang stabil, pelarut organik diuapkan baik dengan meningkatkan temperatur atau

dengan pengadukan yang kontinu. Metode emulsi ganda juga telah digunakan untuk

membuat nanopartikel yang berisi obat yang larut air. Kedua metode tersebut

menggunakan homogenisasi dengan kecepatan tinggi atau sonikasi (Soppimath et al.,

2001). Prosedur tersebut hanya dapat digunakan dalam skala lab, karena untuk produksi

pilot skala besar diperlukan metode alternatif yang menggunakan emulsifikasi dengan

energi rendah.

b. Metode Emulsifikasi Spontan/Difusi Pelarut

Metode emulsifikasi spontan/difusi pelarut adalah hasil modifikasi dari metode penguapan

pelarut. Dalam metode ini, fase minyak yang digunakan berupa pelarut yang dapat larut

dengan air (aseton atau metanol) yang ditambahkan dalam pelarut organik yang tidak larut

11

air (diklorometan atau kloroform). Karena difusi yang terjadi secara spontan dari pelarut

yang larut air, terbentuk turbulensi antar muka diantara dua fase sehingga membentuk

partikel yang lebih kecil. Bersamaan dengan berdifusinya pelarut larut air, ukuran partikel

yang terbentuk semakin kecil (Soppimath et al., 2001).

c. Modifikasi Metode Emulsifikasi Spontan/Difusi Pelarut

Metode ini adalah hasil modifikasi lanjutan dari penguapan pelarut. Dibandingkan dengan

metode emulsifikasi spontan/difusi pelarut, fase minyak yang digunakan dalam metode ini

adalah campuran dari 2 pelarut organik yang bercampur air seperti etanol/aseton atau

metanol/aseton, dan bukannya campuran pelarut yang dapat larut dengan air dengan

pelarut organik yang tidak larut air seperti aseton/diklorometan atau aseton/kloroform.

Alternatif ini mencegah agregasi partikel bahkan dalam fase organik yang mengandung

polimer dalam konsentrasi tinggi, yang mengakibatkan peningkatan hasil sehingga tepat

digunakan untuk skala industri. Kelebihan lainnya adalah penggunaan dari pelarut

berbahaya seperti diklorometan dapat dihindari, proses pemurnian dapat disederhanakan

dengan menggunakan teknik ultrafiltrasi. Prosedur yang digunakan terdiri dari 3 tahap,

yaitu quasi emulsification (pelarutan polimer dalam alkohol/aseton dan pembentukan

emulsi dalam air), pemurnian (menggunakan ultrafiltrasi) dan proses kering-beku

(Murakami et al., 1999).

d. Pembuatan Nanopartikel dengan Menggunakan Teknologi Cairan Superkritis

Cairan superkritis menjadi metode alternatif yang cukup menarik karena cairan ini

merupakan pelarut yang ramah lingkungan dan dapat menghasilkan partikel yang memiliki

kemurnian tinggi dan tanpa adanya pelarut yang tersisa. Secara umum prosedur yang

dilakukan adalah sebagai berikut: bahan nanopartikel dilarutkan dalam cairan superkritis

dibawah tekanan yang sangat tinggi kemudian larutan tersebut disemprotkan melalui

nozzle. Ketika disemprotkan, tekanan cairan superkritis menurun, hal ini menyebabkan

kemampuan cairan superkritis untuk melarutkan berkurang drastis sehingga partikel-

partikel kecil akan mengendap seketika. Kelebihan lain dari penggunaan cairan superkritis

adalah proses pembentukan partikel yang sangat kecil sehingga ukuran partikel yang

dihasilkan sangat kecil (Gupta, 2006; Soppimath et al., 2000).

d. Metode Spray-Drying

Cara lain pembuatan nanopartikel dengan menggunakan polimer adalah melalui metode

spray-drying dimana obat dilarutkan atau didispersikan ke dalam pelarut organik yang

12

mengandung polimer, kemudian disemprotkan dalam aliran udara panas. Pelarut akan

segera menguap dan nanopartikel yang kering dapat diperoleh (Delie and Blanco, 2005).

