MODEL KINETIKA REAKSI NANOPARTIKEL KETOPROFEN TERSALUT GEL KITOSAN-ALGINAT BERDASARKAN UJI DISOLUSI SECARA IN VITRO
YOGI NUGRAHA
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011
ABSTRAK YOGI NUGRAHA. Model Kinetika Reaksi Nanopartikel Ketoprofen Tersalut Gel Kitosan-Alginat Berdasarkan Uji Disolusi secara In Vitro. Dibimbing oleh PURWANTININGSIH SUGITA dan LAKSMI AMBARSARI. Modifikasi gel kitosan oleh hidrogel alami seperti alginat dengan penaut-silang tripolifosfat (TPP) berpotensi untuk digunakan sebagai penyalut yang baik dalam sistem pengantaran obat. Sistem pengantaran obat yang telah banyak dipelajari umumnya berukuran mikro. Pada penelitian ini, gel kitosan-alginat dengan penaut-silang TPP digunakan untuk menyalut ketoprofen dalam nanokapsul menggunakan metode pengeringan semprot dengan meragamkan konsentrasi kitosan, alginat, dan TPP. Nanopartikel yang dihasilkan kemudian dikaji model kinetika kimianya berdasarkan uji disolusi secara in vitro. Nanopartikel yang dihasilkan pada penelitian ini memiliki kisaran ukuran 220–8857 nm. Hasil disolusi menunjukkan ketoprofen tersalut kitosan-alginat dengan penaut-silang TPP lepas terkendali pada medium asam dan maksimum pada medium basa. Model kinetika pelepasan ketoprofen secara umum mengikuti persamaan Higuchi, Korsmeyer-Peppas, dan Hixson-Crowell.
ABSTRACT YOGI NUGRAHA. Kinetic Reaction Model of Chitosan-Alginate Gel Coated Ketoprofen Based on In Vitro Dissolution test. Supervised by PURWANTININGSIH SUGITA and LAKSMI AMBARSARI. Modification of chitosan gel by natural hydrogels such as alginate with trypolyphosphate (TPP) crosslinker are potential to be applied as good coating materials in drug delivery system. Most of the drug delivery system studied, however still in micro size. Therefore in this study, chitosan-alginate gel with TPP crosslinker was used to coat ketoprofen in nanocapsules by using spray drying method with variation of chitosan, alginate, and TPP concentration. The kinetic reaction model was determined based on in vitro dissolution test. The size of nanoparticles obtained in this study was about 220–8857 nm. The dissolution test showed that ketoprofen coated by chitosan-alginate crosslinked with TPP had controlled release in acid medium and maximum release in base medium. In general, the ketoprofen releasing kinetic model followed Higuchi, KorsmeyerPeppas, and Hixson-Crowell equations.
MODEL KINETIKA REAKSI NANOPARTIKEL KETOPROFEN TERSALUT GEL KITOSAN-ALGINAT BERDASARKAN UJI DISOLUSI SECARA IN VITRO
YOGI NUGRAHA
Skripsi sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Departemen Kimia
DEPARTEMEN KIMIA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2011
Judul
: Model Kinetika Reaksi Nanopartikel Ketoprofen Tersalut Gel KitosanAlginat berdasarkan Uji Disolusi secara In vitro Nama : Yogi Nugraha NIM : G44086017
Disetujui
Pembimbing I,
Pembimbing II,
Prof. Dr. Purwantiningsih Sugita, MS NIP 19631217 198803 2 002
Dr. Laksmi Ambarsari, MS NIP 19601118 199403 2 001
Diketahui
Ketua Departemen Kimia
Prof. Dr. Ir. Tun Tedja Irawadi, MS NIP 19501227 197603 2 002
Tanggal lulus :
PRAKATA Puji dan syukur ke hadirat Allah SWT karena berkat rahmat dan hidayah-Nya, penulis dapat menyusun dan menyelesaikan karya ilmiah ini. Karya ilmiah ini disusun berdasarkan penelitian yang dilaksanakan pada bulan Maret 2009 sampai Maret 2010 di Laboratorium Kimia Organik Departemen Kimia FMIPA IPB, Laboratorium Biokimia Departemen Biokimia FMIPA IPB, serta di Laboratorium Akademi Kimia Analisis Bogor. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Prof. Dr. Purwantiningsih Sugita, MS dan Dr. Laksmi Ambarsari, MS. selaku pembimbing atas segala bantuan dan motivasi yang telah diberikan selama penulis melaksanakan penelitian ini. Selain itu, penulis juga mengucapkan terima kasih kepada orang tua tercinta dan seluruh keluarga atas segala doa dan dukungannya, rekan-rekan Ekstensi Kimia, dan semua pihak yang telah membantu terselesaikannya karya ilmiah ini. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat bagi semua yang membacanya.
Bogor, Maret 2011
Yogi Nugraha
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Bogor pada tanggal 20 Juli 1986. Penulis merupakan anak ke-8 dari 10 bersaudara dari pasangan Bapak H. Hasanudin NZ dan Ibu Hj. Ulan. Penulis menyelesaikan studi di SMU Negeri 1 Ciawi pada tahun 2004. Pada tahun 2005 penulis melanjutkan studi di Program Diploma Keahlian Analisis Kimia Institut Pertanian Bogor dan lulus pada tahun 2008. Pada tahun yang sama penulis melanjutkan studi di Institut Pertanian Bogor pada Program Kimia Penyelenggaraan Khusus. Selama menjalani perkuliahan, penulis pernah menjalankan kegiatan praktik lapangan di PT Indofarma (Persero) Tbk. dengan judul Validasi Metode Pembersihan Amoxicillin 500 mg secara Kromatografi Cair Kinerja Tinggi. Penulis juga pernah menjadi asisten praktikum untuk mahasiswa D3 Analisis Kimia pada mata kuliah Kimia Dasar tahun ajaran 2008/2009 dan 2010/2011, Kimia Fisik tahun ajaran 2008/2009, Kromatografi 1 tahun ajaran 2008/2009 dan 2010/2011, Spektroskopi 1 tahun ajaran 2010/2011, dan Kimia Koloid tahun ajaran 2010/2011. Selain itu penulis juga pernah bekerja sebagai teknisi laboratorium di PT Analytical Laboratory Services pada tahun 2009–2010.
DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL ............................................................................................... vi DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... vi DAFTAR LAMPIRAN ....................................................................................... vi PENDAHULUAN ............................................................................................... 1 TINJAUAN PUSTAKA Kitosan ....................................................................................................... Alginat ....................................................................................................... Uji Disolusi ................................................................................................ Kinetika Pelepasan Obat ............................................................................ Nanoenkapsulasi ........................................................................................
1 2 2 3 3
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat ........................................................................................... 4 Metode Penelitian ...................................................................................... 4 HASIL DAN PEMBAHASAN Morfologi Nanopartikel ............................................................................. 5 Disolusi Nanopartikel ................................................................................ 5 Kinetika Disolusi ....................................................................................... 6 SIMPULAN DAN SARAN Simpulan .................................................................................................... 7 Saran .......................................................................................................... 7 DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 7 LAMPIRAN ........................................................................................................ 10
DAFTAR TABEL Halaman 1 Formulasi nanokapsul ketoprofen ..................................................................... 4 2 Pelepasan ketoprofen selama 3 jam ................................................................... 6 3 Model kinetika formula ..................................................................................... 7
DAFTAR GAMBAR Halaman 1 Struktur kitosan................................................................................................... 2 2 Struktur berulang alginat .................................................................................... 2 3 Penyalutan obat dalam nanopartikel kitosan ...................................................... 4 4 Nanopartikel tanpa ketoprofen (a) dan dengan ketoprofen (b)........................... 5 5 Foto SEM permukaan nanopartikel tersalut gel kitosan-alginat dengan penaut-silang TPP tanpa (a) dan dengan penambahan ketoprofen (b) pada perbesaran 20 000 × ............................................................................................ 5 6 Pengaruh waktu terhadap persen pelepasan ketoprofen pada medium asam (i) dan basa (ii) pada formula F (a), H (b), dan M (c) ............................................ 6 7 Pembengkakan difusi reservoar (a) dan difusi matriks (b) ................................ 7 8 Proses erosi ruahan (a) dan erosi permukaan (b) ............................................... 7
DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1 Diagram alir penelitian .................................................................................... 11 2 Efisiensi enkapsulasi berbagai formula ........................................................... 12 3 Kinetika disolusi ketoprofen pada medium asam (pH 1.2) ............................. 13 4 Kinetika disolusi ketoprofen pada medium basa (pH 7.4) ............................... 13
1
PENDAHULUAN Pengobatan penyakit peradangan kronis seperti artritis reumatoid umumnya membutuhkan waktu lama dan dosis yang tinggi (Dollery 1999). Salah satu obat yang digunakan secara luas untuk artritis reumatoid adalah ketoprofen, suatu obat antiradang nonsteroid (NSAID) yang bekerja menghambat sintesis prostaglandin. Namun, obat ini menimbulkan efek samping seperti iritasi lambung dan usus, karena waktu paruh eliminasinya cepat dalam tubuh, yaitu 1.5–2 jam (Patil et al. 2005), sehingga harus sering dikonsumsi. Akumulasi ketoprofen sampai lebih dari 300 mg di dalam tubuh bahkan dapat mengakibatkan pendarahan lambung (AMA 1991). Oleh karena itu, dibutuhkan sistem pengantaran obat yang terkendali untuk mengurangi efek samping tersebut. Sistem pengantaran-terkendali ketoprofen dalam bentuk mikrokapsul pernah dilaporkan oleh Yamada et al. (2001) dan indometasin oleh Tiyaboonchai dan Rithidej (2003) dengan kitosan sebagai salah satu bahan penyalutnya. Kitosan dapat dibentuk menjadi gel dan dapat dimanfaatkan sebagai matriks dalam sistem pengantaran obat (Sutriyo et al. 2005). Namun, gel kitosan bersifat rapuh sehingga perlu dimodifikasi untuk memperbaiki sifat reologinya seperti kekuatan mekanik, titik pecah, ketegaran, pembengkakan, dan pengerutan yang sesuai untuk sistem pengantaran obat. Modifikasi yang pernah dilakukan di antaranya dengan karboksimetil selulosa (Sugita et al. 2007a), gom guar (Sugita et al. 2007c), dan alginat (Sugita et al. 2007b). Gel kitosan termodifikasi telah diuji kemampuannya sebagai penyalut ketoprofen melalui uji disolusi. Gel kitosan termodifikasigom guar dengan penaut-silang glutaraldehida didapati belum mampu mengendalikan pelepasan ketoprofen dalam pH lambung (1.2) (Sugita et al. 2007b). Ketoprofen tersalut rangkap kitosan-gom guar termodifikasi alginat-ion Ca2+ telah memiliki persen pelepasan yang lebih rendah dalam pH asam, yaitu sebesar 3.55%, tetapi ukuran kapsul besar (0.7–2.0 mm). Meskipun pelepasan dalam pH asam terkendali, pelepasan dalam pH basa belum maksimum, yaitu hanya 8.47– 40.91% (Setyani 2009). Belum lama ini, Arianto (2010) melaporkan bahwa ketoprofen tersalut kitosan termodifikasi alginat dengan penaut-silang glutaraldehida dan surfaktan Tween 80 2% (v/v) dapat lepas secara terkendali. Persen pelepasan pada medium
