Perpustakaan Digital ITB

Terapi insulin merupakan pendekatan utama dalam pengelolaan diabetes melitus. Metode pemberian insulin saat ini masih terbatas pada injeksi, yang berpotensi menimbulkan ketidaknyamanan pasien, risiko hipoglikemia, serta komplikasi jangka panjang seperti lipodistrofi. Upaya untuk mengembangkan alternatif pemberian insulin yang lebih nyaman telah banyak dilakukan. Salah satunya melalui formulasi insulin oral. Namun, tantangan utama dalam formulasi insulin oral adalah rendahnya bioavailabilitas insulin akibat degradasi oleh enzim proteolitik di saluran pencernaan serta permeabilitas usus yang terbatas terhadap makromolekul seperti insulin. Nanopartikel berbasis biopolimer telah dieksplorasi sebagai solusi untuk mengatasi tantangan formulasi insulin oral. Dalam sistem ini, digunakan biopolimer fruktan levan yang menawarkan sejumlah keunggulan, seperti biodegradabilitas, biokompatibilitas, serta keamanan penggunaannya dalam formulasi farmasi. Karakteristik tersebut menjadikan levan sebagai kandidat potensial dalam sistem penghantaran insulin berbasis Np. Berbagai karakteristik yang dimiliki levan menjadikannya menarik untuk dikembangkan, namun kestabilan strukturnya dalam menghadapi kondisi lingkungan saluran cerna masih menjadi tantangan. Untuk meningkatkan kemampuan dalam membawa insulin, levan kemudian dimodifikasi melalui proses asetilasi. Proses asetilasi dapat mengubah karakteristik fisikokimia levan, sehingga meningkatkan afinitasnya terhadap insulin serta memperbaiki interaksinya dengan permukaan mukosa usus. Dengan demikian, diharapkan levan terasetilasi mampu memberikan kestabilan formulasi yang lebih baik dan meningkatkan efisiensi penghantaran insulin secara oral. Penelitian ini bertujuan untuk mengembangkan dan mengkarakterisasi sistem penghantaran insulin oral berbasis nanopartikel yang menggunakan levan dan levan terasetilasi sebagai matriks pembawa; menganalisis pengaruh modifikasi asetilasi terhadap stabilitas dan efisiensi penghantaran insulin, guna menilai potensi levan terasetilasi dalam meningkatkan performa sistem nanopartikel secara keseluruhan; serta mengevaluasi efektivitas sistem penghantaran nanopartikel insulin-levan dan levan. Tujuan tersebut dicapai melalui empat tahapan penelitian yaitu tahap pertama produksi levan dari Bacillus licheniformis K1, dan modifikasi levan melalui proses asetilasi. Tahap kedua sintesis nanopartikel menggunakan biopolimer levan dan levan terasetilasi yang diperoleh di tahap sebelumnya. Tahap ketiga karakterisasi fisikokimia, studi kinetika, dan studi termodinamika terhadap nanopartikel insulin levan dan insulin-levan terasetilasi. Tahap keempat melakukan uji invivo dan analisis statistik efektifitas dari sistem nanopartikel insulin-levan dan insulin-levan terasetilasi dalam menurunkan kadar gula darah mencit. Produksi levan dilakukan menggunakan Bacillus licheniformis BK1, strain halofilik yang berasal dari stok gliserol koleksi Laboratorium Biokimia, Institut Teknologi Bandung. Modifikasi levan dilakukan dengan proses asetilasi. Proses asetilasi melibatkan substitusi gugus hidroksil (-OH) pada rantai levan dengan gugus asetil (-COCH?) menggunakan anhidrida asetat sebagai agen asetilasi. Levan dan levan terasetilasi diperoleh daam bentuk serbuk putih. Struktur kimia levan dan levan terasetilasi dikarakterisasi menggunakan spektroskopi FTIR. Hasil analisis menunjukkan bahwa spektrum levan hasil produksi memiliki kemiripan dengan levan standar pada beberapa puncak signifikan. Kehadiran puncak-puncak khas yang sesuai dengan struktur levan menjadi indikasi kualitatif bahwa produk yang diperoleh merupakan levan. Pada levan terasetilasi, terlihat adanya pita baru yang mengindikasikan keberadaan gugus asetil, yang menandakan bahwa substitusi gugus –OH oleh –COCH? telah terjadi. Pita khas gugus asetil muncul pada bilangan gelombang 1755 cm?