1.1.7 Absorbsi Nanopartikel dalam Saluran Gastrointestinal

Secara fisiologi, fungsi dari saluran gastrointestinal (GI) adalah untuk mencerna dan

menyerap nutrisi, air dan vitamin yang terkandung dalam makanan. Tetapi, saluran GI juga

berfungsi sebagai penghalang antara lingkungan dengan sisten sirkulasi sistemik untuk

mencegah masuknya patogen, toksin dan makromolekul yang tidak tercerna (Delie and

Blanco, 2005; Bhardwaj et al., 2006).

Saluran GI dilapisi dengan epitel yang terbuat dari sel-sel, diantaranya adalah sel absorpsi

(enterosit) dan sel goblet yang mensekresi mukus. Sel-sel ini bergabung secara erat dan

membentuk penghalang yang kuat dan dilapisi mukus. Folikel limfoid, bagian dari usus

yang berhubungan dengan sisten limfoid (GALT) dan berperan dalam pengembangan

respon imun mukosal, terletak di antara lapisan enterosit. Folikel limfoid terdistribusi

menyebar atau berkelompok di dalam bagian yang disebut Peyer’s patches (PPs). PPs

merupakan lapisan tunggal epitel terdiferensiasi yang terdiri dari enterosit absorptif seperti

epitel yang terasosiasi folikel (FAE). Jumlah PPs berbeda-beda pada tiap individu dan

spesies serta tergantung pada umur. PPs berada sepanjang usus dan jumlah terbanyak

terdapat pada ileum. Folikel limfoid-folikel limfoid terselubungi oleh FAE yang terdiri dari

enterosit, sel M yang didiferensiasi dari enterosit dan beberapa sel goblet. Bagian ini

merupakan tempat awal antigen ditemukan. FAE dan sel M merupakan tempat untuk

pengambilan partikel. Absobsi partikel khususnya, tetapi tidak hanya, terjadi pada PPs

pada tingkat sel M. Partikel dapat melintasi PPs atau melalui lapisan enterosit. Absorbsi

partikel terjadi sangat cepat dan merupakan mekanisme transelular dan beberapa dengan

jalur paraselular (Delie and Blanco, 2005; Bhardwaj et al., 2006).

13

Gambar 1.8 Skema representasi dari epitel usus pada bagian Peyer’s patch dan detail

FAE (Delie and Blanco, 2005).

Sifat fisikokimia nanopartikel sangat mempengaruhi tingkat pengambilan pada usus. Dua

faktor utama yang mempengaruhi adalah ukuran partikel dan sifat polimer yang digunakan

untuk membuat nanopartikel. Sebelum diabsobsi, terjadi interaksi antara partikel dengan

permukaan sel. Karena hal tersebut, sifat polimer yang digunakan untuk membuat

nanopartikel, khususnya kesetimbangan sifat hidrofobik/hidrofilik polimer dan muatan

permukaan, dan juga adanya senyawa obat yang terdapat pada permukaan nanopartikel

akan mempengaruhi tingkat pengambilan. Setelah diinternalisasi, nanopartikel akan

difagositosis oleh makrofag dan didistribusikan dalam seluruh bagian tubuh (Delie and

Blanco, 2005).

Selain mekanisme transselular yang telah diterangkan diatas, mekanisme transport

nanopartikel melintasi sel usus yang memungkinkan lainnya adalah jalur paraselular

melalui kanal air. Absorbsi paraselular adalah perlintasan obat melalui ruang antara sel

yang berukuran dalam rentang nanometer. Pada manusia, diameter pori kanal air berukuran

antara 4 dan 8 Å, sedangkan pada tikus dan kelinci berukuran sekitar 10-15 Å. Epitel

14

mukosal dalam usus halus berdiri dari sel yang terpolarisasi yang terhubung oleh

sambungan antar sel yang erat (tight intercellular junctions) seluas <1% dari luas

permukaan usus. Pengambilan partikel melalui antar sel absorbsi berbanding terbalik

dengan integritas struktur dari penghalang sambungan erat. Transport epitel partikel dapat

ditingkatkan dengan meningkatkan permeabilitas jaringan epitel dengan cara membuka

sambungan erat dibawah pengaruh polimer mukoadesif dan meningkat penetrasi seperti

kitosan dan karbomer (Bhardwaj et al., 2006).

