PREDIKSI TOKSISITAS SENYAWA PHOTOSENSITIZER MENGGUNAKAN TOXTREE DAN TOPKAT Dadan Suryasaputra* and Daryono Hadi Tjahjono** *Jurusan Farmasi, FMIPA, Universitas Al-Ghifari, Jl. Cisaranten Kulon No. 140 Bandung 40293, Indonesia **Sekolah Farmasi, Institut Teknologi Bandung, Jl. Ganesha 10 Bandung 40132, Indonesia Abstrak Latar belakang dan Tujuan: Photosensitizer merupakan suatu kelompok senyawa yang digunakan dalam Photodynamic therapy (PDT) untuk pengobatan kanker dan beberapa kondisi non-kanker yang didasarkan pada fotoaktivasi senyawa photosensitizer yang terakumulasi pada sel / jaringan target oleh cahaya pada panjang gelombang tertentu. Pengujian toksisitas diperlukan karena photosensitizer merupakan senyawa asing yang masuk ke dalam tubuh. Penelitian ini bertujuan untuk memprediksikan toksisitas senyawa photosensitizer sebelum fotoaktivasi. Metode: Prediksi toksisitas dilakukan terhadap 65 senyawa photosensitizer dari turunan porfirin, klorin, bakterioklorin dan ftalosianin secara komputasi menggunakan perangkat lunak Toxtree dan TOPKAT. Hasil: prediksi toksisitas dengan Toxtree menunjukkan potensi mutagenisitas dan karsinogenisitas didasarkan pada Benigni-Bossa rulebase dan terdapat setidaknya satu peringatan positif mutagenisitas secara in vivo menurut micronucleus assay in rodent. TOPKAT memprediksikan dosis maksimum yang dapat ditoleransi senyawa photosensitizer antara 2,320 mg/kg BB (Bacteriochlorophyl A) sampai dengan 236,681 mg/kg BB (laserphyrin), dan Low Observed Adverse Effect Level (LOAEL) antara 0,003 – 30,207 mg/kg BB. Dosis LOAEL terendah dimiliki dihematoporfirin eter, sedangkan dosis LOAEL yang tertinggi ditunjukkan oleh lutetium teksafirin. Dari pengujian mutagenisitas dan karsinogenisitas dengan Toxtree dan TOPKAT terdapat 9 senyawa dikategorikan mutagenik-karsinogenik, 3 senyawa sebagai karsinogenik non-mutagenik (bakterioklorofil A, tin etio purpurin dan NT1 Purpurin). Senyawa yang diprediksikan sebagai mutagenik dan atau karsinogenik, merupakan senyawa yang memiliki gugus kationik (kationik photosensitizer) kecuali m-THPC, ftalosianin dan NT1 purpurin. Kata kunci : Photosensitizer, toksisitas, Toxtree, TOPKAT. Abstract Background and Purpose: photosensitizer is a compounds that is recently used in Photodynamic Therapy (PDT) for the treatment of cancer and some of the non-cancerous condition. PDT is based on the photoactivation of photosensitizer which accumulated in the targeted cell / tissue by light at specific wavelength. Toxicity test for photosensitizer is necessary because they are xenoboitic to the body. The present study was conducted to predict the toxicity of compounds which used as or candidate of photosensitizer before photoactivation. Methods: Prediction of toxicity was performed on 65 compounds of porphyrin, chlorin, bacteriochlorin and phthalocyanin derivatives computationally using Toxtree and TOPKAT software. Results: The prediction of toxicity with Toxtree show potential mutagenicity and carcinogenicity based on the Benigni-Bossa rulebase and there is at least one positive alert for mutagenicity in vivo by the micronucleus assay in rodents. TOPKAT predicted that the maximum tolerable dose of photosensitizer are between 2.320 mg/kg body weight (Bacteriochlorophyll A) up to 236.681 mg/kg body weight (laserphyrin), while the Low Observed Adverse Effect Level (LOAEL) is between 0.003 and 30.207 mg/kg. The lowest LOAEL dose was shown by dihematoporphyrin ether, whereas the highest LOAEL dose was observed for lutetium texaphyrin. Mutagenicity and carcinogenicity testing using Toxtree and TOPKAT, showed that 9 compounds were considered to be mutagenic-carcinogenic, while 3 compounds as non-mutageniccarcinogens (bacteriochlorophyll A, tin etio purpurin & NT1 Purpurin). Compounds which predicted as mutagenic and or carcinogenic, are compounds those have cationic group (cationic photosensitizer) except for mTHPC, phthalocyanin and NT1 purpurin. Key words : Photosensitizer, toxicity, Toxtree, TOPKAT.
