Teknologi Mikroenkapsulasi dan Perkembangannya di Indonesia

Majalah Farmasetika – Sistem mikroenkapsulasi telah banyak dikembangkan baik di dalam dan luar negeri karena dapat menjaga stabilitas, meningkatkan kelarutan dan permeabilitas, menghantarkan obat secara tertarget dengan pelepasan yang terkontrol.

Dengan metode penyiapan yang sesuai, sistem mikroenkapsulasi dengan dispersi ukuran, efisiensi penjerapan, dan dispersitas yang stabil dapat diperoleh. Sistem mikroenkapsulasi dapat dibuat menggunakan polimer tunggal atau kombinasi dengan membentuk mono hingga multi-lapis.

Penggunaan polimer dan rasio kombinasi yang tidak tepat dapat menghasilkan ukuran partikel yang besar dan tidak seragam, persentase efisiensi penjerapan yang kecil, serta stabilitas dispersi yang buruk. Hal tersebut dapat berkolerasi dengan efisiensi terapi obat yang kurang optimal.

Maka dari itu, dalam artikel ini dibahas mengenai jenis polimer dan kombinasinya, konsentrasi dan rasio, dan perkembangan aplikasi sistem mikroenkapsulasi sebagai sistem penghantaran obat di Indonesia. Review ini menyimpulkan bahwa polimer alami dan sintetik dapat digunakan dalam pembentukan sistem mikroenkapsulasi dan menghasilkan penghantaran obat yang optimal.

Perkembangan sistem penghantaran obat baru

Seiring waktu, sistem penghantaran obat baru terus dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan penghantaran obat yang stabil, terkontrol, dan tertarget salah satunya menggunakan sistem enkapsulasi. Beberapa bentuk sistem enkapsulasi yang sedang menjadi perhatian adalah liposomal dan mikro- hingga nanoenkapsulasi. Selain sebagai pembawa obat, sistem tersebut juga ditujukan untuk meningkatkan kelarutan, permeabilitas, dan stabilitas obat.

Sistem-sistem ini juga dapat mencegah fotolisis dan perubahan bentuk kristal obat melalui penyalutan. Pemilihan sistem penghantaran membutuhkan penyesuaian dengan karakteristik fisikokimia dari obat agar didapatkan sistem dengan spesifikasi yang diinginkan. Diketahui bahwa sistem liposomal dan nanopartikel membutuhkan pengecilan ukuran partikel dari zat aktif hingga ke ukuran nano.

Pada beberapa obat, pengecilan ukuran hingga ke ukuran nano dapat menurunkan kestabilan, kelarutan, dan permeabilitas obat. Dalam proses manufaktur sistem liposomal dan nanopartikel juga memerlukan teknologi dan proses yang lebih kompleks dan rumit. Terkadang sistem yang dihasilkan memiliki ukuran dan kestabilan yang fluktuatif sehingga diperlukan validasi dan pemilihan metode penyiapan yang tepat agar reliabel dalam menghasilkan produk.

Kelebihan mikroenkapsulasi

Dibandingkan dengan sistem liposomal dan nanoenkapsulasi, sistem mikroenkapsulasi kadang tidak memerlukan pengecilan ukuran partikel karena rata-rata obat yang terlarut akan membentuk partikel berukuran mikro atau lebih kecil. Sistem mikroenkapsulasi bahkan dapat diterapkan pada sediaan ekstrak. Beberapa metode penyiapan mikroenkapsulasi juga dapat digunakan untuk menghasilkan sistem yang reliabel.

Pada sistem enkapsulasi yang telah dijelaskan sebelumnya, bahan yang digunakan dalam penyalutan obat dapat berupa polimer sintetik dan alami. Tiap polimer memiliki karakteristik dan tujuan penggunaan yang berbeda. Struktur monomernya sangat berkaitan pada interaksi polimer dan obat sehingga dapat mempengaruhi profil pelepasan, derajat enkapsulasi, dan kestabilan matriks dan obat.

Metode penyiapan yang digunakan juga dapat mempengaruhi karakteristik sistem yang dihasilkan. Sehingga penting untuk mengkaji dan memahami terkait penggunaan polimer dan metode penyiapan dari penelitian-penelitian sebelumnya sebagai aspek kritis dalam pengembangan sistem mikroenkapsulasi yang lebih optimal.