Gambar 1.9 Jalur penyerapan obat pada usus meliputi difusi paraseluler (A); difusi

paraseluler yang dibantu oleh modulator sambungan erat (B); difusi pasif transseluler dengan metabolisme intraseluler (C); transpor transseluler termediasi pembawa (D); difusi transseluler dimodifikasi (E); transpor transeluler menggunakan vesikel. (Hamman, 2005)

Partikel dalam rentang 40-120 nm dapat diabsorpsi baik secara transelular maupun

paraselular. Ukuran merupakan faktor yang menentukan baik pengambilan maupun

perlakuan biologi partikel. Pada mencit, partikel dengan ukuran >5000 nm tidak dapat

menembus PPs, sedangkan pertikel berukuran antara 2000-5000 nm tetap berada pada PPs

dan partikel berukuran <2000nm dapat bermigrasi melalui PPs (Bhardwaj et al., 2006).

1.1.8 Karakterisasi nanopartikel

Seperti telah dibahas sebelumnya, sifat unik yang dimiliki oleh nanopartikel disebabkan

secara langsung oleh sifat fisikokimianya. Karena itu, penentuan karakteristik nanopertikel

diperlukan untuk mendapatkan pengertian mekanis dari perilaku nanopartikel. Pengertian

yang mendalam dapat digunakan dalam memperkirakan kinerja secara in vivo juga

diperlukan dalam merancang partikel, pengembangan formulasi dan mengatasi masalah-

masalah dalam proses pembuatan nanopartikel.

Karakterisasi nanopartikel meliputi antara lain ukuran dan distribusi ukuran partikel,

morfologi partikel, muatan permukaan partikel, persen penjeratan zat aktif, profil

15

melepasan zat aktif secara in vitro dan in vivo, dan kemampuan penetrasi menembus barier

fisiologis.

a. Ukuran dan Distribusi Ukuran Nanopartikel

Ukuran partikel mempengaruhi secara langsung terhadap keunikan sifat dari nanopartikel,

karena itu penentuan ukuran dan distribusi ukuran nanopartikel harus dilakukan. Beberapa

metode dapat digunakan dalam penentuan seperti penghamburan cahaya dinamis (dynamic

light scattering/DLS), penghamburan cahaya statis (static light scattering/SLS), Ultrasonik

spektroskopi, turbidimetri, NMR, Coulter counter, penyaringan dan lain sebagainya

(Haskell, 2006).

b. Morfologi Nanopartikel

Bentuk dan keadaan permukaan nanopartikel penting untuk diketahui karena hal ini dapat

memberikan informasi tentang sifat pelepasan obat. Untuk melihat permukaan nanopartikel

dapat digunakan mikroskop elektron pemindaian (scanning electron microscopy/SEM),

mikroskop elektron transmisi (transmission electron microscopy/TEM), mikroskop daya

atom (atomic force microscopy) (Haskell, 2006).

c. Muatan Permukaan Nanopartikel

Muatan permukaan partikel mempengaruhi pengambilan partikel. Partikel yang hidrofob

akan diabsorbsi lebih cepat daripada partikel yang permukaannya bersifat hidrofil. Jumlah

partikel yang berada dalam PPs melalui rute oral berkorelasi dengan hidrofobisitas relatif

polimer yang digunakan untuk membuat partikel. Meningkatkan hidrofobisitas partikel

menambah permeabilitas melalui mukus tetapi mengurangi translokasi melalui dan

melintasi sel absorpsi. Karena itu, kesetimbangan sifat hidrofil-lipofil optimum merupakan

sifat yang perlu dimiliki oleh polimer pembentuk matrik (Bhardwaj et al., 2006). Selain itu

muatan yang terdapat pada permukaan dapat mengakibatkan agregasi partikel dalam

penyimpanan dan akan mempersulit partikel dalam melintasi membran plasma karena

molekul atau partikel yang bermuatan tidak bisa melintasi membran plasma (Haskell,

2006).

Untuk mengetahui muatan permukaan nanopartikel dapat digunakan beberapa metode,

antara lain penghamburan cahaya elektroforesis (electrophoretic light scattering),

elektroforesis tube U (U-tube electrophoresis), dan fraksinasi medan elektrostatis

(electrostatic field fractionation/electrostatic-FFF) (Haskell, 2006).