asam 10.69% dan pada medium basa 99.58%. Ukuran mikrokapsul yang dihasilkan pun lebih baik, yaitu berkisar 150–6000 nm, dengan bentuk bulat. Sistem pengantaran obat yang telah banyak diteliti umumnya berukuran mikro. Akan tetapi, bentuk mikrokapsul memiliki kelemahan, salah satunya adalah kemampuan penetrasi ke dalam jaringan tubuh terbatas (Wahyono et al. 2010). Karena itu, dikembangkan sistem pengantaran obat dengan berukuran nanometer. Naphtaleni (2010) partikel telah melaporkan enkapsulasi ketoprofen tersalut kitosan-alginat dengan tripolifosfat (TPP) sebagai penaut-silang pada ukuran nanometer dengan meragamkan konsentrasi surfaktan yang digunakan dan lama waktu sonikasi. Jumlah partikel berukuran nano terbanyak diperoleh pada waktu sonikasi 15 menit dengan Tween 80 3% (v/v), yaitu sebesar 53.23%. Sementara nilai efisiensi enkapsulasi terbesar ialah 51.2– 52.3% yang diperoleh pada waktu sonikasi 29 sampai kurang lebih 53 menit dengan kisaran konsentrasi surfaktan 1.3–2.3%. Dalam penelitian ini, model kinetika dan mekanisme pelepasan ketoprofen dari nanopartikel tersebut dikaji. Metode Naphtaleni (2010), dimodifikasi dengan menambahkan tahap sentrifugasi serta meragamkan konsentrasi kitosan, alginat, dan TPP dengan menggunakan rancangan percobaan Box Behnken. Kinetika pelepasan ketoprofen dipelajari melalui uji disolusi secara in vitro selama 3 jam pada pH asam dan basa. Kinetika dan mekanisme disolusi ketoprofen kemudian dikaji melalui metode grafis berdasarkan koefisien determinasi (R2) yang dihasilkan dengan menggunakan pendekatan orde ke-0, ke-1, Higuchi, HixsonCrowell, dan Korsmeyer-Peppas. Persamaan orde ke-0, ke-1, dan Hixson-Crowell menunjukkan bahwa pelepasan obat terjadi melalui mekanisme erosi, sedangkan persamaan Higuchi dan Korsmeyer-Peppas menunjukkan bahwa obat terlepas melalui mekanisme difusi.
TINJAUAN PUSTAKA Kitosan Kitosan, (C6H11NO4)n, merupakan padatan amorf hasil deasetilasi parsial kitin secara kimia menggunakan basa berkonsentrasi tinggi. Kitosan merupakan kopolimer dari 2amino-2-deoksi-D-glukosa yang bertautan β(14) (Gambar 1).
2
heteropolimer MG (Chaplin 2005) (Gambar 2). CH2OH
CH2OH O
O
O O
OH
O
OH
R
R n
Gambar 1 Struktur kitosan (R : NH2) (Sugita et al 2009) Kitosan bersifat biodegradabel, biokompatibel, dan secara biomedis, nontoksik. Kitosan larut dalam pelarut organik, HCl encer, HNO3 encer, dan asam asetat 1%, tetapi tidak larut dalam asam/basa kuat (Sugita et al. 2009). Kelarutan kitosan ini dipengaruhi oleh bobot molekul (BM) dan derajat deasetilasi (DD), yang nilainya beragam bergantung pada sumber dan metode isolasi (Muzi 1990 diacu dalam Jamaludin 1994). Larutan kitosan pada batas konsentrasi tertentu dalam larutan asam asetat 1% dapat membentuk gel (Khan et al. 2002). Gel kitosan tersebut dapat menahan air dalam strukturnya sehingga disebut hidrogel yang dapat membentuk jejaring tiga dimensi (Wang et al. 2004). Berdasarkan proses pembentukannya, hidrogel dapat dibedakan menjadi hidrogel kimia dan fisika. Hidrogel kimia melibatkan tautan-silang takdapat balik melalui ikatan kovalen, sedangkan hidrogel fisika melibatkan tautan-silang ionik yang dapat balik (Stevens 2001 dan Berger et al. 2004). Gel kitosan bersifat rapuh sehingga perlu dimodifikasi untuk memperbaiki sifat reologinya seperti kekuatan mekanik, titik pecah, ketegaran, pembengkakan, dan pengerutan yang sesuai untuk sistem pengantaran obat (Wahyono et al. 2010). Modifikasi yang pernah dilakukan di antaranya dengan penambahan alginat (Sugita et al. 2007b; Setyani 2009; Naphtaleni 2010; Arianto 2010; Wahyono et al. 2010). Alginat Alginat merupakan hasil ekstraksi rumput laut cokelat jenis Sargassum sp. Polimer linear ini terdiri atas residu-residu asam β-(14)-D-manuronat (M) dan asam α-(1-4)-Lguluronat (G) yang membentuk blok homopolimer M atau G dan blok
Gambar 2 Struktur berulang alginat Alginat dapat digunakan untuk memperbaiki struktur dasar kitosan. Gel kitosan-alginat terjadi karena terbentuknya jejaring tiga dimensi antara molekul kitosan dan alginat yang terentang pada seluruh volume gel dengan menangkap sejumlah air di dalamnya. Sifat jejaring serta interaksi molekul yang mengikat keseluruhan gel menentukan kekuatan, stabilitas, dan tekstur gel. Untuk memperkuat jejaring di dalam gel lazim digunakan molekul lain sebagai penautsilang (Arianto 2010). Interaksi kitosan dengan alginat menghasilkan kompleks polielektrolit (Cardenas et al. 2003) yang dapat memperbaiki struktur dasar kitosan (Arianto 2010). Modifikasi kitosan-alginat telah banyak diteliti dan hasilnya, kitosanalginat berpotensi sebagai penyalut sediaan obat lepas lambat (Setyani 2009; Arianto 2010; Wahyono et al. 2010). Uji Disolusi Uji disolusi merupakan suatu metode fisiko kimia yang digunakan dalam pengembangan produk dan pengendalian mutu sediaan obat berdasarkan pengukuran parameter laju pelepasan dan melarutnya zat berkhasiat dari sediaannya. Proses disolusi diawali dengan masuknya larutan bufer ke permukaan mikrokapsul sehingga mikrokapsul membengkak dan membentuk pori. Kemudian bufer berinteraksi dengan zat aktif sehingga terjadi pelarutan dan pelepasan zat aktif secara bertahap (Martin 1993). Uji disolusi ini diterapkan pada sediaan obat padat untuk mengukur dan mengetahui jumlah zat aktif yang terlarut dalam medium cair yang diketahui volumenya pada waktu, suhu, dan peralatan tertentu (Siregar 1986).