Di indonesia sendiri, pemanfaatan bahan alam menjadi tema yang dominan dikembangkan dalam bidang kefarmasian. Salah satunya menggunakan mikroenkapsulasi sebagai sistem penghantaran produk bahan alam. Maka dari itu, selain membahas dari segi jenis polimer dan metode penyiapan mikroenkapsulasi, review ini juga akan membahas mengenai perkembangan mikroenkapsulasi sebagai sistem penghantaran obat baru di Indonesia.

Definisi Mikroenkapsulasi

Mikroenkapsulasi adalah sistem penyalutan berukuran mikro yang terbentuk dari polimer dimana obat terjerap dalam inti sistemnya. Sistem mikroenkapsulasi yang baik terdispersi dalam bentuk partikulat dan dapat mencegah agregasi untuk waktu yang lama selama penyimpanan dan dalam masa penggunaan. Polimer yang digunakan boleh dalam bentuk tunggal atau kombinasi untuk tujuan modifikasi profil pelepasan atau penghantaran tertarget. Multi-lapis juga dapat dikembangkan menggunakan metode tertentu untuk tujuan stabilisasi obat atau pelepasan terkontrol.

Dari berbagai mekanisme pelepasan, penghantaran, dan prinsip stabilisasi yang dihasilkan oleh sistem mikroenkapsulasi, itu semua bergantung pada jenis polimer dan metode penyiapan yang digunakan. Berikut beberapa polimer yang telah digunakan dalam pengembangan sistem mikroenkapsulasi.

Aplikasi Polimer dalam Mikroenkapsulasi

Polimer baik yang natural dan sintetik dapat digunakan dalam pembentukan sistem mikroenkapsulasi. Syarat utama agar polimer dapat digunakan dalam pengobatan adalah bersifat biodegradabel, biokompatibel, dan non-imunogenik. Tujuannya untuk menghindari toksisitas dalam aplikasinya ke tubuh. Berikut beberapa polimer biodegradabel yang telah digunakan dalam pengembangan sistem mikroenkapsulasi.

Tabel 1. Polimer yang digunakan dalam sistem mikroenkapsulasi.

No.	Polimer	Kargo	Ukuran (µm)	Derajat enkapsulasi (%)	Aplikasi	Ref
1.	Maltodekstrin dan susu skimmed	Polifenol chokeberry	4.72–11.0	27.31 – 97.3	Stabilisasi obat dalam sistem digestif	[1]
2.	Polylactic acid (PLA) dan Polylactide-glicolide acid (PLGA)	Agonis reseptor GLP1; Linalool dan trans-anethole.	1.5 – 47	47-81.7	Sustained release; Stabilisasi terhadap degradasi kimiawi dan mencegah penguapan dari minyak esensial	[2,3]
3.	Arrowroot starch dan gum arab	Blackberry pulp	50.94 – 119.79	28.77 – 56.95	Stabilisasi obat selama masa penyimpanan	[4]
4.	Pumpkin oil cake protein	Beetroot juice	4.02 – 201.37	75 – 95	Oral delivery	[5]
5.	Kitosan dan maltodekstrin	Bacillus megaterium NCT-2	< 2.9	–	Remediasi tanah tersalinasi	[6]
6.	Granular paraffin wax dan yellow carnauba wax	Retinyl palmitate	28	60 – 80	Kosmetik	[7]
7.	Soybean protein	Probiotik	10	–	Proteksi terhadap degradasi oleh sistem imun	[8]
8.	Alginat	Trichoderma asperellum; Sel INS-1E beta	500 – 1500	–	Stabilisasi  dalam proses pengeringan dan penyimpanan; Sistem penghantaran sel	[9,10]
9.	Poly(methyl methacrylate) (PMMA)	Organic and molybdenum friction modifiers	10 – 30	48.1 – 67.4	Memperpanjang masa pakai minyak lubrikan	[11]
10.	Gum acacia dan maltodextrin	Minyak lavender	6.89 – 20.46	29.87 – 77.89	Stabilisasi terhadap degradasi kimiawi dan mencegah penguapan	[12]
11.	Poly(urea-formaldehyde)	Endo-dicyclopentadiene (DCPD); Tea tree oil	30 – 121.3	80	Sistem Self-healing	[13,14]
12.	Polyuria shell	Hexyl acetate	3.5 – 11.9	–	Penghantaran obat	[15]
13.	Poly(lactic-coglycolic acid) (PLGA)	Insulin-like growth factor-1 (IGF-1)	2	67	Penghantaran loco-regional ke jantung	[16]
14.	Gelatin dan carboxymethyl cellulose	Curcumin	1.926 – 3.357	60	Stabilisasi, peningkatan kelarutan, dan peningkatan permeabilitas obat antikanker	[17]
15.	Poly (lactic-co-glycolic acid) (PLGA) dan Poly vinyl alcohol (PVA)	Azoxystrobin	< 10	99.14	Sustained release	[18]
16.	Alginate-gum arabic	Lactobacillus plantarum ATCC 8014 dan Pediococcus acidilactici ATCC 8042	1100 – 1700	–	Sistem penghantaran oral	[19]
17.	Genipin-cross-linked albumin	Hemoglobin	0.6	39 – 82	Artificial haemoglobin-based oxygen carrier	[20]
18.	Kompleks kasein-pektin- maltodextrin  dan gum arab- maltodextrin	Fish oil	2 – 120	51.2-67.9	Stabilisasi terhadap oksidasi	[21]
19.	Chitosan	Bovine serum albumin	0.57 – 1.36	66.58 – 97.97	Colon-targeted delivery	[22]