16

d. Persen Penjeratan Zat Aktif

Persen penjeratan zat aktif ditunjukan dengan perbandingan antara jumlah obat dalam

nanopartikel dengan jumlah teoritis obat dalam nanopartikel dalam persen (Niwa et al.,

1993)

%100elnanopartik dalamobat ritisjumlah teo

elnanopartik dalamobat jumlah (%) aktifzat penjeratanPersen ×=

Semakin mendekati 100%, persen penjeratan semakin baik. Persen penjeratan perlu

diketahui untuk mengoptimasi metode sehingga bahan yang digunakan tidak banyak

terbuang.

e. Profil Pelepasan Zat Aktif

Profil pelepasan zat aktif penting dalam pengembangan formula sediaan farmasi. Tingkat

pelepasan zat aktif bergantung pada: (i) desorpsi obat yang teradsorbsi; (ii) difusi obat

menembus matrik nanopartikel untuk nanosfer atau difusi obat menembus dinding polimer

untuk nanokapsul; (iii) erosi matrik nanopartikel; (iv) kombinasi proses erosi matrik dan

difusi obat (Soppimath et al., 2001).

Metode yang digunakan dalam mengamati pelepasan zat aktif secara in vitro adalah : (i) sel

difusi berdampingan dengan membran biologis atau membran buatan; (ii) teknik difusi

kantung dialisis; (iii) teknik dialisis balik; (iv) ultrasentrifugasi; (v) ultrafiltrasi; (vi) teknik

ultrafiltrasi sentrifuga (Soppimath et al., 2001).

f. Kemampuan Penetrasi Menembus Barier Fisiologi

Kemampuan penetrasi menembus barier fisiologis perlu diketahui karena hal ini akan

mempengaruhi jumlah nanopartikel yang berhasil masih dalam sistem sirkulasi mengingat

zat aktif yang dimuatkan dalam nanopartikel adalah zat yang sulit atau bahkan tidak

memiliki kemampuan penetrasi menembus barier fisiologis (Bhardwaj et al., 2006).

Pengamatan secara in vitro dapat menggunakan kultur sel. Lapisan sel Caco-2 didapat dari

adenocarcinoma kolon manusia adalah cara pemeriksaan permeabilitas yang baing sering

digunakan untuk mempelajari transpor transepitel. Lapisan sel Caco-2 dapat diubah

menjadi sel M dengan cara kokultur dengan limfosit PPs (Bhardwaj et al., 2006).

17

Percobaan secara ex vivo dilakukan dengan menggunakan bagian usus untuk mengamati

permeabilitas obat melalui jaringan usus mamalia. Jaringan usus yang akan digunakan

untuk pengamatan pengambilan dan transport nanopartikel harus diperoleh dari binatang

yang baru dikorbankan karena lapisan sel epitel akan cepat lisis (Bhardwaj et al., 2006).

1.2 HPMCP

Hidroksipropilmetilselulosaftalat (HPMCP) adalah polimer turunan selulosa dengan

struktur tulang punggung polimerik selulosa yang terdiri atas struktur dasar pengulangan

unit-unit anhidroglukosa. Tiap unit mempunyai tiga gugus hidroksil yang dapat digantikan

oleh substituen lain (Rowe et al., 2006).

O

O

OH

OR

CH2OR

OR

OH

CH2OR'

O

n Gambar 1.10 Struktur molekul monomer HPMCP (Rowe et al., 2006).

HPMCP adalah ester asam monoftalat dari HPMC yang dibuat secara esterifikasi HPMC

dengan ftalat anhidrid. Derajat alkilasi dan karboksibenzoil menentukan sifat polimer dan

pH larutan (Rowe et al., 2006).

HPMCP tersedia dalam berbagai jenis, diantaranya HP-55, HP-50, HP-55 F, HP-55S.

Angka di belakang HP menunjukkan kelarutan polimer dalam pH tersebut, S menunjukkan

bobot molekul yang besar, sedangkan F menunjukkan produk dengan ukuran partikel kecil

(Rowe et al., 2006).