Pendahuluan Photosensitizer merupakan suatu kelompok senyawa yang banyak dipergunakan dalam Photodynamic therapy (PDT). Photodynamic therapy (PDT) merupakan teknik pengobatan terkini kanker dan beberapa kondisi non-kanker yang didasarkan pada fotoaktivasi senyawa photosensitizer yang terakumulasi pada sel / jaringan target (Tjahjono, 2006). Banyak senyawa photosensitizer untuk PDT
merupakan senyawa turunan tetrapirol makrosiklik, seperti porfirin, klorin dan bakterioklorin, serta ftalosianin (Djalil dkk, 2012). Aktivasi senyawa photosensitizer dengan cahaya pada panjang gelombang tertentu akan menghasilkan spesi oksigen reaktif (reactive oxygen species, ROS) yang dapat merusak membran sel, mitokondria, atau lisosom yang mengakibatkan kematian sel (Tjahjono,
2006). Tahapan tersebut memungkinkan untuk menghindari toksisitas yang terkait terapi menggunakan photosensitizer sebelum diaktivasi. Akan tetapi pengujian toksisitas tetap diperlukan karena photosensitizer merupakan senyawa asing (xenobiotic) yang masuk ke dalam tubuh (Djalil dkk, 2012). Profil dari photosensitizer yang ideal untuk digunakan dalam PDT harus memenuhi beberapa kriteria, yaitu (Sternberg dan David, 1998) : a) mempunyai serapan radiasi elektromagnetik kuat di bagian merah dari spektrum sinar tampak (> 650 nm) b) menghasilkan energi triplet tinggi, dengan energi triplet lebih besar dari 94 kJmol-1 c) dapat menghasilkan kuantum oksigen singlet yang tinggi d) memiliki toksisitas pra-aktivasi yang rendah e) mempunyai selektivitas tinggi terhadap jaringan tumor vs jaringan sehat, terutama kulit f) dapat diformulasi secara sederhana; g) dapat disintesis dari bahan baku yang mudah tersedia, dan dengan mudah dapat diproduksi dalam skala besar. Uji toksisitas secara eksperimental laboratorium membutuhkan tenaga, fasilitas, waktu dan biaya mahal. Sebaliknya prediksi toksisitas dari model QSAR telah digunakan untuk mendukung hipotesis dan memprioritaskan studi eksperimental lebih lanjut (Djalil dkk, 2012). Dalam penelitan ini telah dilakukan prediksi toksisitas senyawa photosensitizer secara komputasi menggunakan perangkat lunak Toxtree dan TOPKAT dengan tujuan mengetahui toksisitas senyawa photosensitizer pra-fotoaktivasi.
Percobaan Perangkat lunak Toxtree® 2.5.0, TOPKAT dari Discovery studio® 2.5, Chemsketch® 12.01.
Perangkat keras ACPI x86 – based PC dengan platform Intel® Pentium® Dual-Core; Processor: Dual-Core Processor T2080 - (1.83 GHz, 1MB L2 Cache, 533 MHz FSB); Operating System : Windows® 7 Professional; Memory : 2GB DDR2 667MHz RAM ( x1)
Prosedur : Penelitian ini diawali dengan studi pendahuluan untuk menentukan senyawa photosensitizer yang akan diprediksikan toksisitasnya. Selanjutnya senyawa– senyawa tersebut digambarkan struktur 2D molekulnya menggunakan Chemsketch 12.01 dan dibuatkan notasi SMILES-nya. Senyawa yang
diprediksikan toksisitasnya berasal dari penelitian sebelumnya (Ling, 1995, Frimayanti dkk, 2011, dan Djalil dkk, 2012) Prediksi toksisitas in silico terhadap senyawa turunan porfirin, klorin, bakterioklorin, dan kationik photosensitizer dihitung menggunakan perangkat lunak Toxtree dan TOPKAT. Struktur senyawa uji (Tabel IV.1) diubah ke dalam notasi SMILES dan dijadikan sebagai masukkan data ke dalam perangkat lunak Toxtree maupun TOPKAT. Untuk perangkat lunak Toxtree, prediksi toksisitas dilakukan berdasarkan penerapan decision tree yaitu Decision tree untuk memperkirakan mutagenisitas dan karsinogenisitas didasarkan pada Benigni/Bossa rulebase, dan Structure Alerts untuk uji in vivo mikronukleus pada hewan pengerat (uji