Perkembangan Sistem Penghantaran Mikroenkapsulasi di Indonesia

Indonesia merupakan negara dengan kekayaan alam yang melimpah. Eksplorasi mengenai pemanfaatan bahan alam terus dilakukan untuk mencapai kemandirian bahan baku salah satunya sebagai bahan obat atau eksipien dalam bidang farmasi.

Dalam pengembangan sediaan farmasi, bahan alam dapat berupa ekstrak, fraksi, ataupun isolat. Sediaan bahan alam umumnya bersifat higroskopis dan mudah terdegradasi secara hidrolisis, oksidasi, dan fotolisis.

Pada beberapa jenis ekstrak, terutama yang menggunakan pelarut non-polar tentu akan sulit untuk diberikan secara oral karena memiliki kelarutan yang rendah. Begitu pula sebaliknya, umumnya ekstrak hidrofilik memiliki permeabilitas yang rendah, kecuali yang melalui transport aktif. Salah satu cara untuk mengatasi masalah tersebut adalah melalui enkapsulasi. Namun, ukuran partikel ekstrak umumnya sulit diperkecil hingga ke ukuran nano sehingga pengembangan kebanyakan mengarah ke mikroenkapsulasi.

Di Indonesia, sistem mikroenkapsulasi telah banyak dikembangkan sebagai sistem penghantaran ekstrak baik dalam bentuk sediaan cair atau padat. Berikut beberapa penerapan sistem mikroenkapsulasi dalam penghantaran ekstrak, fraksi, dan isolat.

Tabel 2. Penerapan sistem mikroenkapsulasi dalam penghantaran ekstrak, fraksi, dan isolat.

No.	Polimer	Kargo	Ukuran (µm)	Derajat enkapsulasi (%)	Aplikasi	Ref
1.	Etil selulosa	Ekstrak kedelai; Ekstrak nenas (bromelain kasar)	229 – 561.673	24.22 – 26.33	Sistem pelepasan terkontrol dan mencegah degradasi oksidatif, hidrolisis, dan kimiawi	[23,24]
2.	Eudragit	Ekstrak cacing tanah lumbricus Rubellus	3 – 14.3	25.532 – 47.105	Menutupi bau khas cacing tanah	[25]
3.	Kitosan	Cytrus hystrix oil	17.76 – 404.9	8.4 – 86.88	Mencegah penguapan serta degradasi oksidatif, hidrolisis, dan kimiawi	[26]
4.	Kitosan-alginat-glutaraldehida	Kurkumin	0.87 – 4.33	–	Menutupi rasa dan bau aromatik serta pelepasan terkontrol	[27]
5.	Natrium kaseinat dan maltodekstrin	Oleoresin jahe emprit	–	–	Mencegah oksidasi, hidrolisis, dan fotolisis	[28]
6.	Natrium alginat dan kitosan	Ekstrak etanol Centella asiatica (L)	630 – 710	25.48	Sistem mukoadesif	[29]
7.	Maltodekstrin dan whey protein isolate	Senyawa fenolik ekstrak daun kenikir	1.45 – 1.55	92.843 – 98.820	Pencegahan fotolisis	[30]
8.	Maltodekstrin dan gum arab	Asiaticoside dan ekstrak jahe	10.31 – 12.0	–	Menjaga stabilitas selama penyimpanan	[31]
9.	Whey protein, maltodekstrin, dan hidroksi propil β-siklodekstrin (Kleptosel)	Likopen	–	7.86 – 8.2	Mencegah oksidasi dan fotolisis	[32]

