PLGA (Poly lactic-co-glycolic acid) sebagai Penghantar Obat Terkendali yang Biodegradable

September 19, 2016

Sejumlah penelitian telah dilakukan pada penghantaran obat dengan polimer-polimer biodegradable sejak pengenalan mereka sebagai perangkat bedah yang bioresorsible sekitar tiga decade lalu. Diantara semua biomaterial, aplikasi polimer biodegradable poly lactic-co-glycolic acid (PLGA) menunjukkan potensi yang besar sekali sebagai suatu pembawa penghantaran obat dan sebagai kerangka untuk rekayasa jaringan. PLGA adalah suatu golongan polimer biodegradable yang sudah disetujui oleh FDA (FDA-approved) yang secara fisik kuat dan sangat biocompatible dan telah dikaji secara ekstensif sebagai perangkat penghantaran untuk obat, protein, dan berbagai macam makromolekul seperti DNA, RNA, dan peptide. PLGA paling popular di antara sekian polimer biodegradable yang ada karena pengalaman kliniknya yang panjang, memiliki karakteristik degradasi yang menyenangkan, dan kemungkinan untuk penghantaran obat yang berkelanjutan. Literature terkini menunjukkan bahwa degradasi PLGA dapat diterapkan untuk pelepasan obat berkelanjutan pada dosis yang diinginkan dengan implantasi tanpa prosedur pembedahan. Bahkan, sangat dimungkinkan untuk menyesuaikan sifat fisik secara keseluruhan matriks polimer-obat dengan mengendalikan parameter-parameter yang relevan sepeti berat molekul polimer, rasio lactide terhadap glycolide dan konsentrasi obat untuk mencapai dosis yang dikehendaki dan interval pelepasan bergantung pada jenis obat. Meskipun demikian, potensi toksisitas dari dosis yang berlebih (dose dumping), pelepasan yang inkonsisten dan interaksi obat-polimer memerlukan evaluasi yang detail.

Material biodegradable adalah material yang berasal dari alam atau sintetis dan terdegradasi in vivo, baik secara enzimatis atau non-enzimatis atau keduanya, menghasilkan biocompatible, aman secara toksikologi by-products yang selanjutnya dieliminasi oleh jalur metabolic normal. Jumlah material yang dapat digunakan di dalam atau sebagai tambahan (adjuncts) dalam penghantaran obat terkendali meningkat secara dramatis lebih dari satu decade ke belakang. Kategori dasar biomaterial yang digunakan dalam penghantaran obat dapat diklasifikasikan secara luas sebagai (1) polimer biodegradable sintetis, yang termasuk material-material relative hidrofobik seperti asam α-hidroksi (suatu golongan termasuk poly lactic-co-glycolic acid, PLGA), polianhidrida, dan yang lain, dan (2) polimer yang terjadi secara alami, semacam gula kompleks (hyaluronan, kitosan) dan inorganic (hidroksiapatit). Jumlah material yang digunakan dalam penghantaran obat meningkat akibat beragamnya penyakit, rentang dosis dan kebutuhan khusus yang harus diterapkan. Biokompatibilitas sangat penting, namun biokompatibilitas bukan suatu sifat intrinsic suatu material, tapi tergantung pada lingkungan biologi dan tolerabilitas yang ada sehubungan dengan interaksi jaringan-obat-polimer.

Polyester PLGA adalah kopolimer poly lactic acid (PLA) dan poly glycolic acid (PGA). Poly lactic acid mengandung suatu asimetris α-karbon yang digambarkan sebagai bentuk D atau L dalam stereokimia klasikal dan terkadang sebagai bentuk R dan S, masing-masing. Bentuk enantiomer dari polimer PLA adalah poly D-lactic acid (PDLA) dan poly L-lactic acid (PLLA). PLGA biasanya akronim untuk poly D,L-lactic-co-glycolic acid di mana bentuk D- dan L- asam laktat berada pada rasio yang sama.