3
Kinetika Pelepasan Obat Kinetika pelepasan obat dapat menggambarkan laju pelepasan obat dan model pelepasannya. Laju pelepasan obat diamati dengan menggunakan parameter waktu paruh (t1/2), orde reaksi, dan tetapan laju. Umumnya kinetika pelepasan obat terkendali mengikuti orde kenol atau kesatu (Shoaib et al. 2006; Sarvanan et al. 2007). Reaksi orde kenol dapat dituliskan sebagai [A]t = [A]0 – kt atau Q = kt ......................... (1) dengan [A]t ialah konsentrasi obat yang tersisa di dalam sediaan setelah waktu t, [A]0 ialah konsentrasi obat mula-mula, Q persen pelepasan, dan k tetapan laju. Waktu paruh reaksi orde ke-0 dinyatakan dengan [A]0 ................................................. (2) t1 2 = 2k sementara reaksi orde ke-1 dinyatakan dengan persamaan-persamaan sebagai berikut: ln [A]t = ln [A]0 – kt ................................... (3) ln 2 ................................................. (4) t1 2 = k (Dogra dan Dogra1990; Atkins 1996). Pelepasan obat dari sediaan dapat berlangsung dengan mekanisme erosi atau difusi. Pada mekanisme erosi, sediaan terkikis sehingga obat terlepas ketika bersentuhan dengan medium. Proses ini umumnya terjadi pada sediaan berbentuk tablet. Sementara mekanisme difusi mengikuti hukum Fick pertama yang diturunkan dari orde reaksi ke1: dW DS [C s −C ] .................................... (5) = dt h dW dengan adalah laju disolusi massa, S luas dt permukaan penghalang, D koefisien difusi, Cs konsentrasi obat dalam keadaan jenuh, C konsentrasi obat dalam medium, h ketebalan membran, dan t waktu. Pelepasan obat secara difusi pada prinsipnya ialah perpindahan obat melalui bahan penghalang atau matriks. Difusi lazim terjadi pada sediaan obat yang menggunakan penyalut dan dinyatakan dengan persamaan Higuchi, yang dikembangkan dari hukum Fick:
koefisien difusi obat melalui matriks, Cs kelarutan dalam matriks, t waktu, dan Q jumlah obat per satuan luas yang dilepaskan dari matriks. Dengan menyatakan nilai (2DACs)1/2 sebagai k, maka persamaan (6) akan menjadi persamaan (7). 12
Q = kt .....................................................(7) Pelepasan secara difusi juga dapat digambarkan melalui pendekatan model kinetik Korsmeyer-Peppas melalui: n Q = kt ......................................................(8) Q adalah fraksi obat yang terlepas pada waktu t, k tetapan laju, dan n eksponen pelepasan. Pelepasan obat secara erosi dapat digambarkan melalui pendekatan model kinetika yang dikemukakan oleh HixsonCrowell melalui persamaan 13 13 Qo − Qt = kt ......................................(9) Qt adalah jumlah obat yang terlepas pada waktu t, Q0 adalah jumlah obat awal dalam sediaan obat, dan k adalah tetapan laju. Persamaan 1–9 telah digunakan oleh Arianto (2010) untuk menentukan kinetika pelepasan ketoprofen dari matriks gel kitosanalginat, dengan penaut-silang grutaraldehida pada medium asam maupun basa pelepasan berlangsung mengikuti model kinetika Hixson-Crowell. Nanoenkapsulasi
Nanoenkapsulasi merupakan teknik penyalutan obat ke dalam partikel dengan diameter 1–1000 nm. Nanopartikel. Padatan pembawa obat berukuran nano dapat bersifat dapat urai maupun tidak, dapat dibentuk bola nano (nanosphere) atau nanopartikel. Pada bola nano, obat terjerap pada di permukaan atau terenkapsulasi di antara partikel, sedangkan pada nanopartikel obat dapat tersalut di dalam membran polimer dan juga terjerap di permukaan kapsul (Reis et al. 2005).
12
dQ ADCs atau Q = (2 DAC s )1 2 t 1 2 (6) = dt 2t
dengan
dQ
Gambar adalah laju pelepasan obat, A
dt jumlah obat per satuan volume matriks, D
3
Penyalutan obat dalam nanopartikel kitosan (Tiyaboonchai dan Rithidej 2003)
ano
4
Nanopartikel banyak diteliti untuk sistem pengantaran obat karena memiliki banyak kelebihan dibandingkan dengan mikropartikel. Keuntungan nanopartikel antara lain adalah dapat mengendalikan dan menahan pelepasan obat baik selama pengantaran maupun di lokasi target sehingga meminimumkan efek samping dan meningkatkan efek terapi obat (Mohanraj dan Chen 2006). Nanopartikel juga lebih mudah masuk ke jaringan intrasel dan lebih mudah diserap dalam usus daripada mikropartikel (Reis et al. 2005). Penggunaan polimer alami seperti kitosan, gelatin, dan alginat sebagai bahan pengantar obat berukuran nano sudah banyak dipelajari. Calvo et al. (1997) mengembangkan metode untuk membuat nanopartikel kitosan dengan cara gelasi ionik. Mekanisme pembentukan nanopartikel kitosan didasarkan pada adanya interaksi elektrostatik antara gugus amonium pada kitosan dengan polianion seperti TPP. Selain metode gelasi ionik, nanopartikel kitosan juga dapat dibuat dengan metode mikroemulsi, emulsifikasi dan difusi pelarut, serta kompleks polielektrolit (Tiyaboonchai dan Rithidej 2003).