mutagenisitas secara in vivo pada tikus). Senyawa yang diprediksi dengan Toxtree dikelompokkan dalam kelas. Untuk program TOPKAT, prediksi toksisitas yang dihitung meliputi toksisitas umum, toksisitas terhadap perkembangan, serta mutagenisitas dan karsinogenisitas. Penetapan kriteria pengujian toksisitas Kriteria pengujian toksisitas didasarkan pada protokol atau petunjuk pengujian yang dikeluarkan oleh ICH (Intenational Conference on Harmonisation) S9 : non-clinical evaluation for anticancer pharmaceutical, 2010, yang meliputi : a. toksisitas umum mencakup MTD (Maximum Tolerated Dose), dan LOAEL (Low observed adverse effect level) b. toksisitas terhadap reproduksi atau perkembangan janin (DTP = Developmental toxicity potency) c. mutagenisitas d. karsinogenisitas Tabel 1 Pembagian Kelas pada decision tree dengan metode Toxtree Decison tree Structure alerts untuk uji mikronukleus in vivo pada hewan pengerat Benigni/bossa rule base (untuk mutagenisitas dan karsinogenisitas)
1
Kelas Setidaknya satu structural alert positif untuk uji mikronukleus
2
No alerts untuk uji mikronukleus
1
Structure alerts untuk mutagenisitas dan karsinogenisitas
2
Structure alerts untuk nongenotoksik karsinogenisitas Potensial mutagen S. typhimurium TA100 berdasarkan QSAR
3
4
Bukan mutagen S. typhimurium TA100 berdasarkan QSAR
5
Potensial karsinogen berdasarkan
QSAR 6
Bukan karsinogen berdasarkan QSAR
7
Untuk penilaian lebih baik, perhitungan QSAR dapat diterapkan
8
Negatif genotoksik karsinogenisitas
9
Negatif untuk nongenotoksik karsinogenisitas
10
Benzoporfirin D
Klorin e6
Klorin e4
Klorin e4
Bphe A
Bphe A-OH
Ferro-ftalosianin
Ferro-ftalosianin
Klorin p6
Klorofilon A
Dihematoporfirin eter
Disodium ftalosianin
G2 aspartil deprotected
G2 aspartil protected
Error ketika diterapkan decision tree
Hasil dan Pembahasan Senyawa yang diprediksikan sebanyak 65 senyawa (Tabel 1), yang terdiri dari 9 senyawa turunan porfirin, 9 senyawa katonik photosensitizer, 36 turunan klorin dan bakterioklorin, serta 11 senyawa baru photosensitizer dengan gugus karboksilat. Dari senyawa yang diprediksi toksisitasnya, terdapat senyawa photosensitizer yang telah memasuki tahap uji klinis dan dipasarkan di beberapa negara, yaitu PPIX, Photofrin Na, m-tetrahydroxyphenilklorin (mTHPC), Lutetium texaphyrin, laserphyrin, dan verteporfin. Tabel IV.1 Senyawa photosensitizer yang diteliti
AC1L45M0
Bakterioklorofil A
Aspartil klorin
Cu-ftalosianin
G2 lisin protected
Hidroksil pha lisin
m-THPC
Metoksi G2 metil ester
Hidroksil pheo A
Hidroksil pheo A metilester
Laserfirin
Laserfirin
Oktaetil purpurin
PhA Asp
Feoforbid A metilester
Feoforbid B
Ftalosianin
PP IX
G2 acid metil
Hidroksil pheo b metilester
Lutetium texafirin
G2 lisin deprotected
Isoklorin e4
NT1 purpurin
Purpurin 18
Purpurin 18 metilester
Photofrin Na
PP IX-1OH
Metil Feoforbid A
Metil Feoforbid A
Rhodoklorin
Purpurin lisin
Pirofeoporbide A
Rhodine G7
Silikon ftalosianin
Silikon ftalosianin
Tin etio purpurin
Verteporfin
Senyawa 1
Senyawa 2
Purpurin 7
PP IX 2-OH
Senyawa 3
Senyawa 4
dapat ditoleransi tanpa menimbulkan efek yang merugikan, yang akan diberikan selama uji pra-klinis dan uji klinis tahap I (ICH S9, 2010). Data prediksi MTD dan LOAEL ditampilkan pada Tabel 2. Tabel 2. Low observed adverse effect level & Maximum tolerate dose LOAEL (mg/kg BB) 0,003
MTD (mg/kg BB) 29,622
senyawa 1
0,024
60,052
hidroksi pheo a
0,032
12,855
senyawa 4
0,033
51,427
senyawa 6
0,034
63,593
senyawa 7
0,034
62,538
senyawa 2
0,042
57,623
senyawa 3
0,043
56,797
senyawa 5
0,044
29,156
G2 acid metil
0,055
33,649
Bphe a-OH
0,058
16,244