HPMCP merupakan serbuk berwarna putih, tidak berbau dan tidak berasa. HPMCP larut

dalam aseton, campuran aseton-metanol (1:1), metilen klorida-metanol (1:1) dan larutan

alkali. Tidak larut dalam air, heksan dan larutan asam (Rowe et al., 2006).

Secara umum penambahan pemlastis dari luar dalam penyalutan menggunakan HPMCP

tidak diperlukan, karena HPMCP memiliki sifat pemlastis sehingga film yang terbentuk

cukup kuat dan kenyal untuk melindungi sediaan yang disalut secara mekanik. Berbeda

18

dengan selulosa asetat ftalat (CAP) dan kopolimer akrilat yang membutuhkan pemlastis

jika digunakan sebagai penyalut. HPMCP dapat digunakan sebagai penyalut, zat

pensuspensi, bahan pembentuk film, dan penyalut enterik (Rowe et al., 2006).

1.3 Eudragit RL PO®

Eudragit RL, dikenal juga sebagai kopolimer amonium metakrilat, merupakan kopolimer

yang disintesis dari asam akrilat dan ester asam metakrilat dengan mengandung kelompok

amonium kuarterner sebanyak 10%. Kelompok amonium tersebut berada dalam bentuk

garam dan meningkatkan permeabilitas tidak tergantung pH polimer. Eudragit RL

memiliki struktur kimia pada gambar 1.2

C

H

H2C

C

O

CH3

O

CH2C

CH3

C

CH3

H2C C

CH3

C

O

CH2

C

O

C2H5

H2C

C

O

CH2CH2N(CH3)3+ Cl-

O O O

CH2N(CH3)3+ Cl-

Gambar 1.11 Struktur molekul monomer Eudragit RL (Rowe et al., 2006).

Eudragit RL PO merupakan serbuk berwarna putih dengan sedikit berbau menyerupai

amin. Eudragit RL larut dalam aseton, alkohol, diklorometan, dan etil asetat. Eudragit RL

tidak larut pada larutan asam maupun larutan basa. Eudragit RL tidak larut dalam air, dan

lapisan film yang dibentuk dari polimer ini bersifat permeabel terhadap air (Rowe et al.,

2006).

Eudragit RL biasanya digunakan sebagai bahan penyalut untuk membentuk lapisan film

yang tidak larut dalam air. Lapisan film yang dibentuk memiliki sifat permeabilitas yang

tinggi (Rowe et al., 2006).

Eudragit RL cocok digunakan sebagai bahan pembawa nanopartikel karena Eudragit RL

tidak larut dalam air sehingga diharapkan dapat terus membungkus senyawa obat hingga

masuk ke dalam sistem sirkulasi.

19

1.4 Isoniazid

Isoniazid atau INH (C6H7N3O, BM 137,14) memiliki sinonim asam nikotinat hidrazida

mengandung tidak kurang dari 98% dan tidak lebih dan 102% C6H7N3O, dihitung terhadap

zat anhidrat. Tampak sebagai kristal putih atau tidak berwarna atau serbuk kristalin putih,

tidak berbau dan secara perlahan dipengaruhi oleh udara dan cahaya, awalnya berasa manis

kemudian pahit. Titik leleh isoniazid adalah 170-174 °C.

N

NH

H2N

O Gambar 1.12 Struktur molekul isoniasid (Depkes RI, 1995).

Larutan isoniazid 5% dalam air memiliki pH 6-8. Tetapan disosiasi isoniazid adalah 1,8

untuk gugus nitrogen hidrazin, 3,5 untuk gugus nitrogen piridin, dan 10,8 untuk gugus

asam. Logaritma koefisien partisi dalam sistem oktanol dan larutan pH 7,4 adalah -1,1.

Kelarutan INH dalam air, etanol, dan kloroform berturut-turut adalah 1:8, 1:45, dan

1:1000. Isoniazid sangat mudah larut dalam eter (Lund, 1994).