BAHAN DAN METODE Bahan dan Alat
Bahan-bahan yang digunakan dalam penelitian ini antara lain kitosan niaga dari Brataco dengan spesifikasi nilai kadar air, kadar abu, derajat deasetilasi (DD), dan bobot molekul berturut-turut sebesar 10.67%, 0.27%, 73.76%, dan (3.7 × 105) g/mol, TPP, alginat, larutan bufer klorida (KCl-HCl) (1:2) pH 1.2, larutan bufer fosfat (NaH2PO4·H2ONa2HPO4·12H2O) (1:3) pH 7.4, Tween 80, dan ketoprofen yang diperoleh dari PT Kalbe Farma. Alat-alat yang digunakan antara lain alat disolusi dayung Hansen, spektrofotometer ultraviolet UV-1700 PharmaSpec, dan mikroskop elektron susuran (SEM) Jeol-JSM6360LA. Metode Penelitian
Penelitian ini meliputi pembuatan nanopartikel ketoprofen tersalut kitosanalginat, dan uji disolusi secara in vitro. Diagram alir penelitian disajikan dalam Lampiran 1.
Pembuatan Kombinasi Formula Nanokapsul Kombinasi formula dibuat dengan menggunakan model rancangan percobaan Box Behnken dengan 3 tingkat 3 faktorial. Hasil yang diperoleh berupa kombinasi ragam konsentrasi material yang digunakan dalam pembuatan nanopartikel (Tabel 1).
Tabel 1 Formulasi nanokapsul ketoprofen Kode [Kitosan] [Alginat] [TPP] formula (% b/v) (% b/v) (% b/v) A B C D E F G H I J K L M
1.75 1.75 1.75 2.00 1.50 1.75 2.00 1.75 2.00 2.00 1.50 1.50 1.50
0.500 0.750 0.500 0.500 0.750 0.750 0.750 0.625 0.625 0.625 0.500 0.625 0.625
4.0 4.0 5.0 4.5 4.5 5.0 4.5 4.5 5.0 4.0 4.5 5.0 4.0
Pembentukan Nanopartikel (modifikasi Naphtaleni 2010) Sebanyak 228.6 mL larutan kitosan dalam asam asetat 1% (v/v) ditambahkan dengan 38.1 mL larutan alginat sambil diaduk. Setelah itu, 7.62 mL TPP ditambahkan sambil diaduk hingga homogen, dan larutan disonikasi selama 30 menit. Sebanyak 250 mL larutan ketoprofen 0.8% (b/v) dalam etanol 96% dicampurkan ke dalam larutan tersebut hingga nisbah bobot kitosan-ketoprofen 2:1. Selanjutnya, 5 mL Tween 80 3% (b/v) ditambahkan sambil diaduk pada suhu kamar sampai homogen. Larutan kemudian disonikasi selama 30 menit dan disentrifugasi selama 20 menit dengan kecepatan 15 000 rpm. Digunakan ragam konsentrasi kitosan, alginat, dan TPP sebagaimana ditunjukkan pada Tabel 1. Nanopartikel dibentuk dengan menggunakan alat pengering semprot yang memiliki diameter lubang 1.5 mm, suhu inlet 150 oC, suhu outlet 70 oC, laju alir 60 rpm, dan tekanan semprot pada skala 2 bar. Juga dibuat nanopartikel kosong tanpa penambahan ketoprofen. Uji Disolusi secara In Vitro (Depkes RI 1995) Uji disolusi nanopartikel dilakukan dengan alat disolusi tipe 2 (metode dayung Hansen). Sebanyak 500 mg nanopartikel ditimbang dan dimasukkan ke dalam bilik disolusi. Uji
5
disolusi dilakukan dalam medium asam (pH 1.2) dan medium basa (pH 7.4) selama 3 jam pada suhu (37 ± 0.5) °C dengan kecepatan pengadukan 150 rpm. Pengambilan alikuot pada disolusi asam maupun basa dilakukan setiap 15 menit dengan volume setiap kali pengambilan 15 mL. Setiap kali pengambilan alikuot, volume medium yang diambil digantikan dengan larutan medium yang baru dengan volume dan suhu yang sama. Volume medium disolusi yang digunakan sebanyak 500 mL. Konsentrasi ketoprofen dalam larutan alikuot diukur dengan alat spektrofotometer UV pada panjang gelombang 258.6 nm (untuk disolusi pada pH 1.2) dan 260 nm (untuk disolusi pada pH 7.4).
(a)
HASIL DAN PEMBAHASAN Morfologi Nanopartikel
Nanopartikel yang diperoleh pada penelitian ini secara visual berbentuk butiran halus berwarna kuning, rapuh, dan mudah menjerap uap air sehingga terdapat bagian yang menggumpal. Nanopartikel tanpa maupun dengan penambahan ketoprofen memiliki bentuk visual yang serupa (Gambar 4.
(b) Gambar 5 Foto SEM permukaan nanopartikel tersalut gel kitosan-alginat dengan penaut-silang TPP tanpa (a) dan dengan penambahan ketoprofen (b) pada perbesaran 20 000×. Disolusi Nanopartikel
(a)
(b)
Gambar 4 Nanopartikel tanpa (a) dan dengan ketoprofen (b). Analisis morfologi nanopartikel dengan SEM menunjukkan bahwa permukaan nanopartikel gel kitosan-alginat tanpa penambahan ketoprofen terlihat bulat (sferis) dan kisut dengan ragam ukuran 277–6000 nm (Gambar 5a). Setelah penambahan ketoprofen (Gambar 5b), bentuknya menjadi halus, dan tidak kisut lagi dengan ukuran berkisar 400– 5000 nm. Nanopartikel berukuran lebih besar setelah penambahan ketoprofen. Hal ini disebabkan oleh terisinya ruang kosong di dalam nanopartikel oleh ketoprofen.
