Transcript LuhPutuGina_Nanomaterial DIABETES

PENDAHULUAN
Nanomaterial adalah suatu materi yang ukurannya berada pada
kisaran 1-100 nanometer (nm). Materi ini dapat dalam bentuk kristal
yang atom-atomnya tersusun secara teratur maupun dalam bentuk
non-kristal (Saragih., 2011). Perilaku materi yang berukuran
nanometer sangat berbeda dibanding dengan perilaku pada ukuran
yang lebih besar (bulk). Perbedaan yang sangat dramatis terjadi pada
sifat fisika, kimia dan sifat biologinya.
Pada
bidang
kesehatan,
obat-obatan
dikembangkan
menggunakan nanomaterial sehingga lebih cepat larut dan
bereaksi untuk menghasilkan apa yang disebut dengan obat
pintar (smart drug) yang dapat mencari sel-sel tumor secara
presisi dan mematikannya tanpa mengganggu sel-sel sehat
tetangganya (Saragih., 2011).
PROSES SINTESA NANOMATERIAL
top down : material yang berukuran besar digiling (grinding) sampai
ukurannya berorde nanometer (ball mill) Di samping itu dilakukan
dengan cara evaporasi. Material berukuran besar dipanaskan sampai
pada temperatur uapnya sehingga terevaporasi menghasilkan partikelpartikel berukuran nanometer. Nanomaterial yang dihasilkan pada
kedua cara di atas distabilisasi dengan menggunakan larutan kimia
seperti polyvinyl alcohol (PVA) atau polyethilene glycol (PEG) sehingga
membentuk nanokoloid yang stabil.
bottom up : sintesa nanomaterial dilakukan dengan mereaksikan berbagai
larutan kimia dengan langkah-langkah tertentu yang spesifik sehingga
terjadi suatu proses nukleasi yang menghasilkannukleus-nukleus sebagai
kandidat nanpartikel setelah melalui proses pertumbuhan. Laju
pertumbuhan nukleus dikendalikan sehingga menghasilkan nanopartikel
dengan distribusi ukuran yang relatif homogen.
SIFAT- SIFAT NANOMATERIAL
TEMPERATUR LEBUR NANOMATERIAL :
Semakin kecil ukuran partikel, persentasi jumlah atom yang ada di permukaan
menjadi semakin besar dibanding dengan jumlah atom yang ada di dalam partikel
sehingga semakin banyak atom-atom yang mengalami ikatan lemah. Akibatnya,
energi ikat rata-rata antar atom makin lemah dan menurunkan temperatur lebur.
REAKTIVITAS KIMIA NANOMATERIAL :
Reaktivitas kimia suatu partikel sangat bergantung pada jumlah atom yang ada pada
permukaan partikel tersebut karena atom-atom inilah yang akan melakukan kontak
langsung dengan atom-atom partikel yang lain. Bila jari-jari partikel r diperkecil,
maka fraksi jumlah atom yang terdapat di permukaan partikel akan semakin
meningkat sehingga meningkatkan reaktivitas kimia partikel.
KESETARAAN UKURAN DENGAN BANYAK BAGIAN DALAM ORGAN TUBUH :
Obat – obatan berukuran nanometer akan lebih mudah bereaksi dengan protein
pada tubuh yang berukuraan nanometer.
TERAPAN NANOMETER
 Mengacu pada karakteristik yang dimilikinya, beberapa
jenis nanomaterial telah digunakan pada teknologi :
1. Pelabelan sel,
2. penghantaran obat (drug delivery),
3. Pengobatan lebih optimum pada Diabetes
4. penjelas citra magnetic resonance imaging (MRI).
Dengan catatan : nanomaterial harus didisain dapat
berinteraksi dengan protein dan sel tanpa mengganggu
aktifitas normal dari keduanya dan harus biocompatible
dan tidak beracun.
PELABELAN SEL MENGGUNAKAN LOGAM NANOMATERIAL Eu dan Tb
Keuntungan menggunakan Eu dan Tb :
1. Sifat fluorosens yang unik untuk mendeteksi dan
memonitor perubahan struktur geometri sel
2. Tb dapat melintasi membran sel dengan baik sehingga
dapat dikirim ke dalam sitoplasma dan tidak merusak
sistim kerja sel digunakan sebagai media (carrier)
3. Dalam bentuk batangan nano, tidak beracun
Gambar 2. Potret fluoresens sel 786-O yang mengandung batangan nano Eu dan Tb. (A) sel 786-O tanpa diberi
batangan nano Eu dan Tb, (B) sel 786-O yang mengandung batangan nano Eu, dan (C) sel 786-O yang
mengandung batangan nano Tb. Posisi yang ditandai dengan tanda panah menunjukkan fluoresens hijau tajam
yang dihasilkan oleh batangan nano di dalam sel.
NANOMATERIAL DAN DIABETES
DIABETES
Diabetes mellitus (atau sering disebut diabetes) adalah suatu penyakit
dimana kandungan gula (glucosa) pada cairan darah (gula darah) meningkat
melebihi batas ambang atas (hyperglycemia). Peningkatan ini disebabkan
oleh adanya gangguan yang terjadi dalam proses penghantaran glucosa ke
dalam sel.