¹, yang merepresentasikan vibrasi peregangan karbonil (C=O) dari gugus asetil. Karakterisasi lanjutan dilakukan untuk mengamati keberadaan gugus asetil pada levan terasetilasi dan menghitung derajat asetilasi menggunakan Spektroskopi Nuclear Magnetic Resonance (NMR). Hasil perhitungan menunjukkan bahwa jumlah gugus asetil per unit fruktosa adalah 1,94 dan derajat asetilasi yang diperoleh adalah 64,81%, yang mengindikasikan tingkat asetilasi yang relatif tinggi. Pada penelitian ini, berhasil disintesis empat jenis nanopartikel yang berbentuk sferis, yaitu nanopartikel kosong levan (B-Lv), nanopartikel kosong levan terasetilasi (B-ALv), nanopartikel insulin-levan (I-Lv), dan nanopartikel insulin levan terasetilasi (I-ALv). Secara fisik keempat jenis nanopartikel diperoleh dalam bentuk serbuk putih tanpa perbedaan yang mencolok. Analisis morfologi dilakukan menggunakan Transmission Electron Microscopy (TEM) menunjukkan nanopartikel B-Lv dan B-ALv memiliki bentuk bulat dengan rongga tengah yang jelas, sementara nanopartikel I-Lv dan I-ALv memiliki morfologi serupa namun dengan rongga yang tampak lebih gelap, yang mengindikasikan keberadaan insulin di dalam partikel. Analisis ukuran partikel menggunakan Particle Size Analyzer (PSA) diperoleh ukuran berkisar antara 250 hingga 500 nm. Efisiensi enkapsulasi insulin pada I-Lv dan I-ALv masing-masing mencapai 78,64% dan 88,30%. Hasil karakterisasi fisikokimia diperoleh nilai indeks polidispersitas dari nanopartikel yang dihasilkan berada di bawah 0,7 yang menandakan distribusi partikel cukup homogen. Sementara itu, nilai potensial zeta menunjukkan stabilitas yang cukup baik, karena berada di kisaran ±10 hingga ±15 mV. Dengan karakteristik ini sistem nanopartikel I-Lv dan I-ALv memiliki ukuran, distribusi, dan stabilitas yang memadai untuk digunakan sebagai sistem penghantaran insulin oral. Pelepasan insulin dari nanopartikel I-Lv dalam simulasi cairan lambung menunjukkan pola pelepasan awal yang lebih cepat dibandingkan dengan I-ALv. Untuk evaluasi lebih lanjut, stabilitas konformasi insulin dalam NPs dianalisis melalui pengukuran entalpi transisi struktur sekunder dan tersier. Stabilitas konformasi struktur sekunder ditentukan melalui kandungan alfa-heliks menggunakan teknik circular dichroism (CD), sedangkan stabilitas konformasi struktur tersier dievaluasi melalui intensitas fluoresensi residu triptofan. Hasil menunjukkan bahwa insulin dalam I-ALv memiliki stabilitas konformasi yang lebih baik dibandingkan insulin dalam keadaan bebas maupun dalam I-Lv, dengan entalpi transisi masing-masing sebesar 0,91 ± 0,62 dan 4,42 ± 0,46 kkal mol?¹ untuk struktur sekunder dan tersier. Pada studi invivo awal menunjukkan bahwa I-ALv2 (2x dosis) memiliki efek yang signifikan dibandingkan dengan insulin bebas dan I-Lv. Dimana formulasi I-ALv2 menunjukkan efektifitas hipoglikemik yang setara dengan glibenklamid, sehingga berpotensi sebagai kandidat insulin oral yang mendekati terapi standar rute oral. Temuan ini memberikan dasar untuk pengembangan lebih lanjut sistem penghantaran insulin berbasis levan terasetilasi. Ke depan, studi lanjutan diperlukan untuk mengevaluasi farmakokinetik, bioavailabilitas secara sistemik, serta uji toksisitas kronis agar formulasi ini dapat lebih dekat pada aplikasi klinis.