Kesimpulan

Sistem mikroenkapsulasi dapat dibentuk menggunakan polimer baik alami maupun sintesis. Mikroenkapsulasi sebagai sistem penghantaran obat dapat digunakan dalam menjaga stabilitas, menghantarkan secara tertarget, dan mengkontrol pelepasan obat sehingga didapatkan efektivitas terapi yang lebih baik.

Referensi

[1]      N. Ćujić-Nikolić, N. Stanisavljević, K. Šavikin, A. Kalušević, V. Nedović, J. Samardžić, T. Janković, Chokeberry polyphenols preservation using spray drying: effect of encapsulation using maltodextrin and skimmed milk on their recovery following in vitro digestion, J. Microencapsul. 36 (2019) 693–703. https://doi.org/10.1080/02652048.2019.1667448. [2]      L.P. Icart, F.G. de Souza, L.M.T.R. Lima, Sustained release and pharmacologic evaluation of human glucagon-like peptide-1 and liraglutide from polymeric microparticles, J. Microencapsul. 36 (2019) 747–758. https://doi.org/10.1080/02652048.2019.1677795. [3]      M. Dusankova, M. Pummerova, V. Sedlarik, Microspheres of essential oil in polylactic acid and poly(methyl methacrylate) matrices and their blends, J. Microencapsul. 36 (2019) 305–316. https://doi.org/10.1080/02652048.2019.1623337. [4]      G.F. Nogueira, C.T. Soares, L.G.P. Martin, F.M. Fakhouri, R.A. de Oliveira, Influence of spray drying on bioactive compounds of blackberry pulp microencapsulated with arrowroot starch and gum arabic mixture, J. Microencapsul. 37 (2020) 65–76. https://doi.org/10.1080/02652048.2019.1693646. [5]      J. Čakarević, V. Šeregelj, V. Tumbas Šaponjac, G. Ćetković, J. Čanadanović Brunet, S. Popović, M.H. Kostić, L. Popović, Encapsulation of beetroot juice: a study on the application of pumpkin oil cake protein as new carrier agent, Taylor & Francis, 2020. https://doi.org/10.1080/02652048.2019.1705408. [6]      Y. Chi, D. Wang, M. Jiang, S. Chu, B. Wang, Y. Zhi, P. Zhou, D. Zhang, Microencapsulation of Bacillus megaterium NCT-2 and its effect on remediation of secondary salinization soil, J. Microencapsul. 37 (2020) 134–143. https://doi.org/10.1080/02652048.2019.1705409. [7]      A. Nandy, E. Lee, A. Mandal, R. Saremi, S. Sharma, Microencapsulation of retinyl palmitate by melt dispersion for cosmetic application, J. Microencapsul. 37 (2020) 205–219. https://doi.org/10.1080/02652048.2020.1720029. [8]      C. González-Ferrero, J.M. Irache, B. Marín-Calvo, L. Ortiz-Romero, R. Virto-Resano, C.J. González-Navarro, Encapsulation of probiotics in soybean protein-based microparticles preserves viable cell concentration in foods all along the production and storage processes, J. Microencapsul. 0 (2020) 000. https://doi.org/10.1080/02652048.2020.1724203. [9]      A.R. de O. Lopes, G.O. Locatelli, R. de M. Barbosa, M. Lobo Junior, G. Moura Mascarin, C. Lamenha Luna Finkler, Preparation, characterisation and cell viability of encapsulated Trichoderma asperellum in alginate beads, J. Microencapsul. 