klorin e4
0,069
56,582
PPIX-1OH
0,074
97,759
Bphe a
0,079
11,588
rhodoklorin
0,088
62,633
PPIX-2OH
0,091
124,458
senyawa 8
0,092
59,021
purpurin 18
0,093
23,194
Feoforbid B
0,103
26,824
pirofeoforbid a
0,114
46,890
Bakterioklorofil A
0,119
2,320
purpurin 7
0,136
93,691
senyawa 10
0,138
91,351
Klorin P6
0,138
89,662
senyawa 11
0,138
89,662
klorin e6
0,144
84,461
purpurin 18 metil ester
0,158
5,140
hidroksi pheo a metil ester senyawa 9
0,163
6,608
0,174
41,969
copper ftalosianin
0,180
28,863
Pheo A
0,185
9,509
NT1 purpurin
0,187
32,056
G2 dimetil ester
0,203
7,776
Pheo a metil ester
0,227
4,502
Klorofilon e a
0,243
23,051
rhodine g7
0,250
96,347
hyrdroxy pheo b metil ester
0,289
7,379
Nama senyawa
Senyawa 5
Senyawa 7
Senyawa 9
Senyawa 6
Senyawa 8
Senyawa 10
Senyawa 11 Hasil prediksi toksisitas Prediksi toksisitas dilakukan untuk mengetahui potensi toksik suatu senyawa. PDT merupakan teknik pengobatan yang memerlukan kombinasi obat berupa senyawa photosensitizer dan cahaya untuk menghasilkan spesi oksigen reaktis yang akan menghancurkan sel kanker. Kedua bagian tersebut memungkinkan terhindarnya toksisitas sehubungan dengan obat yang digunakan, karena hanya photosensitizer yang telah diaktifkan cahaya yang sitotoksik. Prediksi toksisitas umum yang mencakup MTD (Maximum Tolerated Dose), dan LOAEL (Low observed adverse effect level) dilakukan dengan perangkat lunak TOPKAT. Pengujian dilakukan terhadap seluruh senyawa yang terdapat pada Tabel IV.1. Pengujian untuk menentukan MTD dan LOAEL diperlukan untuk menentukan besarnya dosis yang
Dihematoporfirin ether
methoxy G2 metil ester
0,290
5,649
Benzoporfirin D
Non-Toksik
0,457
metyl Feoforbid a PPIX
0,308
8,502
Silicon ftalosianine
Non-Toksik
0,459
0,331
72,395
cobalt ftalosianine
Non-Toksik
0,465
tin-etio-purpurin
0,358
24,142
disodium ftalosianine
Non-Toksik
0,464
isoklorin e4
0,383
79,401
ferro ftalosianine
Non-Toksik
0,464
G2 aspartyl deprotected
0,405
69,037
0,464
0,478
43,694
Ftalosianin diklorosilan ftalosianine
Non-Toksik
Silicon ftalosianine
Non-Toksik
0,464
G2 aspartyl protected
0,497
10,988
Verteporfin
Non-Toksik
0,465
photofrin2 Na
0,499
217,293
copper ftalosianin
Non-Toksik
0,468
Oktaetil purpurin
0,500
34,241
tin-etio-purpurin
Non-Toksik
0,469
disodium ftalosianine
0,587
52,835
Oktaetil purpurin
Non-Toksik
0,470
ferro ftalosianine
0,587
52,835
NT1 purpurin
Non-Toksik
0,471
Ftalosianin diklorosilan
0,587
52,835
Asp Klorin
Non-Toksik
0,472
ftalosianine
0,587
52,836
laserphyrin
Non-Toksik
0,472
G2 lisin deprotected
0,729
52,967
G2 aspartyl protected
Non-Toksik
0,473
cobalt ftalosianine
0,956
52,836
Bakterioklorofil A
Non-Toksik
0,481
Asp Klorin
0,958
236,861
Pha Asp
Non-Toksik
0,482
laserfirin
0,958
236,861
Feoforbid B
Non-Toksik
0,489
purpurin lisin
1,907
96,162
m-THPC
Non-Toksik
0,489
Verteporfin
2,084
18,527
hidroksi pheo a
Non-Toksik
0,490
Pha Asp
2,430
104,999
Bphe a
Non-Toksik
0,492
Benzoporfirin D
2,735
88,558
purpurin lisin
Non-Toksik
0,493
G2 lisin protected
3,643
35,949
dihematoporfirin ether
Toksik
0,495
Pha lys
3,740
39,107
Photofrin Na
Toksik
0,498
hidroksi pha lisin
3,809
51,560
metyl Feoforbid a
Toksik
0,502
m-THPC
4,137
99,931
Pha lys
Toksik
0,504
AC1L45M0
30,207
54,947
PPIX
Toksik
0,508
Lutetium texaphyrin
30,207
54,947
G2 lisin deprotected
Toksik
0,508
G2 lisin protected
Toksik
0,509
Bphe a-OH
Toksik
0,509
klorin e4
Toksik
0,512
G2 acid metil
Toksik
0,515
LOAEL berkisar antara 0,003 – 30,207 mg/kg BB. Dosis LOAEL terendah ditunjukkan oleh dihematoporfirin eter, sedangkan dosis LOAEL yang tertinggi ditunjukkan oleh lutetium texaphyrin.
