Nanomaterial: Pendekatan Baru Penanggulangan DIABETES Luh Putu Gina Sri Budiani, S.Pd 116090200011004

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 partikel-partikel 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 : Pelabelan sel, penghantaran obat (drug delivery), Pengobatan lebih optimum pada Diabetes 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 : Sifat fluorosens yang unik untuk mendeteksi dan memonitor perubahan struktur geometri sel Tb dapat melintasi membran sel dengan baik sehingga dapat dikirim ke dalam sitoplasma dan tidak merusak sistim kerja sel digunakan sebagai media (carrier) 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 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 Dilakukan konstruksi nanopartikel insulin-polimer . Contoh polimer yang digunakan Calcium phospatepolyethylene glyco (CAP-PEG) Partikel insulin dikonstruksi dengan teknik khusus sehingga memiliki ukuran yang berada pada kisaran 1-100 nm dikombinasi dengan casein (protein susu) untuk membentuk nanopartikel CAP-PEG-Insulin 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 : polyethuleneglycol-dimethacrylate sebagai polimer pembalut/pembawa insulin 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

TERIMA KASIH