Gambar 3. Skema proses penghantaran glucosa (gula darah) ke dalam sel yang dimediasi oleh
insulin. Pengikatan insulin oleh reseptor insulin pada membran sel menginduksi suatu sinyal
transduksi yang dapat dideteksi oleh transpoter glucosa (GLUT4) sehingga GLUT4 memasukkan
glucosa ke dalam sel
TIPE DIABETES
Diabetes dibagi ke dalam dua tipe yang dikarakterisasi oleh mediator insulin, yaitu:
tipe-1, diabetes yang terjadi karena gagalnya sel-β memproduksi insulin pada
jumlah minimum yang dibutuhkan untuk memediasi penghantaran gula darah ke
dalam sel (skema sederhana pelepasan insulin oleh sel-β ditunjukkan pada gambar
4) ; tipe-2 adalah diabetes yang terjadi karena kurangnya responsivitas reseptor
insulin pada membran sel untuk merespon kehadiran insulin sebagai mediator
penghantar gula darah ke dalam sel sehingga proses penghantaran gula darah ke
dalam sel menjadi tidak berjalan sebagaimana mestinya.
Gambar 4. Skema proses pelepasan insulin oleh sel-β.
Ketika kadar glucosa pada cairan darah meningkat di atas
batas ambang, transporter glucosa GLUT2 akan
memasukkan glucosa ke dalam sel. Glucosa yang masuk
ke dalam sel meningkatkan rasio ATP:ADP di dalam sel
(melalui
proses
glycolytic
phosphorylation:
glucokinaseglycolysis, respiration) sehingga menonaktifkan
kanal potassium (K+) yang bertugas mendepolarisasi
membran
sel.
Penonaktifan
kanal
potassium
menyebabkan pembukaan kanal calcium sehingga ion-ion
calcium masuk ke dalam sel. Peningkatan kandungan ion
calcium di dalam sel memicu pelepasan insulin oleh sel.
KEKURANGAN PENGOBATAN DIABETES
Mengatasi kekurangan insulin (diabetes tipe-1) pada penderita diabetes selama
ini dilakukan dengan mensuplai insulin secara eksternal yang dilakukan secara
oral, suntik maupun melalui pernafasan (nasal).
Teknik suntik, yang apabila dilakukan terus menerus setiap hari, menimbulkan
masalah baru terhadap luka suntik
Teknik oral insulin mengalami degradasi di dalam lambung (stomach) oleh enzim
gastric. Untuk mengatasi masalah ini insulin dibalut (encapsulated) dengan berbagai
jenis polimer yang biodegradable. Namun oleh karena ukurannya cukup besar, balutan
insulin sulit menembus masuk ke pembuluh darah
Teknik penghantaran melalui pernafasan, permasalahan timbul dengan terjadinya
penyumbatan pada paruparu karena ukuran partikel insulin cukup besar.
NANOMATERIAL UNTUK DIABETES
Partikel insulin dikonstruksi
dengan teknik khusus
sehingga memiliki ukuran
yang berada pada kisaran 1100 nm
dikombinasi dengan casein
(protein susu) untuk
membentuk nanopartikel CAPPEG-Insulin
Dilakukan konstruksi
nanopartikel insulinpolimer . Contoh polimer
yang digunakan Calcium
phospatepolyethylene
glyco (CAP-PEG)
nanoinsulin dikapsulasi
dengan menggunakan
polimer membentuk apa
yang disebut sebagai
nanokapsul insulin atau
nanopartikel insulin
penurunan kadar gula
darah terjadi secara
signifikan
Gambar 5. Skema nanopartikel calcium phospate-PEG-insulin-casein
PENELITIAN
Berbagai jenis polimer lain telah diuji coba untuk digunakan dan berbagai sifat yang unik
diperoleh. Polimer yang digunakan antara lain :
1. polyethuleneglycol-dimethacrylate sebagai polimer pembalut/pembawa insulin
2. Chitosan, dextran sulfat, dan cyclodextrin telah juga digunakan sebagai pembalut/
pembawa. Kombinasi penggunaan dextran sulfate-chitosan sebagai polimer
pembalut/pembawa menghasilkan karakteristik yang sensitif terhadap Ph
CATATAN : penggunaan chitosan menghasilkan efek yang paling tinggi dan signifikan.
Penghantaran nanoinsulin melalui pernafasan telah juga diinvestigasi.
Nanoinsulin dengan menggunakan polimer chitosan untuk membentuk
nanopartikel insulin- chitosan dalam bentuk serbuk kering yang siap untuk
dihirup. Dengan menggunakan polimer nanochitosan sebagai pembawa,
jumlah nanoinsulin yang dapat dibawa sangat besar dan kemampuan
melepaskan insulin pada cairan darah sangat tinggi, yaitu sekitar 75-80%
dilepas selama 15 menit setelah penghirupan
Teknologi yang saat ini sedang dalam pengembangan adalah pembuatan nanoporus
membran yang sensitif terhadap pH (lihat gambar 6). Nanoinsulin dibalut dengan suatu
polimer dimana polimer pembalutnya memiliki porus berukuran nanometer yang
sensitif terhadap pH lingkungannya. Bila pH cairan darah menurun (< 7) yang
disebabkan oleh meningkatnya kadar gula darah, maka gerbang nanoporus akan
membuka dan insulin dilepas. Pelepasan insulin akan menurunkan kadar gula darah
yang menyebabkan pH darah meningkat menuju normal (~7,4). Pada saat pH normal,
gerbang nanoporus akan menutup. Polimer yang digunakan untuk membuat pembalut
yang memiliki nanoporus ini adalah N, N-dimethylaminoethyl methacrylate dan
polyacrylamide yang dikombinasi dengan polymethacrylic acid-g-polyethylene glycol.
Gambar 6. Skema nanopartikel dengan gerbang molekuler yang sensitif terhadap pH untuk mengontrol pelepasan insulin
yang dipicu oleh kehadiran glucosa pada cairan darah