hidroksi pha lisin
Toksik
0,517
purpurin 18
Toksik
0,521
rhodoklorin
Toksik
0,522
pyroFeoforbid a
Toksik
0,526
Selain prediksi toksikologi umum, TOPKAT dipergunakan juga untuk memprediksikan potensi toksisitas terhadap perkembangan (DTP). Hasil prediksi pengujian DTP dapat dilihat pada Tabel 3.
senyawa 8
Toksik
0,527
senyawa 2
Toksik
0,529
senyawa 3
Toksik
0,530
Pheo A
Toksik
0,532
Tabel IV.3 Developmental Toxicity Potencial (DTP)
senyawa 1
Toksik
0,532
klorin e6
Toksik
0,534
methoxy G2 metil ester
Toksik
0,534
Dari Tabel 2, dapat terlihat bahwa MTD terendah adalah 2,32 mg/kg BB untuk senyawa Bakterioklorofil A dan yang tertinggi 236,681 mg/kg BB untuk laserphyrin.
Nama senyawa G2 aspartyl deprotected
DTP Prediction
DTP Probability
Non-Toksik
0,453
rhodine g7
Toksik
0,535
PPIX-1OH
Toksik
0,535
senyawa 5
Toksik
0,535
purpurine 7
Toksik
0,535
senyawa 10
Toksik
0,536
PPIX-2OH
Toksik
0,537
isoklorin e4
Toksik
0,538
senyawa 7
Toksik
0,538
senyawa 4
Toksik
0,538
purpurin 18 metil ester
Toksik
0,539
senyawa 6
Toksik
0,539
senyawa 9
Toksik
0,540
Klorin P6
Toksik
0,540
senyawa 11
Toksik
0,540
hydroxy pheo b metil ester Klorofilon e a
Toksik
0,546
Toksik
0,546
G2 dimetil ester
Toksik
0,549
Pheo a metil ester
Toksik
0,553
hidroksi pheo a metil ester AC1L45M0
Toksik
0,561
Toksik
0,573
Lutetium texaphyrin
Toksik
0,573
Dari Tabel 3 didapat bahwa 23 senyawa diprediksikan tidak bersifat toksik bagi reproduksi atau perkembangan embrio / janin, dan 42 dikategorikan sebagai berpotensi toksik. Nilai probabilitas DTP antara 0,45 - 0,57 dimana nilai probabilitas > 0,495 diprediksikan sebagai toksik. Senyawa Photosensitizer yang telah melalui tahapan pengujian klinis dan telah dipasarkan di beberapa negara, yaitu verteporfin, laserphyrin, m-THPC dikategorikan sebagai nontoksik terhadap perkembangan, sedangkan PPIX, photofrin Na dan Lutetium texaphyrin dikategorikan toksik terhadap perkembangan. Kemungkinan hasil positif ini ditunjukkan oleh reaksi positif palsu. Hasil ini masih membutuhkan verifikasi melalui uji eksperimental secara laboratorium. Developmental toxicity potency
nontoksik 35% Toksik 65%
Gambar 1 : Distribusi Developmental toxicity potency
Prediksi mutagenisitas dan karsinogenisitas dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak Toxtree dengan menerapkan suatu decision tree. Pembagian kelas pada masing-masing decision tree dipaparkan pada tabel 1. Hasil prediksi mutagenisitas dan karsinogenisitas dapat dilihat pada tabel 4.