37 (2020) 270–282. https://doi.org/10.1080/02652048.2020.1729884. [10]    M.A. Johnson, R. Kleinberger, A. Abu Helal, N. Latchminarine, A. Ayyash, S. Shi, N.A.D. Burke, A.C. Holloway, H.D.H. Stöver, Quantifying cellular protrusion in alginate capsules with covalently crosslinked shells, J. Microencapsul. 36 (2019) 421–431. https://doi.org/10.1080/02652048.2019.1618404. [11]    S. Xu, Preparation and tribological behaviour of poly(methyl methacrylate) (PMMA) microcapsules containing friction modifiers, J. Microencapsul. 37 (2020) 314–323. https://doi.org/10.1080/02652048.2020.1740805. [12]    A.M. Burhan, S.M. Abdel-Hamid, M.E. Soliman, O.A. Sammour, Optimisation of the microencapsulation of lavender oil by spray drying, J. Microencapsul. 36 (2019) 250–266. https://doi.org/10.1080/02652048.2019.1620355. [13]    A.C.M. de Carvalho, E.P. da C. Ferreira, M. Bomio, J.D.D. Melo, A.P. Cysne Barbosa, M.C.B. Costa, Influence of synthesis parameters on properties and characteristics of poly (urea-formaldehyde) microcapsules for self-healing applications, J. Microencapsul. 36 (2019) 410–419. https://doi.org/10.1080/02652048.2019.1638462. [14]    Q. Huang, S. Gong, W. Han, Y. Chen, X. Shu, Preparation of TTO/UF resin microcapsule via in situ polymerisation and modelling of its slow release, J. Microencapsul. 37 (2020) 297–304. https://doi.org/10.1080/02652048.2020.1735548. [15]    S.R.L. Gobert, M. Segers, S. Luca, R.F.A. Teixeira, S. Kuhn, L. Braeken, L.C.J. Thomassen, Development of a continuous reactor for emulsion-based microencapsulation of hexyl acetate with a polyuria shell, J. Microencapsul. 36 (2019) 371–384. https://doi.org/10.1080/02652048.2019.1633433. [16]    A. Hameed, L.B. Gallagher, E. Dolan, J. O’Sullivan, E. Ruiz-Hernandez, G.P. Duffy, H. Kelly, Insulin-like growth factor-1 (IGF-1) poly (lactic-co-glycolic acid) (PLGA) microparticles–development, characterisation, and in vitro assessment of bioactivity for cardiac applications, J. Microencapsul. 36 (2019) 267–277. https://doi.org/10.1080/02652048.2019.1622605. [17]    Z. Kocer, B. Aru, U.A. Sezer, G.Y. Demirel, U. Beker, S. Sezer, Process optimisation, biocompatibility and anti-cancer efficacy of curcumin loaded gelatine microparticles cross-linked with dialdeyhde carboxymethyl cellulose, J. Microencapsul. 36 (2019) 485–499. https://doi.org/10.1080/02652048.2019.1646337. [18]    M. Zhang, Z. Zhu, S. Yuan, S. Wang, C. Yang, P. Dwivedi, T. Si, R.X. Xu, One-step microencapsulation and spraying of pesticide formulations for improved adhesion and sustained release, J. Microencapsul. 36 (2019) 649–658. https://doi.org/10.1080/02652048.2019.1665118. [19]    I. Sandoval-Mosqueda, A. Llorente-Bousquets, J.F. Montiel-Sosa, L. Corona, Z. Guadarrama-Álvarez, Encapsulation of Lactobacillus plantarum ATCC 8014 and Pediococcus acidilactici ATCC 8042 in a freeze-dried alginate-gum arabic system and its in vitro testing under gastrointestinal conditions, J. Microencapsul. 36 (2019) 591–602. https://doi.org/10.1080/02652048.2019.1660729. [20]    K.M. Schakowski, J. Linders, K.B. Ferenz, M. Kirsch, Synthesis and characterisation of aqueous haemoglobin-based microcapsules coated by genipin-cross-linked albumin, J. Microencapsul. 