Sifat fisikokimia optis aktif PDLA dan PLLA hamper sama. Umumnya, polimer PLA dapat dibuat dalam bentuk yang sangat kristalin (PLLA) atau benar-benar amorf dikarenakan rantai polimer teratur. PGA batal dari setiap gugus sisi metil dan menunjukkan struktur yang sangat kristalin berbeda dengan PLA seperti yang diperlihatkan dalam Gambar 1. PLGA dapat diproses menjadi hampir semua bentuk dan ukuran, dan dapat mengenkapsulasi molekul hampir setiap ukuran. PLGA larut dalam pelarut pada umumnya termasuk pelarut terklorinasi, tetrahidrofuran, aseton atau etil asetat. Di dalam air, PLGA terbiodegradasi oleh hidrolisis ikatan esternya (Gambar 2). Kehadiran gugus sisi metil dalam PLA membuatnya lebih hidrofobik daripada PGA sehingga kopolimer PLGA kaya lactide kurang hidrofilik, kurang menyerap air dan terdegradasi lebih pelan. Disebabkan oleh hidrolisis PLGA, parameter yang biasanya dianggap sebagai deskripsi invarian dari suatu formulasi solid dapat berubah dengan waktu, seperti temperature transisi kaca/glass (Tg), kandungan lembang dan berat molekul. Efek sifat-sifat polimer ini pada laju pelepasan obat dari matriks polimer biodegradable telah dikaji secara luas. Perubahan sifat PLGA selama biodegradasi polimer mempengaruhi laju pelepasan dan degradasi molekul obat yang diinkorporasikan. Sifat fisik PLGA bergantung pada beberapa factor, termasuk berat molekul awal, rasio lactide terhadap glycolide, ukuran perangkat, terpapar terhadap air (bentuk permukaan) dan temperature penyimpanan. Kekuatan mekanik PLGA dipengaruhi oleh sifat-sifat fisik seperti berat molekul dan indeks polidispersitas. Sifat-sifat ini juga mempengaruhi kemampuan diformulasi menjadi perangkat penghantaran obat dan dapat mengendalikan laju degradasi perangkat dan hidrolisis. Studi terkini menunjukkan bahwa jenis obat juga berperan dalam laju pelepasan. Kekuatan mekanik, sifat mengembang, kapasitas mengalami hidrolisis dan selanjutnya laju biodegradasi polimer secara langsung dipengaruhi oleh derajat kristalinitas PLGA, yang selanjutnya bergantung pada jenis dan rasio molar komponen monomer individu dalam rantai kopolimer. PGA kristalin, ketika mengalami ko-polimer dengan PLA, mengurangi derajat kristalinitas PLGA dan sebagai hasilnya meningkatkan laju hidrasi dan hidrolisis. Lazimnya, kandungan PGA yang lebih tinggi mengarah ke laju degradasi yang lebih cepat dengan suatu pengecualian rasio 50:50 PLA/PGA, yang menunjukkan degradasi tercepat. Derajat kristalinitas dan titik leleh polimer secara langsung terkait dengan berat molekul polimer. Tg (glass transition temperature) dari kopolimer PLGA dilaporkan di atas temperatur fisiologis 37°C sehingga seperti kaca secala alami, lalu menunjukkan struktur rantai yang cukup kaku/rigid. Sudah dilaporkan juga bahwa Tg PLGA menurun seiring berkurangnya kandungan lactide di dalam komposisi kopolimer dan dengan penurunan berat molekul. Polimer PLGA yang tersedia secara komersial biasanya dikarakterisasi dalam term viskositas intrinsik, yang terkait langsung dengan berat molekul mereka.

Perangkat khusus penghantaran obat, yaitu PLGA, harus dapat menghantarkan obatnya dengan durasi, biodistribusi, dan konsentrasi yang sesuai untuk efek terapi yang dikehendaki. Oleh karena itu, pentingnya desain, termasuk material, geometri dan lokasi harus menginkorporasikan mekanisme degradasi dan klirens perangkat sebaik obatnya (API/active pharmaceutical ingredients). Biodistribusi dan farmakokinetik PLGA mengikuti suatu profil non-linier dan bergantung dosis (dose-dependent). Lebih jauh, kajian sebelumnya menyarankan bahwa klirens darah dan uptake oleh mononuclear phagocyte system (MPS) mungkin tergantung pada dosis dan komposisi sistem pembawa PLGA. Bahkan, autobiography seluruh tubuh dan eksperimen distribusi kuantitatif mengindikasikan bahwa beberapa formulasi PLGA, seperti nanopartikel, terakumulasi cukup cepat di dalam liver, sumsum tulang, kelenjar getah bening, limpa dan makrofag peritoneal. Degradasi pembawa PLGA cukup cepat pada tahap awal (sekitar 30%) dan nantinya lambat dibersihkan oleh respirasi di paru-paru. Untuk mengatasi keterbatasan ini, beberapa studi telah dilakukan untuk mengkaji peran modifikasi permukaan, menyarankan bahwa inkorporasi surfaktan dapat meningkatkan waktu paruh sirkulasi darah secara signifikan.

 

Referensi:

Hirenkumar K. Makadia dan Steven J. Siegel. Poly Lactic-co-Glycolic Acid (PLGA) as Biodegradable Controlled Drug Delivery Carrier. Polymers (Basel). 2011 September 1; 3(3): 1377-1397.