Tabel IV.4 Prediksi mutagenisitas dan karsinogenisitas (Toxtree-Benigni Bossa rule base & ISSMIC) Nama senyawa
Benigni/Bossa rulebase *
alerts for micronucleus assay (ISSMIC) **
Klorofilon a
9
1
G2 acid metil G2 dimetil ester G2 lisin protected hidroksi pha lisin hidroksi pheo a methoxy G2 metil ester Pha Asp
9
1
9
1
9
1
9
1
9
1
9
1
9
1
Pha lys
9
1
purpurin 18 metil ester purpurin 18
9
1
9
1
purpurin lisin klorin e4
9
1
9
1
klorin e6
9
1
isoklorin e4
9
1
rhodoklorin
9
1
PPIX
9
1
PPIX-2OH
9
1
PPIX-1OH
9
1
Klorin P6
9
1
purpurine 7
9
1
Bphe a
9
1
Bphe a-OH
9
1
senyawa 1
9
1
senyawa 2
9
1
senyawa 3
9
1
senyawa 4
9
1
senyawa 5
9
1
senyawa 6
9
1
senyawa 7
9
1
senyawa 8
9
1
senyawa 9
9
1
senyawa 10
9
1
senyawa 11
9
1
tin etio purpurin G2 aspartyl deprotected G2 aspartyl protected G2 lisin deprotected hidroksi pheo a metil ester hyrdroxy pheo b metil ester Pheo a metil ester Pheo A
9
1
1&9
1
1&9
1
1&9
1
1&9
1
1&9
1
1&9
1
1&9
1
pyroFeoforb id a rhodine g7
1&9
1
1&9
1
laserphyrin
1&9
1
AC1L45M0
1&9
1
aspartyl klorin Bakterioklor ofil A benzoporfiri nD cobalt ftalosianin copper ftalosianin dihematopor firin ether disodium ftalosianin ferro ftalosianin lutetium texaphyrine m-THPC
1&9
1
1&9
1
1&9
1
1&9
1
1&9
1
1&9
1
1&9
1
1&9
1
1&9
silicon ftalosianin verteporphy n
1&9
1
1&9
1
* Benigni/Bossa rule base : 1 = alert for genotoxic carcinogenicity 9 = negative for nongenotoxic carsinogenicity ** alerts for micronucleus assay : 1 = setidaknya terdapat satu peringatan positif untuk micronucleus assay
Dari prediksi dengan Benigni/Bossa rulebase, 35 senyawa dikategorikan masuk ke dalam kelas 9 (negative for nongenotoxic carsinogenicity), dan 30 senyawa termasuk kedalam kelas 1 & 9 (1: alert for genotoxic carcinogenicity), yang didukung pula dengan data dari ISSMIC dimana terdapat setidaknya satu peringatan positif untuk mutagenisitas secara in vivo. 35
36 34 32 30 28 26
Benigni/Bossa rulebase
30
class 9
class 1 & 9
Gambar 2 : Distribusi potensi mutagenisitas dan karsinogenisitas
Selain dengan menggunakan Toxtree, prediksi potensi mutagenisitas dan karsinogenisitas dapat pula dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak TOPKAT. Hal ini dilakukan sebagai pembanding hasil prediksi dengan menggunakan perangkat lunak Toxtree. Hasil prediksi potensi mutagenisitas dan karsinogenisitas dengan perangkat lunak TOPKAT dapat dilihat pada Tabel 5. Tabel 5 Prediksi Potensi Mutagenisitas & Karsinogenisitas dengan TOPKAT Nama senyawa
Mutagenisitas
Karsinogenisitas
AC1L45M0
Non-mutagen
Non-Karsinogen
1
Asp klorin
Non-mutagen
Non-Karsinogen
1&9
1
Bakterioklorofil a
Non-mutagen
Karsinogen
metil Feoforbid a NT1 purpurin Oktaetil purpurin Feoforbid b
1&9
1 Benzoporfirin d
Non-mutagen
Non-Karsinogen
1&9
1 Bphe a
Non-mutagen
Non-Karsinogen
1&9
1 Bphe a-OH
Non-mutagen
Non-Karsinogen
1&9
1
Klorin e4
Non-mutagen
Non-Karsinogen
photofrin Na ftalosianin dichlorosila ne ftalosianin
1&9
1 Klorin e6
Non-mutagen
Non-Karsinogen
1&9
1 Klorin p6
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Klorofilon e a
Non-mutagen
Non-Karsinogen
1&9
1
Senyawa 1
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Oktaetil purpurin
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Senyawa 10
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Pha asp
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Senyawa 11
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Pha lys
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Senyawa 2
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Pheo a
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Senyawa 3
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Pheo a metil ester
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Senyawa 4
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Feoforbid b
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Senyawa 5
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Photofrin 2Na
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Senyawa 6
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Ftalosianin diklorosilan
Mutagen
Karsinogen
Senyawa 7
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Ftalosianin
Mutagen
Karsinogen
Senyawa 8
Non-mutagen
Non-Karsinogen
PPIX
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Senyawa 9
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Ppix-1OH
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Cobalt ftalosianin
Mutagen
Karsinogen
Ppix-2OH
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Copper ftalosianin
Mutagen
Karsinogen
Purpurin 18
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Dihematoporfirin ether