37 (2020) 193–204. https://doi.org/10.1080/02652048.2020.1715498. [21]    A.C. dos S. Vaucher, P.C.M. Dias, P.T. Coimbra, I. dos S.M. Costa, R.N. Marreto, G.M. Dellamora-Ortiz, O. De Freitas, M.F.S. Ramos, Microencapsulation of fish oil by casein-pectin complexes and gum arabic microparticles: oxidative stabilisation, J. Microencapsul. 36 (2019) 459–473. https://doi.org/10.1080/02652048.2019.1646335. [22]    T. Xiang, J. Yang, S. Li, J. Li, W. Situ, Improvement in bioactive protein storage stability and colon-targeted release: a simple double-layer chitosan-based particle, J. Microencapsul. 36 (2019) 474–484. https://doi.org/10.1080/02652048.2019.1646336. [23]    A. Asyhari, Formulasi Mikrokapsul dari Ekstrak Kedelai (Glycine max L.Merr) dengan Metode Penguapan Pelarut, Universitas Hasanuddin, 2013. [24]    C. Deviarny, F. Firmansyah, D. Rahmadhani, Mikroenkapsulasi Bromelain Kasar dari Batang Nenas (Ananas comosus (L) Merr) dengan Penyalut Etilselulosa, Sci.  J. Farm. Dan Kesehat. 6 (2016) 127. https://doi.org/10.36434/scientia.v6i2.56. [25]    N. Hasyim, N. Indayanti, N. Hasan, Y. Pattang, Pembuatan dan Evaluasi Mikrokapsul Ekstrak Cacing Tanah Lumbricus rubellus Dengan Metode Emulsifikasi Ganda Penguapan Pelarut Menggunakan Polimer Eudragit ®, J. Pharm. Med. Sci. 1 (2016) 11–16. [26]    W. Warsito, N. Noorhamdani, S. Sukardi, R. Dwi Susanti, MICROENCAPSULATION OF Cytrus hystrix OIL AND ITS ACTIVITY TEST AS AN ANTIMICROBIAL AGENT, J. Enviromental Eng. Sustain. Technol. 4 (2017) 131–137. https://doi.org/10.21776/ub.jeest.2017.004.02.9. [27]    H. Herdini, L.K. Darusman, P. Sugita, Disolusi Mikroenkapsulasi Kurkumin Tersalut Gel Kitosan-Alginat-Glutaraldehida, MAKARA Sci. Ser. 14 (2011) 57–62. https://doi.org/10.7454/mss.v14i1.468. [28]    N. Nhestricia, Pengaruh Konsentrasi Oleoresin dan Komposisi Bahan Penyalut Terhadap Karakteristik Mikrokapsul Oleoresin Jahe Emprit (Zingiber officinale) dengan Metoda Spray Drying, Fitofarmaka. 7 (2017). [29]    T. Suciati, D. Prasetya, I. Fidrianny, Formulasi Dan Karakterisasi Sediaan Mukoadhesif Ekstrak Etanol Centella Asiatica (L.) Urb., Acta Pharm. Indones. 36 (2011) 54–60. [30]    T.M. Siregar, C. Kristanti, Mikroenkapsulasi Senyawa Fenolik Ekstrak Daun Kenikir (Cosmos caudatus K.), J. Apl. Teknol. Pangan. 8 (2019) 31–37. https://doi.org/10.17728/jatp.3304. [31]    A.A. Septevani, D. Sondari, M. Ghozali, Pengaruh Teknik Pengeringan Semprot (Spray Drying) dalam Mikroenkapsulasi Asiaticoside dan Ekstrak Jahe, Indones. Jounal Mater. Sci. 14 (2013) 248–252. [32]    C. Hadiansyah, Y. Fazriah, F. Darusman, I. Topik, Pengaruh Jenis Penyalut Terhadap Stabilitas Likopen Dalam Bentuk Sediaan Mikrokapsul Effect of Coating Types to Lycopene ’ s Stability In Microcapsule, 3 (2016).

Penulis : Abd Kakhar Umar, Program Magister Farmasi, Fakultas Farmasi, Universitas Padjadjaran, Konsentrasi Farmasetika dan Teknologi Farmasi