Advertisements

Sekilas tentang Self-assembling Nanopartikel Chitosan/Poly-γ-Glutamic Acid untuk Penghantaran Obat Tertarget

April 13, 2010

Nanopartikel self-assembling dibuat dengan proses gelasi ionotropik antara γ-PGA terfolat dan chitosan rantai lurus yang dilabeli secara fluoresensi.  Sejumlah cairan γ-PGA-FA (0.3 mg/mL, pH 9.0) ditambahkan (1 ml/5 s) ke dalam larutan CS-FITC (0.3 mg/mL, pH 4.0) pada kondisi pengadukan secara kontinu, terbentuklah sebuah sistem koloid (transmitan 75% pada λ 500 nm, pH 7.4), yang tetap stabil pada temperatur ruang selama beberapa pekan pada pH fisiologis.

Untuk menilai kesesuaian nanosystem Chitosan/Poly-γ-Glutamic Acid untuk penghantaran obat, kita perlu menggabungkan komponen tambahan untuk dapat menuju target sel kanker-spesifik dan deteksi uptake seluler. Sebagai bagian target, dipilih vitamin FA (folic acid), yang memiliki afinitas tinggi terhadap reseptor folat yang diekspresikan secara berlebih dalam sejumlah sel epithel dan sel kanker myeloid.

Transmission electron microscope (TEM) A JEOL2000 FX-II digunakan untuk mengkarakterisasi ukuran dan morfologi nanopartikel kering. Sampel untuk analisis TEM diperoleh dengan penetesan dispersi koloid yang mengandung nanopartikel ke dalam kisi tembaga yang disalut karbon. Nanopartikel ini kering pada temperatur ruang. Diameter rata-rata dan distribusi ukuran diperoleh menggunakan program SPSS 11.0.

Sampel untuk atomic force microcopy (AFM) dibuat dengan penuangan suspensi nanopartikel (0.1 mg/mL) pada sebuah kaca; lalu kering di bawah kondisi vakum. Nanopartikel dianalisis pada perangkat WITec alpha300 A/R menggunakan mode pengetapan.

Diameter hidrodinamis nanopartikel (0.1–1 mg/mL) diukur menggunakan fotometer BI-200SM Brookhaven Research laser  light scattering yang dilengkapi dengan suatu laser Nd/YAG solid-state yang dioperasikan pada panjang gelombang λ0=532 nm. Pengukuran ukuran rata-rata nanopartikel ditentukan pada 25°C dengan sudut deteksi 90° dalam kuvet kuarsa silinder yang homogen secara optis. Setiap sampel diukur triplo, dan dihitung data rata-ratanya.

Mobilitas elektrokinetik nanopartikel diukur pada 25°C dengan alat Malvern Nanosizer Nano-ZS. Sampel diukur tiga kali dan dihitung data rata-ratanya.

Hasil analisis menunjukkan bahwa nanosystem CS-FITC/γ-PGA-FA terdiri dari partikel sferis dengan permukaan yang halus, baik dalam lingkungan berair maupun dalam kondisi kering. Mikrograf TEM menunjukkan rentang ukuran 30–160 nm dengan nilai rata-rata 67.8 nm.

Kesimpulannya, hasil pengujian toksisitas in vivo dan in vitro menunjukkan bahwa kedua tipe nanopartikel (CS-FITC/γ-PGA dan CS-FITC/γ-PGAFA) adalah nontoxic, sehingga sistem CS/γ-PGA dapat digunakan untuk pemberian sistemik. Toksisitas nanosystem CS/γ-PGA ditentukan pada cultured cells dan pada beberapa hewan.
Dua jenis nanopartikel chitosan/poly-γ-glutamic acid yang dilabel secara fluoresensi diuji mengikuti:
(a) kontrol “nontargeted”, CS-FITC/γ-PGA γ-PGA tidak dikonjugasi dengan folat) dan (b) “targeted” partikel CS-FITC/ γ-PGA-FA (γ-PGA dikonjugasi dengan folat).

Data kuantitatif yang diperoleh menunjukkan bahwa partikel “targeted” yang diinternalisasikan ke dalam sel lebih cepat secara signifikan dan akumulasi total partikel-partikel ini secara substansi lebih tinggi dalam sel kanker jika dibandingkan dengan partikel “nontargeted”.

Referensi:

Zsolt Keresztessy, Magdolna Bodnár, Elizabeth Ber, István Hajdu, Min Zhang, John F. Hartmann, Tamara Minko, and János Borbély, 2009, Self-assembling chitosan/poly-γ-glutamic acid nanoparticles for targeted drug delivery, Colloid Polym Sci (2009) 287:759–765