Pengujian disolusi nanopartikel hanya dilakukan terhadap formula dengan nilai efisiensi enkapsulasi ketoprofen tertinggi (Lampiran 2). Uji efisiensi enkapsulasi telah dilakukan sebelumnya oleh Sari (2011), dan diperoleh formula F, H, dan M sebagai yang tertinggi efisiensi enkapsulasinya. Disolusi dilakukan secara in vitro pada medium asam (bufer pH 1.2) dan medium basa (bufer pH 7.4). Laju pelepasan ketoprofen dari matriks kitosan-alginat dengan penaut-silang TPP pada kedua medium tersebut diperlihatkan pada Gambar 6. Terlihat bahwa pada ketiga formula, obat lepas terkendali di medium asam dan lepas maksimum di medium basa.
6
(ii) (i)
(a)
(ii) (i)
(b)
(ii) (i)
(c) Gambar 6 Pengaruh waktu terhadap persen pelepasan ketoprofen pada medium asam (i) dan basa (ii) pada formula F (a), H (b), dan M (c). Berdasarkan Tabel 2, formula F, H, dan M memiliki persen pelepasan ketoprofen yang berbeda. Hal ini menunjukkan bahwa konsentrasi ketoprofen, alginat, dan TPP memengaruhi pelepasan ketoprofen. Pelepasan ketoprofen paling terkenndali ditunjukkan oleh formula H karena pelepasan ketoprofen paling rendah pada medium asam dan paling tinggi pada medium basa. Tabel 2 Pelepasan ketoprofen selama 3 jam Formula F H M
Pelepasan Ketoprofen(%) Asam 42.47 40.49 43.99
Basa 82.92 86.13 81.48
Menurut Tan et al. (2003), konsentrasi alginat yang lebih tinggi akan menghasilkan
mikrokapsul yang tidak berpori sehingga ketoprofen sulit lepas. Sutriyo et al. (2005) juga mengemukakan hal yang sama, yaitu tebalnya lapisan gel akan menyebabkan senyawa aktif semakin sulit terlepas. Dibandingkan dengan formula F dan H, formula M tersusun atas kitosan, alginat, dan TPP dengan konsentrasi lebih kecil (Tabel 1). Hal ini memengaruhi kekuatan jejaring nanopartikel yang dihasilkan sehingga formula M memiliki pelepasan ketoprofen terbesar dalam medium asam dengan rerata pelepasan sebesar 43.99%. Keberadaan alginat dan TPP secara nyata telah memperkuat jejaring matriks nanopartikel kitosan. Hal ini sejalan dengan penelitian Arianto (2010) yang menyatakan bahwa mikrokapsul ketoprofen tersalut gel kitosan-alginat dengan penaut-silang TPP menunjukkan obat lepas terkendali pada medium asam dan maksimum pada medium basa. Mikrokapsul kitosan-alginat dengan penaut-silang glutaraldehida yang dihasilkan pada penelitian Arianto (2010) masih lebih baik dibandingkan dengan nanopartikel yang dihasilkan pada penelitian ini karena pelepasan ketoprofen pada medium asam dari mikrokapsul yang dihasilkan jauh lebih kecil, yaitu 10.69%. Kinetika Disolusi
Model kinetika pelepasan ketoprofen dalam medium asam maupun basa ditentukan dengan metode grafis, yaitu dengan melihat nilai koefisien determinasi (R2) tertinggi yang diperoleh dari kurva hubungan antara persen pelepasan ketoprofen dan waktu melalui pendekatan kinetika. Berdasarkan nilai R2 (Lampiran 3 dan 4), diketahui bahwa pada medium asam pelepasan ketoprofen untuk formula H dan M mengikuti persamaan Higuchi, sedangkan untuk formula F mengikuti persamaan Korsmeyer-Peppas dengan nilai n<0.45. Kedua persamaan tersebut menggambarkan bahwa pelepasan obat terjadi melalui mekanisme difusi. Berbeda dengan medium asam, pada medium basa pelepasan ketoprofen pada formula F mengikuti persamaan Hixson-Crowell yang menandakan obat terlepas melalui mekanisme difusi disertai perubahan ukuran permukaan partikel atau disertai erosi (Merchant et al. 2006). Sementara untuk formula H dan M pelepasan yang terjadi berturut turut mengikuti persamaan Korsmeyer-Peppas dan Higuchi. Model kinetika ketiga formula terangkum pada Tabel 3.
7
Tabel 3 Model kinetika formula Model Kinetika Formula Asam Basa F KorsmeyerHixson-Crowell Peppas H Higuchi KorsmeyerPeppas M Higuchi Higuchi Pelepasan ketoprofen melalui mekanisme difusi pada nanopartikel dapat terjadi melalui 2 cara, yaitu pembengkakan difusi reservoar (Gambar 7a) dan pembengkakan difusi matriks (Gambar 7b). Pelepasan obat terjadi karena sistem nanopartikel menjerap cairan bufer yang menyebabkan gel membengkak (swelling). Pembengkakan ini memperbesar pori-pori dan ukuran nanopartikel yang memungkinkan obat berdifusi dari jejaring yang mengembang ke lingkungan luar (Kadri 2001). Pelepasan obat secara pembengkakan difusi reservoar terjadi pada sistem bola nano sedangkan pelepasan obat secara pembengkakan difusi matriks terjadi pada sistem nanokapsul.
Gambar 8 Proses erosi ruahan (a) dan erosi permukaan (b) (Terirai 2005).