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Purpurin 18 metil ester
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Disodium ftalosianine
Mutagen
Karsinogen
Purpurin lisin
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Ferro ftalosianine
Mutagen
Karsinogen
Purpurine 7
Non-mutagen
Non-Karsinogen
G2 acid metil
Non-mutagen
Non-Karsinogen
PyroFeoforbid a
Non-mutagen
Non-Karsinogen
G2 aspartyl deprotected
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Rhodine g7
Non-mutagen
Non-Karsinogen
G2 aspartyl protected
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Rhodoklorin
Non-mutagen
Non-Karsinogen
G2 dimetil ester
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Silicon ftalosianine
Mutagen
Karsinogen
G2 lisin deprotected
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Tin-etio-purpurin
Non-mutagen
Karsinogen
G2 lisin protected
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Verteporfin
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Hidroksi pha lisin
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Hidroksi pheo a
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Isoklorin e4
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Laserphyrin
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Lutetium texaphyrin
Non-mutagen
Non-Karsinogen
m-THPC
Mutagen
Karsinogen
Methoxy g2 metil ester
Non-mutagen
Non-Karsinogen
Metyl Feoforbid a
Non-mutagen
Non-Karsinogen
NT1 purpurin
Non-mutagen
Karsinogen
Hidroksi pheo a metil ester Hyrdroxy pheo b metil ester
Dari Tabel 5 terlihat bahwa 57 senyawa dikategorikan sebagai non-mutagenik dan 8 senyawa dikategorikan mutagenik, yaitu Co-ftalosianin, Cu-ftalosianin, Feftalosianin, 2Na-ftalosianin, m-THPC, Ftalosianin, Si-ftalosianin, ftalosianin diclorosilane. Senyawa yang dikategorikan mutagenik tersebut merupakan senyawa yang memiliki unsur logam kation (cationic photosensitizer) kecuali m-THPC dan ftalosianin kemungkinan karena adanya gugus fenil bebas pada strukturnya. Dari Tabel 5 dapat pula terlihat bahwa 54 senyawa dikategorikan sebagai non-karsinogenik, 11 senyawa dikategorikan karsinogenik yaitu Bakterioklorofil A, NT1 purpurin, Ftalosianin diklorosilan, Silicon ftalosianine, cobalt ftalosianine, copper ftalosianin, disodium ftalosianine, ferro ftalosianine, ftalosianine,
tin-etio-purpurin, dan m-THPC. Senyawa yang dikategorikan karsinogenik tersebut merupakan senyawa yang memiliki unsur logam kation (cationic photosensitizer) kecuali ftalosianin, m-THPC dan NT1 purpurin. Dari pengujian mutagenisitas - karsinogenisitas dengan Toxtree dan TOPKAT terdapat 9 senyawa dikategorikan mutagenik-karsinogenik, dan 3 senyawa sebagai karsinogenik non-mutagenik yaitu Bakterioklorofil A, tin etio purpurin dan NT1 Purpurin. Untuk senyawa yang dikategorikan telah melalui pengujian klinis dan dipasarkan di beberapa negara, yaitu PPIX, Photofrin Na, Lutetium texaphyrin, laserphyrin dan verteporfin diklasifikasikan sebagai senyawa yang nongenotoksik, non-karsinogenik. Sedangkan untuk mTHPC diprediksikan sebagai non-mutagenik karsinogenik. Akan tetapi hal ini masih memerlukan pengujian lebih lanjut secara eksperimental laboratorium.
1. Allison, Ron R., Downie, G.H., Cuenca, R., Hu, Xin-Hua, Childs, C.J.H., dan Sibata, C.H. (2004) : Photosensitizer in Clinical PDT, Photodiagnosis and Photodynamic Therapy, 1, 27-42. 2. Benigni, R. (2005) : Structure-Activity Relationship Studies of Chemical Mutagens and Carcinogens: Mechanistic Investigations and Prediction Approaches, Chem. Rev., 105, 17671800. 3. Benigni, R., Bossa, C., dan Worth, A. (2010) : Structure Analysis and Predictive value of the Rodent in vivo Micronucleus Assay, Mutagenesis 25 (4), 335-341. 4. Benigni, R., Bossa, C., Jeliazkova, N., Netzeva, T., dan Worth, A. (2008) : The Benigni/Bossa Rulebase for Mutagenicity and Carcinogenicity – a Module of Toxtree, JRC Scientific and Technical Reports, EUR 23241 EN.
Senyawa kationik photosensitizer ini diduga menginduksi telomerisasi DNA menjadi bentuk Gquadruplex. Pembentukan quadruplex di telomere telah terbukti menurunkan aktivitas enzim telomerase, yang bertanggung jawab untuk menjaga panjang telomere dan terlibat dalam sekitar 85% dari semua kanker (Murashima dkk, 2008).
5. Calin, M.A dan Parasca, S.V., (2006) : Photodynamic therapy in Oncology, Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, 8 (3), 1173-1179.
Kesimpulan
7. Djalil, Asmiyenti D., Kartasasmita, R.E. Surantaatmaja, S.I., dan D.H.,Tjahjono, (2012) : Toxicity Prediction of Photosensitizer Bearing Carboxylic Acid Groups by ECOSAR and TOXTREE, Journal of Pharmacology and Toxicology 7 (5), 219-230.