Isoniazid dapat bekerja sebagai bakteriostatik atau bakteriosida, tergantung pada

konsentrasi obat yang terikat pada tempat infeksi dan kepekaan bakteri. Beberapa

mekanisme kerja INH meliputi interferensi metabolisme protein, asam nukleat,

karbohidrat, dan lemak bakteri. Salah satu prinsip kerja INH adalah penghambatan sintesis

asam mikolat yang merupakan komponen lemak bakteri sehingga menyebabkan hilangnya

ketahanan bakteri terhadap asam dan rusaknya dinding sel. Isoniazid bekerja pada bakteri

yang peka dan aktif membunuh pada saat pembelahan sel, serta memiliki spesifisitas yang

tinggi terhadap bakteri genus Mycobaterium antara lain M. tuberkulosis, M. bovis, dan

beberapa strain M. kansaii (Gilman, 2001).

Efek samping yang ditimbulkan oleh pemakaian INH adalah neuritis perifera, disfungsi

hati sedang, reaksi hipersensitivitas, efek hematologi (agrunolositosis, eosinophilia,

trombositopenia). INH dikontraindikasikan untuk penyakit hati akut dan hipersensitivitas

(McEvoy, 2002).

20

INH langsung diserap dari saluran cerna. Pemberian dosis oral sebesar 300 mg (5mg/kg

untuk anak-anak) menghasilkan konsentrasi plasma puncak 3-5 µg/mL dalam l-2 jam. INH

langsung berdifusi cepat dari dalam darah ke seluruh cairan tubuh dan jaringan.

Metabolisme INH, terutama asetilasi oleh N-asetiltransferase hati ditentukan secara

genetik. Waktu paruh rata-rata pada asetilator cepat dan lambat secara berturut-turut adalah

kurang dari 1 jam dan 3 jam. Metabolit-metabolit INH dan sebagian kecil obat dalam

bentuk tetap dikeluarkan melalui urin. Dosis tidak perlu disesuaikan pada pasien dengan

gagal ginjal, tapi direkomendasikan dosis 1/3 sampai 1/2 dari dosis normal pada pasien

dengan insufisiensi hati parah (McEvoy, 2002).

1.1 Papain

Papain adalah senyawa proteolitik yang dimurnikan berasal dari Carica papaya Linné

(Kel. Caricaceae). Nama lain papain adalah papayatin atau vegetable pepsin karena

mempunyai kerja yang mirip dengan pepsin dan tripsin dalam kemampuannya

menguraikan protein (Harsha et al., 1996). Papain mengandung tidak kurang dari 6000

Unit tiap mg. Satu unit aktivitas enzim papain adalah aktivitas yang melepas setara dengan

1µg tirosin dari susbstrat kasein pada kondisi tertentu (USP 28th, 2005).

Gambar 1.13 Struktur tiga dimensi papain

Tampak sebagai serbuk putih atau putih keabu-abuan dan bersifat agak higroskopik.

Praktis larut dalam air dan gliserol, tidak larut dalam sebagian besar pelarut organik.

Papain aktif pada pH 5 tetapi dapat berfungsi dalam medium netral hingga basa. Serapan

UV maksimal pada 278 nm (E1%1 cm 25). (Merck Index 13th, 2001).

Papain tidak efektif bila digunakan sendiri dan memerlukan zat pengaktivasi untuk

menstimulasi potensi mencernanya. Papain dapat diaktivasi dengan menggunakan HCN

dan H2S. Larutan hidrogen peroksida dan garam logam berat dapat menginaktivasi papain.

Kombinasi papain dan urea dapat memberikan aktifitas mencerna dua kali lebih besar dari

21

pada hanya menggunakan papain. Campuran papain-urea pada umumnya dapat ditoleransi

dan tidak mengiritasi (National PBM Drug Monograph, 2004).

Kegunaan papain sebagai enzim proteolitik dalam bidang industri sangat beragam. Papain

merupakan enzim penting pada industri makanan dan minuman, kosmetika, industri kulit

dan farmasi. Pada industri makanan, selain digunakan sebagai pengempuk daging, juga

digunakan sebagai penggumpal kasein susu pada proses pembuatan keju (Jagtiani et

al.,1988). Dalam bidang farmasi, papain digunakan untuk mengatasi gangguan pencernaan.

Telah terbukti pemberian sediaan ini pada pasien dengan beberapa jenis tumor

menunjukkan kelangsungan hidup yang diperlama. Salah satu efek samping papain adalah

terjadinya reaksi alergi seperti kulit kemerahan dan gatal-gatal. Papain tidak dianjurkan

untuk orang hamil dan yang mengalami gangguan pendarahan.