SIMPULAN DAN SARAN Simpulan
Dari 3 formula uji, formula terbaik adalah formula H dengan konsentrasi kitosan, alginat, dan TPP berturut turut sebesar 1.75%; 0.265%; dan 4.5%. Kinetika pelepasan ketoprofen dari matriks nanopartikel secara umum mengikuti persamaan Higuchi, Korsmeyer-Peppas, dan Hixson-Crowell. Pelepasan cenderung dikendalikan melalui mekanisme difusi. Saran
Perlu dilakukan uji morfologi nanopartikel setelah mengalami disolusi agar diketahui ketahanan nanopartikel di medium asam dan basa.
DAFTAR PUSTAKA Gambar 7 Pembengkakan difusi reservoar (a) dan difusi matriks (b) (Terirai 2005). Pada mekanisme erosi, pelepasan ketoprofen terjadi karena terkikisnya lapisan penyalut. Terkikisnya polimer penyalut ini dapat disebabkan oleh reaksi hidrolisis yang memungkinkan ketoprofen terlepas dari sistem penyalut (Kadri 2001). Proses erosi ini dapat terjadi melalui 2 cara, yaitu erosi ruahan (Gambar 8a), dan erosi permukaan (Gambar 8b).
[AMA] American Medical Association. 1991. Drug Evaluations. Ed ke-8. Arianto BD. 2010. Perilaku disolusi mikrokapsul ketoprofen tersalut gel kitosan-alginat berdasarkan ragam konsentrasi tween 80 [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Atkins PW. 1996. Kimia Fisik Jilid 2. Ed ke4. Kartohadiprodjo II, penerjemah; Indarto PW, editor. Jakarta: Erlangga. Terjemahan dari: Physical Chemistry. Berger J et al. 2004. Structure and interactions in covalently and ionically crosslinked chitosan hydrogels for biomedical
8
applications. Eur J Pharm Biopharm 57:193-194.
methylcellulose: A technical note. AAPS PharmSciTech 78: E1-E6.
Calvo P. Vila-Jato JL, Alonso MJ. 1997. Evaluation of cationic polymer-coated nanocapsules as ocular drug carriers. Int J Pharm. 153:41-50.
Mohanraj VJ, Chen Y. 2006. Nanoparticles-A review. J Pharmaceut Res 5:561-573.
Cardenas A, Monal WA, Goycoolea FM, Ciapara IH, Peniche C. 2003. Diffusion through membranes of the polyelectrolyte complex of chitosan and alginate. Macromol Biosci 3:535-539. Chaplin M. 2005. Alginate. Applied Science, London South Bank University. http://chem.skku.ac.kr/~wkpark/tutor/mirr or/www.martin.chaplin.btinter.net.co.uk/h ygua.htmL[15 Jun 2010] Depkes RI] Departemen Kesehatan Republik Indonesia. Farmakope Indonesia Ed ke-4. 1995. Jakarta: Depkes RI. Dogra S, Dogra SK. 1990. Kimia Fisik dan SoalSoal. Mansyur U, Penerjemah. Jakarta: UIPress.
Dollery C. 1999. Therapeutic Drugs. Ed ke-2. Edinburgh: Churchill Livingstone. Jamaludin MA. 1994. Isolasi dan pencirian kitosan limbah udang windu (Penaeus monodon fabricus) dan afinitasnya terhadap ion logam Pb2+, Cr6+, dan Ni2+ [skripsi]. Bogor : Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Kadri BV. Mechanism of drug release from matrix tablets involving moving boundaries [tesis]. Toronto: Graduate Department of Pharmaceutical Sciences, University of Toronto. Khan TA, Peh KK, Chang HS. 2002. Reporting degree of deacetylation values of chitosan: The influence of analytical methods. J Pharm Pharmacet Sci 5: 205212. Martin A. 1993. Physical Pharmacy. Ed. ke-4. Philadelphia: Lea & Febiger. Merchant HA et al, 2006. Once-daily tablet formulation and in vitro release evaluation of cefpodoxime using hydroxypropyl
Naphtaleni. 2010. Nanoenkapsulasi ketoprofen tersalut kitosan-alginat [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Patil PR, Praveen S, Rani RHS, Paradkar AR. 2005. Bioavailability assessment of ketoprofen incorporated in gelled selfemulsifying formulation: A technical note. AAPS PharmSciTech 6: E9-E13. Reis CP, Neufeld RJ, Ribeiro AJ, Veiga F. 2005. Nanoencapsulation: A method for preparation of drug loaded polymeric nanoparticle. Nanomed: Nanotechnol, Bio Med 2:8-21 Sari YA. 2011. Preparasi dan Pencirian nanopartikel ketoprofen tersalut kitosan alginat [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Sarvanan M et al. 2007. Hydroxypropyl methylcellulose based cephalexin extended release: Influence of formulation, hardness and storage on in vitro release kinetics. Chem Pharm Bull 5:978-983. Setyani YA. 2009. Perilaku disolusi ketoprofen tersalut rangkap dalam gel kitosan-gom guar dengan alginat [skripsi]. Bogor: Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Institut Pertanian Bogor. Shoaib MH, Tazeen J, Merchant HA, Yousuf RI. 2006. Evaluation of drug release kinetics from ibuprofen matrix using HPMC. J Pharm Sci 19: 119-124. Siregar, CJP. 1986. Beberapa Aspek Pokok Pengujian Mutu Perbekalan Farmasi. Jakarta: Pusat Pemeriksaan Obat dan Makanan Nasional.
Stevens MP. 2001. Kimia Polimer. Sopyan I, penerjemah. Jakarta: PT Pradnya Paramita. Terjemahan dari: Polymer Chemistry: An Introduction.