Dari hasil pengujian potensi toksisitas perkembangan (DTP) diketahui bahwa 23 senyawa diprediksikan tidak bersifat toksik bagi reproduksi atau perkembangan embrio / janin, dan 42 dikategorikan sebagai berpotensi toksik, dengan nilai probabilitasnya, antara 0,45 - 0,57 dimana nilai probabilitas > 0,49 mengindikasikan sebagai toksik. Dosis maksimum yang dapat ditoleransi (MTD) dari senyawa yang diuji antara 2,320 mg/kg BB sampai dengan 236,681 mg/kg BB. Sedangkan dosis LOAEL antara 0,003 – 30,207 mg/kg BB. Dosis LOAEL terendah dimiliki oleh dihematoporfirin eter, sedangkan dosis yang tertinggi motexafin lutetium. Dari pengujian mutagenisitas dan karsinogenisitas dengan Toxtree dan TOPKAT terdapat 9 senyawa dikategorikan mutagenik-karsinogen, 3 senyawa sebagai karsinogen non-mutagenik. Senyawa yang diprediksikan sebagai mutagenik dan atau karsinogenik, merupakan senyawa yang mengandung unsur kation logam bermuatan positif (kationik photosensitizer) kecuali m-THPC, ftalosianin dan NT1 purpurin.
Pustaka
6. Dearden, John C., (2003) : In silico Prediction of Drug Toxicity, Journal of Computer-Aided Molecular Design, 17, 119-127.
8. Dourson, M.L. and Stara. J.F. (1983) : Regulatory Toxicology and Pharmacology. 3: 224-238. 9. Elsherbeny, E. dan Elfeky, S. (2004) : Basic Principles of Photosensitization, Biological & Medical Approaches. 10. Frimayanti, N., Li Y.M., Lee, H.B., Othman, R., Zain, S.M., dan Rahman, N.A. (2011) : Validation of Quantitative Structure-Activity Relationship (QSAR) Model for Photosensitizer Activity Prediction., Int. J. Mol. Sci., 12., 86268644; doi:10.3390/ijms12128626. 11. Anonim, ICH Harmonized Tripartite Guideline Topic S9 (2010) : Nonclinical Evaluation for Anticancer Pharmaceutical. 12. Ideaconsult Ltd, (2011) : Toxtree User Manual, http://ecb.jrc.ec.europa.eu/DOCUMENTS/QSA
R/QSAR_TOOLS/Toxtree_start_manual.pdf (diakses 20 Juli 2012). 13. Ling, Y.S (1995) : Synthesis of Ftalosianine Photosensitizer for Photodynamic Theraphy Studies, Doctor of Phylosophy Thesis, Dept. Of Chemistry, Case Western Reserve University. 14. Murashima, T., Sakiyama, D., Miyoshi, D, Kuriyama M, Yamada, T. Miyazawa, T dan Sugimoto, N, (2008) : Cationic Porphyrin Induced a Telomeric DNA to G-Quadruplex Form in Water, Bioinorganic Chemistry and Applications, Hindawi Publishing Corporation,Article ID 294756. 15. Moan, J dan Peng, Q, (2003) : An Outline of The History of PDT,1-4, dalam Hader, D.P., Jori, G., dan Patrice, T (editor), Photodynamic Therapy, Comprehensive Series in Photochemistry and Photobiology, p 286, The Royal Society of Chemistry. 16. Narang, Ajit S., Desai, Divyakant S. dan Mahato, Y., Lu. R.I. (editor) (2009) : Anticancer Drug Development, Unique Aspects of Pharmaceutical Development, Pharmaceutical Perspectives of Cancer Therapeutics, Springer Science Business Media, LLC, 45 – 92. 17. Schultz, T.W, J.W. Yarbrough, R.S. Hunter & A.O. Aptula., (2007), Verification of the Structural Alerts for Michael Acceptors., Chem. Res. Toxicol., 20, 1359-1363. 18. Sternberg, Ethan D. David, D. (1998) : Porphyrin-based Photosensitizer for Use in Photodynamic Theraphy, Tetrahedron report 54 (447), 4152-4161. 19. Tjahjono, D.H. (2006) : Porphyrin Structurebased Molecules for Photodynamic Therapy of Cancer, Acta Pharmaceutica Indonesia, XXXI (1), 1-12. 20. U.S. EPA, (1991) : Guidlines for Developmental Toxicity Risk Assessment, Federal Register, 56 (234), 63798-63826. 21. Venkatapathy, R., Moudgal, R., dan Bruce, R. M. (2004) : Assessment of the Oral Rat Chronic Lowest Observed Adverse Effect Level Model in TOPKAT, a QSAR Software Package for Toxicity Prediction, J. Chem. Inf. Comput. Sci., 44, 1623-1629.