9
Sugita P, Sjahriza A, Rachmanita. 2007a. Sintesis dan optimalisasi gel kitosankarboksimetilselulosa. J Alchemy 6: 57-58. Sugita P, Sjahriza A, Utomo DW. 2007b. Optimization synthesis chitosan-xanthan gum gel for metal adsorption. Di dalam: Prosiding 1st International Conference on Chemical Science MAT/33-4 Sugita P, Srijanto B, Amelia F, Arifin B. 2007c. Perilaku disolusi ketoprofen tersalut kitosan-gom guar. Di dalam: Seminar Bersama ITB-UKM Malaysia. Bandung: ITB Pr. Sugita P, Sjahriza A, Wahyono D, Wukirsari T. 2009. Kitosan Sumber Biomaterial Masa Depan. Bogor: IPB Pr. Sutriyo, Joshita D, Indah R. 2005. Perbandingan pelepasan propranonol hidroklorida dari matriks kitosan, etil selulosa, dan hidroksipropil metil selulosa. Maj Ilmu Kefarmasian 2:145-153. Tan T-W, Hu B, Xian-Hua, Zhang M. 2003. Release behaviour of ketoprofen from chitosan/alginate microcapsules. J Bioactive Compatible Polym. 18: 207–218.
Terirai C. 2005. Cross-linked chitosan matrix system for sustained drug release [disertasi]. Tshwane: Tshwane Univesity of Technology. Tiyaboonchai W, Ritthidej GC. 2003. Development of indomethacin sustained release microcapsule using chitosancarboxymethyl cellulose complex coacervation. Songklanakarin J Sci Technol 25: 245-254. Wahyono D, Sugita P, Ambarsari L. 2010. Sintesis nanopartikel kitosan dengan metode ultrasonikasi dan sentrifugasi serta karakterisasinya. Di dalam: Prosiding Seminar Nasional Sains III:242–247. Wang T, Turhan M, Gunasekaram S. 2004. Selected properties of pH-sensitive, biodegradable chitosan-poly(vinyl alcohol) hydrogel. Polym Int 53:911-918 Yamada T, Onishi H, Machida Y. 2001. In vitro and in vivo evaluation of sustained release chitosan-coated ketoprofen microparticles. Yakugaku Zasshi 121:239245.
10
LAMPIRAN
11
Lampiran 1 Diagram alir penelitian
Campuran kitosan-alginat dan penaut-silang TPP disonikasi selama 15 menit
Larutan ketoprofen
Tween 80 3%
Larutan ketoprofen tersalut kitosan-alginat disonikasi kembali 15 menit
Sentrifugasi 20 menit 15 000 rpm rpm
Produk nanopartikel (metode pengeringan semmprot)
Uji disolusi secara in vitro (konsentrasi ketoprofen diukur dengan spektrofotometer UV 258.5 nm untuk medium basa dan 260.5 nm untuk medium asam)
12
Lampiran 2 Efisiensi enkapsulasi berbagai formula (Sari 2011) Formula
Rata-rata Efisiensi (%)
A B C D E F G H I J K L M
59.79 49.54 44.91 54.54 43.89 80.43 46.3 73.78 58.97 47.51 64.99 60.63 78.84
13
Lampiran 3 Kinetika Disolusi ketoprofen pada medium asam (pH 1.2) n
Formula
Model kinetik
Persamaan regresi
k
R2
F
Orde ke-0 Orde ke-1 Higuchi
Q = 0.293t + 26.27 ln At = -0.002t + 4.840 Q = 4.731t1/2 + 14.05
0.293 -0.002 4.731
0.523 0.542 0.752
H
Hixson-Crowell Korsmeyer-Peppas Orde ke-0 Orde ke-1 Higuchi
At1/3 = 0. 005t + 0.587 log Q = 0.034 logt + 1.752 Q = 0.359t + 10.67 ln At = -0.002t + 4.978 Q = 5.044t1/2 + 2.639
0.005 1.752 0..359 -0.002 5.044
0.433 0.806 0.821 0.843 0.964
M
Hixson-Crowell Korsmeyer-Peppas Orde ke-0 Orde ke-1 Higuchi
At1/3 = 0.007t + 0.372 log Q = 0.190 logt + 1.380 Q = 0.447t + 11.43 ln At = -0.003t + 5.183 Q = 6.289t1/2 + 1.364
0.007 1.380 0.447 -0.003 6.289
0.634 0.880 0.885 0.894 0.944
Hixson-Crowell Korsmeyer-Peppas
At1/3 = 0.003t + 5.376 log Q = 0.366 logt + 0.652
0.003 0.652
0.725 0.652
0.366
n
0.034
0.190
Lampiran 4 Kinetika Disolusi ketoprofen pada medium basa (pH 7.4) Formula
Model kinetik
Persamaan regresi
k
R2
F
Orde ke-0 Orde ke-1 Higuchi
Q = -0.195t + 151.6 ln At = 0.007t + 2.304 Q = -3.078t1/2 + 167.5
0.195 0.007 3.078
0.912 0.895 0.882
H
Hixson-Crowell Korsmeyer-Peppas Orde ke-0 Orde ke-1 Higuchi
At1/3 = 0.002t + 0.044 log Q = -0.126logt + 2.168 Q = 0.690t + 59.74 ln At = -0.016t + 4.435 Q = 11.27t1/2 + 27.67
0.002 0.126 0.690 -0.01 11.27
0.987 0.814 0.588 0.812 0.840
M
Hixson-Crowell Korsmeyer-Peppas Orde ke-0 Orde ke-1 Higuchi
At1/3 = -0.012t + 3.796 log Q = 0.241logt + 1.673 Q = 1.381t + 50.19 ln At = -0.034t + 5.023 Q = 17.64t1/2 + 10.53
-0.01 1.763 1.381 -0.03 26.82
0.726 0.856 0.737 0.814 0.922
Hixson-Crowell Korsmeyer-Peppas
At1/3 = -0.026t + 4.648 log Q = 0.390logt + 1.483
-0.02 1.483
0.666 0.770
0.126
0.241
0.390
